区块链（Blockchain）在初始以及字面上的定义为一串采用密码学方法产生的关连数据块，前后相连牵一发动全身，且储存在多个分散节点中，它的历史数据几乎不可能被篡改，也由于此特性的缘故，最为人所知也是第一个知名的应用就是比特币（Bitcoin）交易帐本，但在谈加密货币（Cryptocurrency）之前我们仍应先从区块链本身来了解，尤其区块链发展至今，在智能合约的概念与技术上有了长足的进步，已能发展出多样化的应用，自2009年至今区块链的演进如下图1所示，目前区块链较为活跃的国家则有：美国、日本、中国、俄罗斯、以色列、爱沙尼亚、丹麦、瑞典、韩国、荷兰、芬兰、加拿大、英国、澳大利亚。

区块链中每一个区块中记录着好几笔资讯，例如，在比特币区块链的每一个区块所包含的资讯包括：区块的容量大小（Block Size）、区块头（Block Header） 、该区块包含的交易数量(Transaction Counter)，以及每一笔被包含在这个区块中的交易资讯（Transactions），如图2所示。

每一个区块的Block Header里的Version值是规范此区块的软体版本；有一组Previous Block Hash值（256 Bits），这是将前一个区块的Block Header进行Hash Function而得到的值，这可让每一个区块与前一个区块数据产生无形的连结（区块链），并确保区块序列及历史纪录的正确性。Merkle root 是此区块所包含所有交易的Hash值运算后之Hash值（256 Bits），此机制可简化网路下载交易数据并做安全正确验证。Time Stamp是从”1970-01-01 T00:00 UTC”至”现在”的秒数。Difficulty是衡量在给定目标下找到Hash值的难度，每2016区块后更新一次Difficulty值。Nonce为一随机数，更动此值来为区块重新计算Hash值，直到找到包含所需数量的Leading Zero的Hash值，所需的零位数由Difficulty决定。所得到的Hash必须是小于当前Difficulty的值，因此必须有一定数量的前导零位以便小于该值。由于这种迭代计算需要时间和资源，因此我们称此类计算能力的资源为算力，拥有的算力越大在机率上可能越快找到此解答，但实际上却无法预测哪个运算节点能最快找到，也因此此种方式具备了所需的随机性，在后面章节我们将解释使用此种机制的区块链如何能避免被单一团体所掌控或攻击。

1. 区块链为什么值得信任

在此我们先介绍区块链的原理，解释它为什么值得人们的信任，为什么建立于其上的交易帐本如比特币，在这么多年后仍未有任一骇客能攻破或篡改其上任何一笔数据。

如图3所示，区块链的数据块是前后相关连的，假设骇客窜改了历史数据中的区块T，则T之后的所有区块皆需重新计算且一并篡改才能符合规则。这边重新计算是指由于区块之间皆经密码学保护，若要让区块T+1与区块T之间能通过验证，则骇客需要重新算出符合解，即使仅算一个区块也需要相当大的计算能力，更遑论要重新计算之后的所有区块。

且由于所有数据块保存在众多节点中，仅修改少数节点上的数据块同样是起不了作用。

2. 可能的攻击手段与所需代价

那么若骇客想要修改当前正在生成的区块，有无可能

尝试1. 骇客想伪造某一笔交易数据内容

然而由于每一笔交易数据皆受到签证以密码学方式保护，除了签证的所有者以外是无法伪造的。且即使是签证的所有者，也仅能对自己的交易做追加更新，无法修改已写入区块链的数据，其他使用者对此交易则无任何修改能力。

尝试2.骇客修改了当前区块的数据内容，并打算写入区块链中

我们在尝试1中解释了骇客无法伪造其他人的交易数据，这里指的修改是例如骇客花了一笔钱订购了某样商品后，紧接着在其所控制的节点上当作这笔钱还没被交易掉并将这笔钱转走，亦即将这笔钱花费了两次，这种攻击手法称为Double Spending。

