由于比特币不适合即时大量的小额交易，而且在法规上存有疑义难以被主管机关接受，因此有人将比特币的部分技术（主要是保护资料无法篡改的技术）抽离出来寻找新的应用，并且取了新名字「区块链」（Block chain），也有人扩大区块链的定义，把前面提到的交易识别确认、资料无法篡改、节点资料同步3 种技术统称为「区块链」。所以到底这3 种技术的是怎么做的呢

公开金钥加密（Public key encryption）

公开金钥加密的每一位使用者必须自行产生自己所拥有的金钥对（Key pair），包括一把「私密金钥」（Private key）与一把「公开金钥」（Public key），加密与解密使用不同的金钥，使用者必须秘密地保存自己的私密金钥，并且在网路上发表公开金钥。公开金钥可以用来加密，也可以用来验证，验证的流程如图一所示，传送端使用自己的「私密金钥」对文件（明文）进行加密（签署文件）产生密文再传送到网路中，接收端使用传送端的公开金钥解密（确认签署者）得到明文，如果可以解密代表确认文件真的是传送端的某人传送出来的，数位签章就是使用这种方式来验证文件的真伪。

交易识别确认

假设Alice 支付Bob 金额10btc 购买一颗苹果，则她的手机应用程式（比特币电子钱包）使用Alice 自己的私密金钥将讯息加密，这个动作称为「数位签章」（Digital signature），想想这不就好像我们在交易文件上签名一样吗

接下来再将讯息传送到节点A，节点A再使用Alice的公开金钥将讯息解密，如图二所示，如果真的可以解开代表这个讯息确认是由Alice发出来的，而且Alice也不可否认，因为只有Alice的公开金钥能够解开Alice私密金钥加密过的讯息。

比特币帐本（BTC ledger）

比特币帐本是由一个一个的「区块」（Block）连接而成的「链结」（Chain），因此这种技术又称为「区块链」（Block chain），如图三所示，每一个区块记录着付款人与收款人以及交易金额，每一个区块都记录了许多笔交易，区块与区块之间再链结起来，例如：区块3链结到区块2，再链结到区块1，最后再链结到区块0。

值得一提的是，实际上比特币帐本并不是像Excel一样的表单，基本上比特币是一种虚拟电子货币，因此比特币帐本其实就是一个电脑程式，里面有许多栏位，其中包括：

1.表头（Header）

previousblockhash：前一个区块的杂凑值（Hash value）。

difficulty：杂凑（Hash）必须小于「困难指数」（Difficulty）。

time：代表这个区块形成的时间，以Unix作业系统格式表示。

nonce：计算杂凑值所使用的参数。

merkleroot：储存「交易」（Transaction）的「摘要」（Summary）。

2.交易（Transaction）

tx：储存「交易」的栏位，每一个区块可以储存多笔交易。

3.其他栏位

confirmations：代表这个区块已经被35,561个节点（Node）确认过了！

height：代表这个区块在比特币区块链中的排序为第277,316个。

4. hash：利用杂凑演算法（Hash algorithm）计算出杂凑值。

杂凑演算法（Hash algorithm）

杂凑演算法是一种从资料中建立「数位指纹」（Digital fingerprint）的方法，可以将任何长度的资料转换成一个长度较短的「杂凑值」。某一段资料对应到某一个杂凑值，不同资料具有不同杂凑值，就好像不同人具有不同指纹一样，所以称为「数位指纹」，我们可以利用杂凑值来确认资料有没有被篡改。

区块（Block） 的意义

「区块」是指电脑中的一组资料，以事先设定好的栏位与格式储存，我们可以将图四的比特币帐本看成是一个区块，我们的目标就是要将这个区块的资料「封锁」（Block）起来让别人无法篡改。

问题是，如果「重新计算杂凑」很简单，则这整个保护机制就无效，而且我们不只需要「资料篡改可以检查出来」，更需要「资料无法篡改」，因此科学家发明了「条件杂凑」（Conditional hash），规定「杂凑」必须小于「困难指数」，让杂凑很难重新计算，而保护「交易」的内容不被篡改。

【参考资料】封锁的方法是利用杂凑演算法结合条件杂凑，由于流程比较复杂，有兴趣的人可以参考《知识力专家社群：区块链的原理》。

比特币的采矿（Mining）

讲到比特币大家一定常常听到网路上有许多人在「采矿（Mining）」，到底什么是比特币的采矿呢各节点熟悉电脑操作的自愿者计算「杂凑」小于「困难指数」的动作称为「采矿」，而我们所要采的「矿」就是计算出「杂凑」小于「困难指数」。进行采矿的人称为「矿工」（Miner），计算出一个区块可以获得50btc 的酬劳，如果其他支付交易有给手续费，则矿工还会获得手续费。比特币设计大约每10 分钟采出一个区块，每采出21 万个区块（大约4 年）酬劳减半，因此比特币总数不超过2,100 万个（btc） ，总数固定可以提升比特币的价值。

