2018 年 10 月 31 日，我們迎接了一個重要日子：這是中本聰（Satoshi Nakamoto）的論文，《Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System》（《比特幣：一個點對點的電子現金系統》）公諸於世 10 週年的日子。10 年過去，比特幣的每件大小事，一切都已成歷史。
論文除了照亮比特幣，也讓人構思到「區塊鏈」：它已經成為現今科技的其中一個重要關鍵字。不少人早已久聞其名，但到底甚麼是區塊鏈？
在探究區塊鏈是甚麼之前，首先想跟大家釐清一點：中本聰並沒有在他的論文提及過「區塊鏈」（”Blockchain”）一詞，這個詞語其實是外界在日後創出。當然，這仍無損中本聰在世人心目中的地位：大家始終認定他就是區塊鏈的實質創始人。既然如此，論文其實談及了甚麼，讓大家建立出區塊鏈的概念？
在這篇新手專題的文章，你將能了解：
（1）中本聰論文引用的密碼學技術； （2）交易產生流程；
（3）區塊鏈運作流程； （4）區塊鏈的特點。
中本聰引用的技術：時間戮、雜湊現金、公開廣播
在講述區塊鏈如何運作前，首先要講述中本聰的論文提及過，以至日後區塊鏈牽涉的技術，這對於理解區塊鏈是相當重要。以下先分享 3 個：
早在 1991 年，密碼學（Cryptography）研究者 Stuart Haber 和 W. Scott Stornetta 已經運用他們的知識，研究如何將「時間戮」（”time-stamp”）加到數碼文件之中，並且寫成學術文章，這被視為讓文件能夠從時間線裡正確排序的重要技術。
到了 1997 年，密碼學家 Adam Back 提出了「雜湊現金」（”Hashcash”）的概念，並在 5 年後發表關於 Hashcash 的學術文章。Hashcash 是其中一種工作量證明（Proof of Work, PoW）的方法，對於抵抗阻斷服務（Denial of Service, DoS）的惡意行為是相當有效。Back 研究雜湊現金本來只是為了用來阻擋垃圾電郵，但最後亦啟發了中本聰在區塊鏈應用類似的做法。
翌年，戴偉（Wei DAI, 音譯）在提出 “b-money” 的構思時，就提出要將交易資訊全面公開廣播，讓系統內所有參與者都承認交易，這就不需要單一個別中介機構作證。中本聰在他的論文亦有引用到這個概念。
前人的研究和貢獻，對於中本聰完成他的論文有莫大幫助。因為中本聰所想的點對點電子現金系統，以至其中的區塊鏈，都是應用了不同學者的技術而成。而根據後來收集的資料顯示，中本聰曾經在論文發表之前發過電郵給 Adam Back 和戴偉，跟他們交流意見。
交易的產生方法
在了解和應用技術後，理論上中本聰已經可以建立出一個可供交易的系統。關於產生一宗交易的方法，中本聰的論文如此說：
首先，一宗交易將會產生一條隨機散列（hash），這個隨機散列是由以下兩個單位組合而成。他們分別是：（1）上一宗交易本身，（2）下一位交易接收者（receiver）的公鑰（Public key）。
中本聰表示，隨機散列將會依附在電子幣的末端。
在屬於接收者的交易當中，亦會包含交易傳送者（sender）的數碼簽署（signature），這個簽署是透過傳送者的私鑰（private key）產生。最後，傳送者的公鑰將會核實傳送者的數碼簽署，以確認電子幣的傳送量，以及接收者是正確無誤。
來到這裡，一宗交易才正式生成。
雖然這個流程並無解決到雙重消費（Double Spending）的問題，而中本聰最終都想到以「廣播」方式解決，但下圖都可以作為一個初步的簡單理解。
區塊鏈的運作流程
在中本聰眼中，一宗交易只有其交易資訊是不夠的，還需要有時間戮，因為這才能夠證明在指定的時間當中，真實存在著一條指定的交易，以及排列次序。而區塊（”Block”）可以說是為了記錄交易而有的，而一個區塊當中可以包含多宗交易。
來到這裡，我們就可以了解到底區塊鏈如何運作。根據中本聰的講法，交易鏈條的運作流程是：