Double Spending并非不可能，在解释这种攻击之前我们需要先简单介绍一种共识机制如目前最常见到的POW（Proof-of-work），意即算力证明。在本文开头我们已介绍了算力的概念，而在网路环境上，节点或是IP都是可能伪造盗用的，骇客可以使用少数几台伺服器伪装为自己拥有一万个节点，当区块链表决谁有权力写入当前区块时，得到较大获选机率，然而常用的POW机制可以有效遏止此种手法，因其要求每一个节点证明自己是确实拥有相当等级的算力，骇客尽管能将一台伺服器伪装成一万个节点，然而其算力总和仍仅有一台伺服器，以比特币网路拥有六千个节点来估算，骇客需要拥有相当于2500个节点的算力才有50%机率拿到当前的区块写入权，且由于交易通常要求至少六个验证，仅拿到一次写入权并不够，骇客必须要能拿到六次写入权才能完成此种攻击，代价过大且若拥有此等算力，实际上加入比特币网路的「好人方」能直接拿到相当大的奖励金额，加入「好人方」的行为则俗称为挖矿。

3. 什么是挖矿／矿工

比特币或是以太币网路是由六千个左右的节点所组成，这些节点分散在世界各地难以被单一组织所控管，因此区块链网路可被视为最佳分布式数据库，这些节点不断验证所有交易数据，并保存所有交易记录，其背后的动机则因为可获得相当不错的经济奖励，足以支付其硬体成本与电力开销。

在上面我们介绍了POW共识机制，其原理是依据当前区块的数据来产生下一个数学难题，所有的节点尝试去解题的行为则称为挖矿，在六千个节点中第一个解出来的幸运者则获得下一个区块的写入权以及奖励。上面我们提到若骇客拥有能够拿到六次写入权的算力，则依据笔者撰文时的时价来计算，可获得75枚比特币相当249万台币的合法奖励，也因此顶尖的算力拥有者都加入矿工行列，这又让其防护更加牢固，因其他想尝试攻击的骇客很难追上这样的算力总和。

4. 共识机制

共识机制可说是区块链的核心构成之一，但区块链为什么需要共识机制

在现行的银行体系中，存户之间的交易可透过查帐来验证不会有疑虑，这是中心化的运作模式，所有人相信银行这个中央体系不会做假帐，值得信赖。但在区块链上并没有这样的中心化角色，它本身便是去中心化的帐本，以比特币或以太坊这样的大型区块链来说，里头有六七千个节点，每个节点对于当下该记什么帐有不同的顺序选择，那么该以哪个节点的版本为准且其中甚至可能混杂有恶意节点的假帐本，如何避开假帐本，同时获得多数节点的认同与记录，这个方法与过程就是共识机制。

底下将简单介绍几种常见的共识机制，并分析他们的优缺点：

4.1. POW （Proof-of-work）算力证明

上面已先介绍过POW可有效阻止恶意攻击，其原理是由各节点以算力解题的方式来竞争当前区块的写入权，最快解得答案者将答案与他自己选择好的交易内容（也就是当前区块内容）发布给其它节点验证，若其它节点验证区块内容正确且同意他是最早解题者，则加入此链并将此区块内容储存起来，并以此区块内容作为依据开始解下个题目。

POW的优点有：

（1）为最安全的公有链共识机制

（2）机制较简单容易实行

（3）相对公平的挖矿机制（也就是加密货币的产生与分配）

POW的缺点为：

（1 ）消耗大量能源，算力是以能源消耗为代价制造出来的

（2）区块的确认时间较难缩短

（3）可能产生分叉，需要等待多个确认才能完成交易

（4）基于（3） ，理论上我们可说POW没有最终性，因为永远可能出现更长链来取代当前帐本，但实际上六个确认后其机率已趋近于0

4.2. POS （Proof-of-stake）权益证明

白话来说，POS即拥有越多加密货币（权益）的锻工越容易拿到当前区块的写入权（挖到矿）。它与POW不同，不需要消耗大量的算力，因为没有算力竞争的需求。原始版本的POS在创世初期就已产生出所有的货币，意即新的区块并不会诞生新的货币，因此执行节点验证者不称为矿工，改称锻工，但他们仍然可拿到交易手续费作为奖励。后来版本的POS则亦有出现区块挖矿奖励的设计，尤其若要将POS应用在公有链上的话。

而POS具体而言如何选出当前区块的写入者若总是选择权益最高者，则拥有最多货币的成员将永远独占写入权，因此通常实行底下两种方法：

(1)乱数化的选择方法：

产生随机乱数，并以乱数搭配特定公式来选出写入者，唯权益高者仍有较大机率被选中。

(2)依据货币年龄的选择方法：

此方法被用于改善大者恒大的情况，具体可参考Peercoin的做法，持有的货币超过30天后可加入写入权竞争，将每批货币的数量乘以持有天数加总起来，可得到一个数字，此数字越大则有越高的机率被选为写入者，且一旦获得写入权则此批货币的币龄将被归零，需再持有30天才能重新加入计算。唯上述所提的数字有上限值，币龄超过90天将无法进一步提高机率，持有大量的货币也可能达到机率最大值。这个方法可有效改善集中化的情形，也大幅增加了攻击的难度。[8]

