第一章 區塊鏈的基本概念

佐藤雅史

Secom株式會社IS研究所　通訊平台部門

基礎加密認證組　主任研究員

區塊鏈的種類

直接採用區塊鏈機制的平台以及應用其機制衍伸的多種服務，這些提案的出現引發了區塊鏈的熱潮。而提案牽涉到的範圍極廣，因此在許多領域都更容易聽到區塊鏈這個關鍵字。

區塊鏈雖然是簡單三個字，卻涵蓋了以下這些內容，這些內容各自的目的、設計理念、實現方法、應用範疇都有所不同。

（1） 實施於比特幣之平台與服務

例：Omni、Counterparty、ColoredCoins、Proof of Existence

（2） 從比特幣的實行及概念延伸出的新密碼貨幣

例：Litecoin、Monacoin

（3） 除了密碼貨幣交易之外還執行「智慧合約」程式碼的新平台

例：Ethereum（以太坊）、HyperLedger Fabric

（4） 於（3）的平台上實行的服務

例：The DAO、EverLeger

（5） 設定提供給特定用途及特定對象使用的私有區塊鏈

例：MultiChain、HyperLedger Fabric

（※上述例子於本書發行時間點，有些處於實驗驗證階段，有些處於構思階段，也有些計畫與服務已經終止）

本書目的為討論區塊鏈相關內容並歸納出論點。因此無可避免地會需要對討論主題「區塊鏈」相關的共通概念做整理。本章節會從區塊鏈的代表性機制抽取共通要素以歸納區塊鏈的概念。

世界上各種區塊鏈能以各式各樣的觀點來進行分類及整理。其中有一種觀點將區塊鏈分類為「公共區塊鏈」及「私有區塊鏈」。對於這項分類法的定義雖然有人抱持不同的看法，但可粗略分類如下，可以自由加入、使用區塊鏈的是「公共區塊鏈」，而設立某些條件，例如參加時需要經過許可的就是「私有區塊鏈」。

本書為了讓論點更容易理解，將著眼於公共區塊鏈，私有區塊鏈則會被視作一種特殊形態簡單地帶過說明。

區塊鏈的資料構造

說到區塊鏈，應該很多讀者腦中浮現的是最具代表性的比特幣區塊鏈吧。在這裡我將簡單地對比特幣區塊鏈做說明。

比特幣是藉由將附有比特幣使用者數位簽章的交易資料（Transaction）做鏈結，並將其記錄於網路參加者的共享式帳本（區塊鏈），來檢測交易資料是否被竄改以及提供存在證明，這項機制可以防止比特幣被用於不法用途。

在比特幣網路上傳輸的交易資料整合在一定間隔內而產生的資料結構又稱為區塊。而各筆交易資料使用雜湊函式產生雜湊值，再進一步以樹型構造做鏈結，產生哈希樹（圖1-1）。

然後在區塊內名為區塊頭的區域中（也就是哈希樹的頂點位置）放入雜湊值，並對區塊頭再度產生雜湊值。以這樣的方式產生區塊。

這個區塊頭裡含有前一個區塊頭所產生的雜湊值，藉由這樣的方式，比特幣網路從開始至今形成一連串的區塊鏈結，也就是「區塊鏈」。過去的交易資料即使被不法竄改，也能因為雜湊值不一致而被檢查出來。此外，串起雜湊值的鏈結，也讓雜湊值難以受到不法的置換。

以這種方式維持區塊鏈的唯一性，可以證明過去的交易資訊確實存在，並確保區塊鏈整體系統的協調性。

比特幣採用名為「工作量證明」（proof of work）的方式（挖礦），並藉此實現區塊的產生、網路上共享，以及區塊鏈的不變性。而至於比特幣以外的區塊鏈使用機制，即便是區塊產生方法及網路共享機制有所不同，使用雜湊鏈為過去一連串交易資料履歷建構存在證明這點也必定是相同的。

像這種對於一連串資料進行竄改檢測，以及提供存在證明的機制本身並不新奇，在過去的技術就已存在這種方式。例如，有項技術就藉由數位簽章的鏈結，檢測資料是否被竄改與確保資料連續性，這項技術稱為「磁滯署名」。此外，將雜湊鏈及哈希樹作為資料的存在證明則與ISO/IEC 18014-3鏈結型時戳的概念相符。而提供時戳服務的公司有Surety及Guardtime公司等。