【参考资料】比特币采矿是利用不停的重覆计算找出「杂凑」小于「困难指数」，由于流程比复杂，有兴趣的人可以参考《知识力专家社群：区块链的原理》 。

比特币2009 年发行矿工酬劳50btc，2012 年12 月第一次减半酬劳剩下25 btc，2016 年7 月第二次减半酬劳只有12.5btc，酬劳下降使手续费成为采矿动机。为了维持大约每10 分钟采出一个区块，产生新区块的难度会定期调整，每采出2,016 个区块（大约两周）会自动调整接下来2,016 个区块的采矿难度。比特币矿工最早使用Intel 或AMD 的中央处理器（Central Processing Unit，CPU）产品来挖矿，2013 年矿工开始使使用图形处理器（Graphics Processing Unit，GPU）、现场可程式化逻辑阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）来进行，甚至特定应用积体电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）投入，使个人矿工已经没有收益。

区块链（Block chain）的限制

区块链的技术是电脑科学家创造出来的东西，它有许多优点产生许多创新的应用，但是同样的也有许多限制，目前比特币遭遇到的困难主要有下列几项：

比特币大约每10 分钟采出一个区块，可储存1MB 的资讯，由于每一个区块容量是有限制的，随着交易量愈来愈多，容量的限制会使处理速度受到影响，这个问题可以经由变更比特币的设计来解决，但是目前比特币社群尚无共识。 由于区块容量的限制，再加上工作量证明也需要时间处理，因此比特币无法处理超过每秒7次的交易，和目前广泛使用的VISA这样能够每秒处理数万次交易的支付系统相差很多，因此比特币不适合即时大量的小额交易。 使用「可验证的匿名制」，可验证代表可以确认这笔交易的真实性，匿名制代表并不知道发动这笔交易的人是谁，因此容易造成交易追踪断线变成不法人士的洗钱管道，例如日前的勒索病毒「WannaCry」肆虐全球，怪客向受害者勒索价值300美元的比特币，使用比特币就是因为不容易追踪。 分散式拓朴没有中央控管机制会造成交易不确定性、究责与赔偿困难，而且服务提供者(节点或电子钱包)的技术可能会有落差，那一天真的发现自己的比特币不见了！或是已经完成的交易却无效，基本上很难找到负责的人。 由于比特币在法规上存有疑义难以被主管机关接受，因此有人将比特币的部分技术抽离出来寻找新的应用，并且取了新名字：区块链(Block chain)，后来发现区块链落实困难，也很难直接套用到现用的其他应用上，因此开始演化并且出现新名字，例如：分散式帐本(Distributed ledger)、分享式帐本(Shared ledger)、超级帐本(Hyper ledger)等。 比特币(Bitcoin)的目标明确，就是要取代传统货币扮演货币支付的角色，但是仍然有许多困难必须克服，包括：重复支付、结算确认、交易同步等。

区块链（Block chain）的应用

比特币主要必须达到3 个特性：

交易识别确认：使用可验证的匿名制，确认交易真实，使用者不可否认。 不可篡改否认：使用区块（Block）与链结（Chain）确保交易资料无法篡改。 节点资料同步：使用工作量证明（Proof of Work，POW）达成收敛同步。

区块链是集合了几种软体程式的技术，由全世界许多节点（电脑主机）组成的的系统，只要满足3 个特性的应用都可以用区块链来做，由于区块链落实困难开始演化，并且出现新名字：分散式帐本（Distributed ledger）、分享式帐本（Shared ledger）、超级帐本（Hyper ledger）。

比特币在法规上存有疑义难以被主管机关接受，因此有人将比特币的部分技术抽离出来寻找新的应用，并且取了新名字：区块链，可能的应用包括：

加密数位货币（Crypto currency）：必须考量主管机关接受程度，例如：比特币、美国邮政货币（Postcoin） ；考量是否适合应用在高频交易，Ripple将其应用在非即时的跨国金融机构外汇交换业务可能更合适。 有价资产登录（Value registry）：Factom、SmartContract将分散式帐本应用在所有权与存在证明（Proof of Existence and Possession，POEAP），这类的应用该是目前区块链最成功的例子。 价值型联网（Value web）：进行有价资产登录（Value registry）、智慧型合约（Smart contract）、国内支付（Domestic payment）、国际支付（International payment）、贸易金融（Trade finance）、资本市场（Capital market）。 价值生态系（Value ecosystem）：应用在非金融服务，Ethereum将其应用在公开帐本（Public ledger）提供各种商业应用；R3CEV将其应用在私密帐本提供各种金融应用。