POS的优点有：

(1)不须竞争算力，因此低耗能

(2)竞争写入权的成员必定拥有货币，因此相较于破坏，他们宁可选择守护系统，以避免币值蒸发

(3)相较于POW，同样规模的硬体预算，可保护更多的链上资产

POS的缺点为：

(1)拥有权益的成员未必希望参与记帐

(2)拿到写入权的坏人若想改写出另一条假链，仅需花费很小的算力，这可能导致double spending攻击成功

(3)做坏事的代价很低，没有惩罚机制

(4)基于上述（2）和（3），实行POS需要搭配其它机制来改善此种情况，也因此比起POW较为复杂

4.3. DPOS（Delegated-proof-of -stake）权益授权证明

在上面提到了POS的缺点之一为拥有权益的成员未必希望参与记帐，而DPOS便可以解决这个问题，类似于民主的代议制度，它先通过权益证明选出记帐参与者（验证节点），再透过运作机制让这些验证节点竞争区块写入权。同时由于验证节点数量大幅缩减的缘故，可快速达成共识。

目前提出DPOS共识机制的有Bitshares以及Ethereum，Ethereum为了解决上述POS共识中做坏事代价很低的缺点，提出的做法为要求有意参与验证节点者缴纳保证金（加密货币）才能参加，而如果验证节点违反规则参与了作假或攻击，甚至仅只是做了系统认为「无效」的事，则保证金将会被没收，这个共识机制则称为Casper，Ethereum宣称在未来某个适当的时机点将采用Casper作为共识算法。

Casper并不是单纯的DPOS，实际上还参考了PBFT的机制来做改良。单纯的DPOS和POS一样，会有分叉存在，无法有最终性，而Casper透过改良机制使区块的最终性获得保障，如果真的发生攻击使得两个同样高度的区块都被最终确认的话，则存在至少三分之一的验证节点违反了规则，这些节点的保证金将被没收，价值可能高达数千万美金，而由于这些加密货币从市场上消失的缘故，将导致货币的价格上升，这可能取代以往启用紧急硬分叉来修正攻击的手段。[9]

OS除了具备POS的优点以外，还有：

(1)缩小参与验证节点的数量，大幅提高共识速度

POS的缺点为：

(1)必须依赖加密货币，然而现今联盟链中许多情况并不存在加密货币

(2)撇除Casper的话，多数DPOS仍无法有区块最终性

4.4. PBFT（Practical-byzantine-fault-tolerance）实用拜占庭容错算法

上面介绍的几种共识机制皆较适合用于公有链，而PBFT则是一种较适合用于联盟链的共识机制。PBFT以数学证明模型来验证其取得共识的速度与容错能力，在其容错范围内时可得证系统无法被分叉，上述的POW或是POS在制度上皆能阻止骇客伪造大量有效益的验证节点，然而原生PBFT并无此能力，但若使用在联盟链，则由于联盟链的成员与节点原本就受到筛选与验证，自然地解决了此一问题。

PBFT的优点有：

(1)系统在容错范围内无法被分叉

(2)系统在容错范围内可容忍任何类型的错误

(3)验证与共识速度极快

(4)不须竞争算力，因此低耗能

(5)基于前述点（1），区块具备最终性

PBFT的缺点为：

(1)若超过1／3的验证节点故障时，则系统无法继续运作

(2)无防范骇客伪造大量验证节点的能力

5. 匿名性和隐私性

在比特币（Bitcoin）和以太坊（Ethereum）这样的公有链上，每个用户都是匿名的，难以被追踪或与真实身分关连，也因此非法活动常选择比特币作为交易媒介，而各国政府对于区块链是无法掌控、技术上也禁止不了，因此所采取的因应措施则从法定货币的进／出入点来管制，加密货币的交易有赖于交易所来进行，而在交易所内若要将加密货币与法定货币做兑换则须透过交易所合作的银行，因此各国政府目前是从合作银行来监控金流的流向，每一笔入金必须证明是合法所得，以此来防止洗钱等行为，大额领出也同样遭到监控，但有些刻意躲避监控的交易所则会不断更换合作银行，这些合作银行通常位于海外未有邦交的小国，以此躲避追踪。