其他也有一些類似的機制，但與前面所舉的例子有著不同的特質，例如RFC 4998/RFC 6283的「Evidence Record Syntax（ERS）」。另外，最近被提出的「Certificate Transparency（RFC 6962）」，也將哈希樹使用於保存及公開SSL/TLS伺服器憑證的發行紀錄上。整合多筆資料並發行存在證明時，哈希樹是很好運用的方式，在各種技術中廣受使用。不過有一個必須注意的前提，那就是要使用安全的雜湊函數。

第一章 區塊鏈的基本概念

佐藤雅史

Secom株式會社IS研究所　通訊平台部門

基礎加密認證組　主任研究員

區塊鏈的種類

直接採用區塊鏈機制的平台以及應用其機制衍伸的多種服務，這些提案的出現引發了區塊鏈的熱潮。而提案牽涉到的範圍極廣，因此在許多領域都更容易聽到區塊鏈這個關鍵字。

區塊鏈雖然是簡單三個字，卻涵蓋了以下這些內容，這些內容各自的目的、設計理念、實現方法、應用範疇都有所不同。

（1） 實施於比特幣之平台與服務

例：Omni、Counterparty、ColoredCoins、Proof of Existence

（2） 從比特幣的實行及概念...

前言

「區塊鏈」這個技術名詞近幾年受到極高的關注，可見人們對於區塊鏈可能帶來的創新滿懷期待。特別是2015年以來，「區塊鏈」以相當於網路革命等級的「破壞性（disruptive）技術」廣受宣揚。

區塊鏈的使用範疇並不侷限於金融

區塊鏈的概念始於2008年中本聰發表的比特幣論文，最初開始受到注目是因為這是一項能夠改變金融市場的技術。2015年，隨著各國正式開始對密碼通貨相關法規進行討論，並思考比特幣的核心技術－－區塊鏈於法規範圍外能否有其他應用之際，其出色的特性及應用的可能性深深受到矚目。因此除了延續Fintech（金融科技）的相關應用，更期待區塊鏈能被應用於更寬廣的領域。區塊鏈的應用研究十分熱絡地進行著，這些研究主要由世界級金融機構與資訊科技業供應商主導，許多企業及各國政府也參與計畫。

另一方面，目前區塊鏈技術的成熟度受到許多質疑。有評論指出以網路發展程度做比喻的話，目前區塊鏈技術的成熟度僅相當於1980年代後半期網路萌芽期的水準。在2016年6月18日（日本時間）那天也發生了震驚區塊鏈相關業界的事件。搭建於區塊鏈平台「Ethereum」（以太坊）上的創投基金公司「The DAO」（去中心自治組織），因伺服器受到攻擊導致虛擬貨幣基金被盜領。The DAO採用以太坊上的程式碼作為基礎，是分散式自治型投資基金。由於The DAO程式碼的漏洞而遭到駭客攻擊。針對這個事件的發生以及後續以太坊社群的處理方式，區塊鏈技術的現狀及課題重新受到整理，成為重新審視區塊鏈技術的契機。

此外，2017年為數眾多的「首次代幣發行」（Initial Coin Offering, ICO）計畫募集了大量的事業資金，在區塊鏈以新姿態受到矚目的同時，許多圍繞著區塊鏈的課題正在浮出檯面，這些課題並不侷限於技術層面，例如比特幣的暴漲以及分裂。

現在的狀況就如同2000年左右的網際網路泡沫

如同網際網路通訊的主導權從中央集權式組織（例如電電公社及NTT）開放給一般市民一樣，憑藉資料量累積的中央集權式機制與服務，也可能透過區塊鏈將主導權開放給一般市民。正因如此，不僅是矽谷的創新者，全世界的創新者都在關注這項技術。

然而回顧網際網路發展的歷史，會覺得區塊鏈的發展似乎太過急促了。網際網路完成商用化已是ARPANET開始後的20年以上，LinkedIn等SNS（社群網站）正式開始運行更是網際網路商用化之後10年以上的事了。累積技術進而引發創新就是需要耗費這麼多時間。如今圍繞著區塊鏈的喧鬧多是跳過了這個過程，簡直就像2000年左右的網際網路泡沫一般。