（1）新交易產生後，隨即廣播至所有節點（node）。
（2）每個節點都收集新的交易至區塊當中。
（3）每個節點都在它自己的區塊當中，找出一個足夠困難的工作量證明。
（4）當一個節點找到上述的工作量證明，該節點就向全網所有節點發出廣播。
（5）眾多節點只會接受下列條件的區塊：區塊當中所有交易都是正確有效，而且尚未被消費。
（6）眾多節點皆表達他們接受符合條件的區塊，方法是一同為鏈條產生下一個區塊，而這個區塊將會包含上一個區塊的隨機散列（”previous hash”）。
中本聰假設了比特幣的交易鏈條當中，是每 10 分鐘產生出一個區塊。到了 2009 年 1 月 3 日（UTC 時間）比特幣正式上線之後，雖然時有出現小幅度的偏差，但區塊基本上都是按著「每 10 分鐘產生一個」的速率增長，持續至今。
因應上述的運作流程，比特幣的交易鏈條也因為交易，和區塊的持續出現，而變得愈來愈長。這條不斷變長的「區塊的鏈條」（chain of blocks）也漸漸讓人們心中，種下了「區塊鏈」的概念：區塊鏈可以說是一本以區塊砌成的帳簿。
區塊鏈的特點
以往大家或許已經聽過一些區塊鏈的特點，甚至是優點，在此也因應上面的內容，再把這些要點重新講述。
首先，以中本聰最初的想法 － 電子現金系統去評價區塊鏈，區塊鏈其實是一個非常理性的系統。傳統現金制度是基於「信用」（”credit”）去建立，人們建立了權力機構，而機構會發鈔、賦予鈔票價值，社會各方是基於信任權力機構，才會接受鈔票，承認鈔票可以兌換商品和服務。假如權力機構失信，這個現金制度就會步向崩潰，鈔票也許會跟「公仔紙」無異。簡單而言，這是「中心化」（Centralized）金融制度的重要缺點。
然而，正如中本聰在論文所言，交易的鏈條不是基於「信用」建立，而是基於密碼學原理去建立的。交易雙方只要達成協議，就可以透過密碼學理論下的機制和協定促成交易。他們要做的，就是對外把這宗交易「廣播」，要求各方作證。同樣地，由於每一個節點都有份為交易作證，換言之也不需要個別「權力機構」維持公正。故此對比傳統現金制度，區塊鏈除了是理性的，也是「去中心化」（Decentralized）的。
另外，區塊鏈也具備加密（encrypted）、以及幾乎不可篡改（nearly immutable）的特點。加密的特點，相信在此也不必多談，但為何區塊鏈是幾乎不可篡改呢？
假如大家還對上述區塊鏈運作流程有印象的話，都會記得節點有一個責任，就是檢視和選出「區塊當中所有交易都是正確有效，而且尚未被消費」的區塊。在這裡大家也許會想到，一些節點的控制人可能會嘗試篡改資料，包括改變接收者和電子幣數量等，並且意圖影響選出正確區塊的結果，這其實是牽涉了不誠實行為。
幸好，選出正確區塊的投票制度，是採取簡單多數制。也即是說，只要誠實節點們的計算能力，大於攻擊者節點群體的計算能力，這條區塊鏈就能夠維持安全。
另外中本聰在論文也提到，攻擊者節點如果要修改從前的區塊，這些節點除了要完成該區塊的工作外，還要把該區塊往後所有區塊的工作重做一次，並且要趕上和超越誠實節點的工作進度，這個攻擊才會有效 － 大家也可以想想這件事能夠真正實現的機會有多微小了。
總結
區塊鏈經過 10 年發展，至今已經變得相當多元化：區塊鏈不只有採用 PoW 的共識機制（Consensus），還有權益證明（Proof of Stake, PoS）、權益委託證明（Delegated Proof of Stake, DPoS）類區塊鏈。另外，區塊鏈還能夠分公鏈與私鏈。還有更多的革新，其實都是支持區塊鏈，與對區塊鏈抱有熱情的人同心協力的結果。
雖然對照現時的發展，中本聰的理論以及他對區塊鏈的想像，或許因科技進步已經變得平庸，但他的貢獻始終是劃時代。假如仍想詳細了解區塊鏈，中本聰的論文仍然是毋用置疑的選擇。
希望各位在往後的日子，也能夠與區塊鏈同行。
以上內容由《幣訊》與 9up.io 共同協作撰寫。
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