虽然用户皆为匿名，然而在公有链上，每个用户的交易与余额却是完全透明，可被任何人查询，包含创世以来的历史交易皆然，对此很多大户则是开设多个电子帐户来分散交易与余额保管，只要有把握能管理好多组加密签证金钥，区块链并无限制每人可开设帐户的上限。

而当银行业考量使用区块链技术来保存交易数据时，上述的匿名性与隐私性则成为一个课题，因为银行需要的是可以管控的匿名与隐私，亦即用户可让同意对象验证自己的真实身分，非同意对象无法查询自己的历史交易或余额，可以办到这一点的区块链则为联盟链，或称私有链。

6. 什么是联盟链／私有链

联盟链／私有链的特征为仅有获得同意的节点可加入成为验证节点，也就是说所有的验证节点通常都是联盟里的成员，彼此知道真实身分，并共同维护一个区块链。相对于公有链来说这样的区块链就显得不太分散式、不那么去中心化，这里指的并非是数量上的不同，而是因为联盟链是由联盟集体控管的，包括成员的加入需要经过审核、整体运作模式可被定义改变等。

若这是一个银行业组成的联盟链，则一般存户通常并不关心银行背后使用的是传统数据库或是区块链，但他们仍然可以感受到带来的好处，例如以往电汇至海外银行通常需要2～7天的时间，使用区块链后却只需要几十秒。

此外，联盟链的节点数相较于公有链在数量上少得多，通常仅有数十至数百个，以上述的POW共识机制来说在安全上会有隐忧，因此需要额外的安全防护制度与措施如权限控管，将在下一节介绍。

7. 联盟区块链监管技术

如上所述，由于企业对于交易处理速度、隐私数据的保护、甚至商业应用（例如金融交易等）的合规要求等需求相当重视，因此越来越多企业倾向以联盟链的设计理念来堆叠其上的应用服务。当然，要堆叠出各式各样的多元服务，除了底层的联盟链基础环境外，还必须因应企业需求在区块链架构、或是连结区块链的中介层发展众多关键技术，其中包含最被广泛探讨的技术发展议题之一－监管。在此议题下，又可进一步细分为针对区块链系统安全性的监控管理技术，包含权限控管与协定层舞弊侦测技术；以及与区块链交易安全相关的技术，包含实名认证、隐私数据加密、链上数据监管与异常交易侦测等技术。

7.1.权限控管

联盟区块链的节点数相较于公有链的六千个节点来说是非常少的，可能只有十几个，因此可说并无数量上的安全防护机制，常见的POW共识演算法以全网算力来保护区块链，要发动有效攻击需要全网算力的一半以上，然而在联盟区块链中若不限制参与者，则有心发动攻击者要达到此条件并不困难，因此需要一个机制来控管参与者，并对参与者所能行使的行为做一个规范，这就是权限控管的概念。

在权限控管机制中，可针对区块链中常见的五种操作以及四种节点角色来规划，让管理者可依据不同的架构需求来设定角色，并针对不同目的的节点给予相对应的权限。这样就能有效保护区块链免于攻击，依据需求甚至可设定为区块数据不外流的架构模式。

区块链中常见的五种操作如下图4：

图4 区块链中常见的五种操作

依照这些操作再划分为四种节点和相关权限，如下图5：

图5 四种节点和相关权限

-联盟链系统建立初期，Administrator节点会建立相关权限。

-当节点A连接此联盟链时，节点A会向其他节点请求权限资讯，并且节点A将会依照此权限来运作。

-权限相关资讯必须由Administrator节点所签证，避免其他不具权限的节点发送权限资讯。

-在联盟链系统运行过程中，Administrator节点可以在任意时间改变权限。而此权限资讯将会传输到整个联盟链网路中，类似交易或区块讯息传输至整个网路。

-如果一个节点想要进行某个操作，除了此节点本身必须持有该权限之外，网路中其他节点也必须认可此节点确实拥有该权限。

-如果一个节点没有相对应的权限，但是它透过某种非法的修改，得以执行某个操作。

情境1：

(1)假设一个participant节点试图改变自己的节点权限，并且此权限讯息传输到联盟链网路中。

(2)其他节点将会拒绝此讯息，因为此讯息的发送者并没有此权限。

情境2：

(1)假设一个validator节点试图发布smart contract并认证此交易区块，且此区块讯息传输到联盟链网路中。

(2)其他节点将会拒绝此区块，因为此区块的发送者并没有此权限。

有了权限控管机制之后，我们可针对不同目的的节点给予相对应的权限，这和从网路层来做硬性限制是截然不同的，例如我们可设定任意节点皆可连线进入区块链并发出交易请求（手机轻量节点），然而未经授权的任意节点皆无法做认证（挖矿），这从基本上就阻断了51%攻击。对于要求做到数据不外流的联盟链，则可设定为不在白名单上的节点无法连线，这么一来其余的操作皆不可行，联盟链中的区块数据也能安全的守护。