網際網路作為通訊方式，對比當時提倡的ATM（非同步傳輸模式），被認為是冗餘系統使得它無法被規模化。然而，相信網際網路可以帶來創新民主化的人們，在不損害這個理念的前提下解決了技術上的課題。

從網際網路學到的歷史教訓

目前許多區塊鏈的運用是在不理解區塊鏈核心價值的情況下，以商業及金錢利益為優先來運作。這很可能會導致類似網際網路泡沫化事件的發生。我們有必要重新理解區塊鏈在本質上所帶來的創新，以及從另一方面去思考成就這項創新所需要面對的課題。要成為區塊鏈時代的勝利者終究還是需要依循這種踏實的方式。這是回顧網際網路開發與普及的歷程之後所得到的歷史教訓。

本書正視區塊鏈時代的本質，目的是提供活躍於這個時代所必需的觀點。日本IT業界在網際網路與軟體帶來的重大變革上曾錯失先機，考量這項失敗的經驗，在對區塊鏈採取策略時是否正視了本書提出的區塊鏈本質及課題，將可能影響到在這個時代能否生存下去。

本書架構

關於本書的架構，首先會解說區塊鏈基礎知識及應用實例，之後再針對區塊鏈的現狀提出問題，以及說明目前解決問題的方向性。作者群為研究人員及技術人員，長期參與密碼及相關應用技術的設計與運用，而本書會採用接力的著作方式呈現。

「區塊鏈」作為將來社會活動的基礎平台前途可期，與其說明區塊鏈的技術，本書更希望能歸納出區塊鏈更好的應用方式，並將內容回饋給讀者。

本書是以在日經BP社IT綜合資訊網「ITpro」中連載的「區塊鏈真的能改變世界嗎？」之內容做為基礎。該網路連載從2016年6月持續到2017年2月，內容聚焦在區塊鏈技術的本質及問題。文中所指出的問題至今尚未獲得解決。甚至可以說是更加實際地浮出檯面並被放大檢視。這更顯示了這個網路連載具有高度的價值。

區塊鏈是個變化十分激烈的世界。我認為將網路連載結束後新的國際動向加入書中內容，可以讓我們必須「解決的問題」更顯得重要。因此新增並調整數個章節的內容並集結成本書。相信本書內容應該也能充分滿足網路連載的讀者們。

作者代表

喬治城大學、MIT媒體實驗室　松尾真一郎

前言

「區塊鏈」這個技術名詞近幾年受到極高的關注，可見人們對於區塊鏈可能帶來的創新滿懷期待。特別是2015年以來，「區塊鏈」以相當於網路革命等級的「破壞性（disruptive）技術」廣受宣揚。

區塊鏈的使用範疇並不侷限於金融

區塊鏈的概念始於2008年中本聰發表的比特幣論文，最初開始受到注目是因為這是一項能夠改變金融市場的技術。2015年，隨著各國正式開始對密碼通貨相關法規進行討論，並思考比特幣的核心技術－－區塊鏈於法規範圍外能否有其他應用之際，其出色的特性及應用的可能性深深受到矚目。因此除了延續Fintech（金融科技）...

目次

前言

第1章　區塊鏈的基本概念
第2章　防範不法行為的共識機制：「工作量證明」
第3章　比特幣的創新性
第4章　區塊鏈的4個課題
第5章　「區塊鏈的去信任」是空談
第6章　比特幣的「共識」問題
第7章　區塊鏈會規模化嗎？
第8章　意料之外的比特幣陷阱
第9章　區塊鏈的大問題：金鑰管理
第10章　比特幣的密碼技術終究會被破解
第11章　區塊鏈系統的開發體制尚未成熟
第12章　世界與日本的區塊鏈
第13章　世界是怎麼運作的呢？

後記
作者簡介

目次

前言

第1章　區塊鏈的基本概念
第2章　防範不法行為的共識機制：「工作量證明」
第3章　比特幣的創新性
第4章　區塊鏈的4個課題
第5章　「區塊鏈的去信任」是空談
第6章　比特幣的「共識」問題
第7章　區塊鏈會規模化嗎？
第8章　意料之外的比特幣陷阱
第9章　區塊鏈的大問題：金鑰管理
第10章　比特幣的密碼技術終究會被破解
第11章　區塊鏈系統的開發體制尚未成熟
第12章　世界與日本的區塊鏈
第13章　世界是怎麼運作的呢？

後記
作者簡介