7.2协定层舞弊侦测

区块链系统对于每个节点所扮演的角色、每种资讯的传递与验证都有明确的定义，但这不代表在看似一切合法的表象中，不存在有系统漏洞。为避免信赖节点遭到骇客入侵而做出违反公平性的操作行为，破坏企业／使用者对区块链系统的信任，必须发展协定层的舞弊侦测技术。在机制设计上，首先需要由区块链所有的节点共同搜集所观测到的区块链活动数据，再传送至特定伺服器进行数据的整合与深层分析，当发现有异常活动或攻击可能时，能即早发出系统警讯通知相关维护人员进行确认与处理，在骇客尝试的初期阶段便做出反应。

所谓的协定层，主要涵盖了数据传输、加密签名、数据储存、共识机制等技术，因此在舞弊的侦测设计便可由上述技术切入，发展对应的预防机制，例如在数据传输层面进行监控，计算分析每个节点的封包发送量并建立模型，当有节点出现高频率的封包量时，可合理怀疑是由骇客侵入所制造的阻断服务攻击；或是从共识机制出发设计舞弊预防策略，举例来说，若该联盟区块链所采用的共识演算法为POW，而POW共识机制在每个验证节点的算力相同的假设前提下，每个验证节点赢得区块写入权的机率理当趋近于随机分布，因此若有某个节点屡屡拿到区块链写入权，则代表该区块链系统已失衡，需要有适当技术与管理层面介入处理。

7.3实名认证

比特币、以太坊等以公有链为出发点的区块链大多为匿名制，但有越来越多的业者开始致力于发展实名认证的私有链／联盟链，以推动更多元之创新应用。特别是金融相关应用，更需要实名认证的技术来确保行为人／单位的可追溯性，此点可从2016年金管会公布的「金融科技发展策略白皮书」中，最为基础的便是建构整合安全的网路身份识别中心来得到验证。在实务的做法上可以在使用者／企业申请区块链帐号时，透过第三方认证单位（政府户政单位、自然人凭证系统、TWCA等）确认使用者／企业身份，将通过实名认证程序的用户凭证存入区块链，并藉由智能合约以及区块链的安全与信任机制管理用户凭证，提供API服务予应用端介接，作为应用服务「实名」认证使用。若要扩展到「实人」认证，则可结合生物辨识（例如人脸、声纹、指纹）等身分识别技术来进一步确认，甚至在申请区块链帐号／交易时，可再搭配要求申请者输入特殊语音内容／动作来证明申请者之身分与真实性。

7.4.隐私数据保护

区块链在最初的设计中，是以公开透明的角度为出发点，每个节点都可以存取所有的数据。但在联盟链中，特别是金融相关的需求，无法像公有区块链一般让所有节点都看到所有的交易数据，因此对于数据的隐私保护是无可避免的。而隐私数据的保护技术，主要可以分为两个层面来设计，首先为隔离层面，例如由国际各大银行区块链联盟R3所发展的区块链平台Corda，便设计可透过权限隔离的方式来达到隐私数据的保护，其做法概要来说，即各个节点之间的数据传输并非是向所有节点传递，只有交易的相关节点才能收到对应的数据，此外，Corda亦导入了公证人的角色（节点）来记录区块交易数据，亦即只有交易的公证人以及相关对象能够看到原始数据。另外则为加密层面，意即透过如PKI（Public Key Infrastructure，公钥基础设施）、多重签章等技术对交易／智能合约等内容进行加密，让仅有拥有密钥的交易相关对象可解密以保护数据的隐私性。

在加密的技术中，近几年区块链技术人员也尝试采用零知识证明（ZKPs, Zero Knowledge Proofs）技术来达到隐私数据的保护，概念上它允许证明者（Prover）与验证者（Verifier）可以取得一论述（例如谜题的解答）是真实／正确的共识，但却不需透露除了论述是真实的以外的任何讯息。上述的说明看起来很玄，举一个简单例子来让大家更理解零知识证明的概念，假设验证者需要确认证明者所提出的一份数独解答是否正确，则证明者可将解答以81个小纸片，每个小纸片都写了一个数字，依解答排列后将纸片背面朝上（让验证者看不到数字）。验证者要确认解答是否正确时，可依据数独的解题规则一次检查一行／一列是否符合1到9各出现一次的事实，在每次检查时，证明者会将该行／列的9张小纸片打乱／洗牌后再拿给验证者，检查是否1到9皆有出现。反覆进行此作业，则验证者可证明解答是对的，但却无从得知真正解答的样貌。透过此技术，可将交易参与者的身份与交易内容进行加密，在不公开交易相关数据的情况下维护区块链的安全。

7.5链上数据监控

除了上述介绍监控区块链系统运作公正性的技术外，对于区块链上所产生各种交易数据的监控以保障交易合法性与安全性，同样也是监管单位、服务营运商、甚至使用者重视的议题。在链上数据的监控技术上，支援视觉化的介面以呈现平台整体即时交易的负载状态是最基本的功能，以太坊、Hyperledger、Corda等区块链平台皆提供了视觉化的介面（Dashboard）来监视区块链上的交易现况、网络状态等资讯；此外，即时交易数据的合规性确认亦是技术上因应服务需求可强化之处，这部分可藉由智能合约中引入法律规则（例如金融交易需确认交易双方是否有通过身份／资产／所有权的认证、每人／每个企业在一日的交易上限等），或是使用者／企业自订可疑事件，来确保交易符合契约规则与法律规范，同时能在异常事件发生时发出警示通知，提供区块链服务除基础建设之监控外，应用服务面层级之运作与安全保障。

7.6异常交易侦测

交易数据的异常侦测，可简单分为规则模式（Rule-based）与数据驱动（Data Driven）模式两大类。规则模式包含上一小节提到的法规面规范，或是透过经验法则所定义出的规则，进行即时交易的异常侦测；数据驱动模式则是透过人工智能、智能运算、机器学习等方式对交易的大数据进行分析，线下（Offline）自动搜寻可能的异常交易样态（Pattern），在此数据驱动模式之下，还能进一步以侦测对象的差异性将技术分为个人化的异常交易侦测与群众式的异常交易侦测。个人化的异常交易侦测着重在理解个人的交易行为，包含交易对象的范围、交易的数位资产类型与数量、交易的频率等习性，建立个人化的行为模型以侦测异常的交易事件；群众式的异常交易侦测技术则是追求从错综复杂的多帐号、多交易的长时间累积数据中，分析交易间的关联与脉络，挖掘出类似洗钱、诈欺等可能异常的交易样态。而所侦测到的个人／群​​众式异常样态，可反馈给链上数据监控系统（例如可疑的帐号ID、交易的时间点、甚至是交易的地点等），以Offline-to-online的方式提供舞弊／洗钱／诈骗等复杂异常交易之侦测模组，提高区块链上交易风险控管的有效性。

8. 为什么要用区块链

与传统数据库相比，区块链的处理速度是慢很多的，那么除了上面提到的值得信任与不可窜改性以外，区块链还有什么优点呢为何要选择使用区块链

区块链还有一个优势是智能合约的成形，将在下一节介绍，在此我们先说明一个重要观念，实务上并非所有的情境都适合使用区块链，或可以说以目前的处理速度与复杂度而言，大部分的应用都还不适合，但还好Bitcoin与Ethereum已提出闪电网路与分片处理等技术，在未来可望能大幅提高每秒交易次数，但即使如此由于区块生成时间的先天限制，仍与传统数据库的即时性与处理速度相距甚远，所以有些应用仍旧是使用传统数据库较有优势的，在此不做技术性的深入探讨，以实际举例来说明，例如线上即时策略游戏，若将玩家数据储存于传统数据库则所有其它玩家的行动所参照到的数据都会是非常即时的，但若储存在区块链，则有可能发生赖以做出判断的数据依据，是较旧的数据，因最新数据尚未同步至整个区块链，也尚未写入区块，若要等待同步时间确认时间，则游戏体验将会非常差，所以对于「即时性」需求非常高的应用类型就不适合，但两者是可相辅相成的，例如每隔一段时间就将传统数据库的数据同步至区块链上做保存，以确保玩家数据永远不会因为任何意外而消失，甚至直到游戏公司倒闭后仍会继续存在。

相反的例子则是如世界性的电子钱包系统，就非常适合使用区块链，首先它确保了钱包内的有价物是有凭有据的，且无任何实体单位能掌控或拿走它，透过此电子钱包所进行的交易无法造假或涂改，对交易双方而言都同样的有保障，且无论交易对象身在世界何处，都能迅速完成。

然而还有一个重点必须阐明，才能真正理解为什么要使用区块链，那就是智能合约的价值。

9. 什么是智能合约（Smart Contract）

在解释智能合约之前先举个例子，我和麦可打赌一百元今天12点整美元兑台币为多少，我赌小于等于30.91，麦可赌大于30.91，则我们有三种方式来完成赌注：

( 1)我和麦可为此签订合约，依据合约输的一方要付钱给赢的一方，但万一输的一方届时不愿意付，则赢方可能要花时间花钱去打官司，只为了一百元似乎不值得。

(2)我和麦克彼此信任，若双方是好朋友这可能是个不错的方式，但若是陌生人呢在电子论坛的留言板常见各种下注，但实际上都是无法兑现的。

(3)找一个中立的第三者，我们先各自交一百元给他，但这个中立的第三者有私吞两百元的可能。

以上是常见的情况，交易双方是陌生人无法互相信任，而智能合约可以实现中立第三者的角色，且决不会私吞，完全依据合约订定的程式码来执行，当智能合约成立时向双方收取一百元，等12点整一到自动查询央行的汇兑率，并将两百元汇到赢家的帐户中。

可知智能合约兼具安全、快速、和便宜等特性，且小至1元的打赌，大至千万或上亿元的买卖，都能被安全执行。

而智能合约不只是一个可以自动执行的程式，它自己就是一个参与者，可以接受和储存讯息以及有价物，也可以发送讯息和有价物，并总是按照事先的规则执行操作。

9.1充满无限想像的智能合约

虚拟货币系统将交易纪录在区块链的去中心化数据结构之中。虚拟货币始祖比特币支援基本的脚本语言（Script）以自动化处理交易数据。以太坊则更进一步地提供图灵完备（Turing Complete）的程式语言，能够将全世界的所有合约以程式方法重新撰写，因此开启人们对于智能合约的无限想像，目前有数以百计的智能合约正自动地执行于以太坊区块链网路上。

智能合约由电脑程式语言编写而成，能够自动执行在去中心化的区块链网路节点之中，负责处理与转移具有实际价值的数位资产。以太坊提供一种名为Solidity的程式语言，专门用来撰写智能合约，让开发者可以撰写如：电子投票、拍卖、电子商务、小额付款等智能合约，甚至可以开发一个全部由程式码组成的无人公司。除正确执行的基本需求之外，如何安全地实作智能合约更是成败的关键。

9.2价值五千万美金的程式漏洞

在2016年6月，The DAO是全世界第一个以智能合约组成的无人公司，同时也是史上募资金额最高（约1亿5千万美元）的群众募资公司，然而由于智能合约原始码存在数个资安漏洞，才刚开始运作即遭到骇客攻击，盗走价值约5千万美金的虚拟货币ETH。此事件成为开启智能合约资安研究的契机，许多资安专家纷纷投入发展智能合约的资安工具。比起人工验证方法，形式化验证（Formal Verification）更可以涵盖所有的测试案例，且自动化执行提升测试效率，目前研究显示The DAO的资安漏洞可以被正确地检验出来[2]。另一方面，由智能合约专家研发的Zeppelin程式框架（Framework），则是提供基本的无漏洞的智能合约函式库（Library），让开发者有迹可循的开发出无资安漏洞的智能合约[3]。

9.3开发智能合约超轻松

只要简单两步骤就可以马上开发智能合约，首先，安装MetaMask[10]，这是一个Chrome的套件，所以你要先安装Chrome，再安装MetaMask，装完之后Chrome右上角就会有只可爱的狐狸跑出来，如图7所示，开好帐号之后就可以进入下一步。

接着使用Google Chrome浏览器开启Ethereum基金会提供的网页版Solidity编辑器[11]，此编辑器可将开发的程式码编译成EVM （Ethereum Virtual Machine）看得懂的bytecode。这边使用Solidity开发文件[12]中的第一个范例来示范，只要依照图8的操作步骤，就可以轻易的部署智能合约至区块链进行测试。

在Browser-solidity按下Create之后，会自动透过MetaMask发送交易讯息，此时会跳出如图9最左边的确认视窗，按下Accept就会将创建此智能合约的交易发送出去，接着等交易被收到区块之后即完成。

回到Browser-solidity，看到多出两个合约定义的function可以使用如下图10，constant function可以直接呼叫，不需要发出交易，其他的function一样会透过MetaMask发出交易。

10. 异质区块链介接

随着区块链技术越来越受到关注，更多数位货币与区块链平台也不断被发展出来，这些新的平台技术，除了修正与强化早期区块链平台（如比特币）的不足外，特别在联盟链中，更容易出现专为某种应用服务需求所设计的区块链平台。当各种金融服务、物联网服务、医疗服务等资源建立在不同的区块链，甚至同类型的服务（例如金融服务）因不同业者／组织／地域性／国家而建立在不同的区块链，为了避免每个区块链闭锁性的运作造成了创新应用的发展阻碍与限制，连结异质区块链并能协同运作便成为了区块链技术发展一重要议题。

过往谈到异质区块链的介接，大多是环绕在比特币之上（这是由于比特币经历过最长久的市场考验，即使存在一些缺点与限制，但其仍是最去中心化、最公平的区块链），例如Blockstream所发展的元素链、ConsenSys的BTC Relay等侧链（Sidechain）技术都是以比特币为出发点。元素链提供了一种交互协议，透过双向锚定（Two-way Peg）技术让新的链（侧链）可以跟原始的链（主链）连接起来，并允许数位货币可以在两者之间相互转移，而不让币的价值与总量受到影响；BTC Relay则是透过以太坊的智能合约，将以太坊与比特币的区块链透过一种安全去中心化的方式连结起来，让以太坊的用户能用比特币来进行交易。

而针对不同区块链之间的价值交换的需求，Ripple公司基于对金融产业市场的了解，发现金融单位倾向建置自己的区块链环境发展自有服务，因此提出了互联帐本协议（Interledger Protocol, ILP），希望透过第三方「连接器」或「验证器」来达到货币的自由传递，在此机制下，两边的记帐系统皆不需信任「连接器」，因为在ILP中已定义了加密机制，并且为两边的记帐系统创建管理信托资金，以达到交易双方在对资金达到共识时便能直接进行资金转换，这与现有金融体系的处理方式是相当类似的。除了上述几项较常见的异质区块链介接技术外，Polkadot、Bletchley、Factom也都是基于不同的角色分工／信任转移等观点所设计的技术解决方案。

11. 小额交易与打赏

在有区块链之前，即时性的小额交易是难以实现的，例如听一首音乐或看一篇文章0.1元，光是转帐的费用就高出不知多少倍，所以往往变成需要先储值例如三百元的点数，但若从头到尾就只听了一首歌，剩余的点数多半也拿不回来了。

而在区块链兴起后，连打赏这样的事情都变为可能，甚至已成为使用区块链先驱者们的一股风气。打赏指的是，在看完某样创作例如文章、音乐、影片、生放送表演后，不只是想对作者按个赞，还想实质给予鼓励时，所给予的任意金额奖励，小至即便只是0.001元这样的数字，区块链都能迅速的达成任务。

12. 创作记录

创作历程之举证是著作权当中的核心关键，底下列举几个目前的实际应用：

Blockai —美国，此服务透过影像比对技术建立创作与著作权人之关联，纪录于区块链中，虽无法定证据效力但可做为有力证据使用。

Verisart—美国，透过提供创作工具更进一步纪录创作历程细节，除了创作内容外更可包含如创作时间、地点等资讯，透过行动装置与区块链结合，使其不受地点与时间提供服务[5 ]。

Ascribe—德国，可分享与追踪创作交易状况，并提供如真实性验证、发行数量管制等服务，基本服务与Blockai相同[6]。

Law4tw—台湾，透过网页上传单一档案，产生档案指纹码以及纳入区块链，声明单一档案当下存在状态（收费服务，单一文件$399） [7]。

13. 区块链特性总结

在上面我们已解释了区块链的诸多特性，兹整理如下：

(1)数据无法被篡改，因此值得信任

(2)本质为分布式数据库，难以被单一实体垄断掌控

(3)数据安全、透明、可永久记录

(4)可担任公正的第三方

(5)区块链由参与成员共同维护、记录分布式数据库，参与成员可即时追踪和掌握有价物的移转及交易纪录

在了解区块链的本质后，不难理解为何它被誉为Internet问世以来最具影响力的发明，在近未来也许将出现一波金融革命，并改变我们常用的交易行为，甚至改变整个世界的运作方式。