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美國共和黨眾議員 David Schweikert 與民主黨眾議員 Jared Polis，成立了一個「國會區塊鍊核心小組」，籲請同僚注意這個用在「比特幣」(Bitcoin) 的新技術，不是注意比特幣，是比特幣背後的基礎技術，也就是現在大家熱烈討論的議題，「區塊鍊」(Blockchain) 的資料管理。除了比特幣，Maersk 船運公司追蹤全球貨運，Alphabet 公司發展醫療資料稽核工具，以及多種行業都開始試用區塊鍊，兩位議員期望政府運用這一新技術來幫忙制訂政策。
兩位議員的呼籲有道理，因為區塊鍊形同一個分散式資料庫，資料一旦入庫，就不能更改，沒有反悔的餘地，這是區塊鍊在技術上的設計。區塊鍊顧名思義，是把許多「區塊」(Block)「鍊」(Chain) 到一起，每一個區塊又稱一本帳簿 (Ledger)，比特幣是金錢交易所以帳簿為名，事實上帳簿是通稱，記載的不一定是金錢，任何交易或營運的記錄，貸款、保險、貨運、合約、服務，都可以是帳簿的內容，但僅是紀錄，不包括大量資料，所以不同於傳統的「資料」庫。
左圖：傳統集中管理。右圖：區塊鍊分散處理。取自網路。
區塊鍊處理有什麼特別？先從上圖的示意的說起。傳統的資料管理，是由一個可信賴的機構、如銀行與政府，來集中管理，比如說個人與銀行的進出交易，因為我們信任銀行，所以安心讓銀行保管這些記錄。區塊鍊則是把這些記錄，分散到每個人保管，請注意上圖中的 Ledger （交易記錄），每個 Ledger 上端都顯示許多小方塊，意指包括所有人的交易記錄，而每個人都有一份 Ledger，也就是每個人都一份相同的所有人的交易記錄。與傳統結構比較，區塊鍊少了「可信賴」的機構，或者說銀行不再管理大家的交易記錄。這正是區塊鍊的基本概念。
網路上的每一個人、或說每一台電腦，雖然都握有每個人的資料，但由誰來管理、誰可信賴？區塊鍊的設計理念是「人」都不可信賴，反而電腦的運算更可以信賴，所以區塊鍊上的交易記錄由電腦管理，不經人的手，所以杜絕了反悔、不認帳、甚至竄改的弊病，這種人類的陋習在各種交易或協議上屢見不鮮，前面說的兩位議員就是要藉區塊鍊的記錄，讓政府說話算話。
分散結構的另一個好處，是可以 P2P 直接對話或交易，不必經過集中管理者。但用在區塊鍊上，網路上每個電腦（稱為「節點」、或 Node）都有一份整體的資料，也就是多次重複拷貝同樣資料，一旦更新所有的節點都要跟著更新，所以需用較大的計算資源，但好處是一個或少數節點出問題不會影響整體。另一個好處，就是不再需要交易的「中間人」，或者是集中管理的電腦系統，被認為是有互聯網以來的最大發明。
所謂區塊，相當一本帳目，記載每一筆交易，比特幣系統記載的是金錢、也就是比特幣，不同的系統記載不同交易記錄，然後把每個區塊串成一個鍊條，如下圖示意，就是區塊鍊的基本結構。每一區塊都有一個識別 ID，稱為 Header，是串連的掛勾，每一區塊 Header 都指向下一個區塊，下一區塊 Header 又指向再下一個區塊，區塊鍊就這樣形成。但 Header 不是用號碼，而是用多層「散列」(Hash) 運算的結果，區塊內容一旦變更，Header 必須要重新計算，這也保障了區塊的安全，使區塊鍊不能（很難）更改。
區塊形同帳冊記錄每一筆交易，區塊連接在一起就成了區塊鍊。取自網路。
現在以比特幣系統的區塊鍊為例，略微說一點技術。散列運算是一種簡單的加密，把一系列文字與數字經過一個散列函數 (Hash Function) 的運算，轉換成長度固定的簡短字串，稱為散列值 。下圖中的 Transactions 就是交易記錄，每筆交易記錄經過散列運算之後，把所有的散列值再層層散列運算，最後得到的數值就是圖中的 Merkle Root，可以說是所有交易資料的總碼。這個總碼，加上前一個區塊 Header 的散列值，組成本區塊的 Header，如果有新的區塊加到後面，這個 Header 就指向後面的新區塊。
比特幣區塊鍊的簡單結構。取自網路。
上面是比特幣系統的區塊鍊結構，別的應用系統未必用同樣的結構，但概念相同，多層散列加密的用意，就在防止更改區塊的交易內容，因為交易一旦更改，區塊的 Header 必定更改，而後面的區塊也必導致 Header 的更改，再後面的區塊也接著要更改，一直延續到鍊條的結尾。這些更改需用強大計算資源，更花時間，更改的同時可能有新的區塊進入，讓這個區塊鍊落後。比特幣系統有為數眾多的電腦節點，估算沒有一個節點有這樣的能量，所以說區塊一旦入鏈就不能更改，不但遠離病毒駭客，就連反悔都不可能。
區塊鍊可以是公開的、像比特幣網路，也可以機構為主不對外公開，公開的區塊鍊網路，每一個節點都有完整的區塊鍊拷貝，所以可以看到每一區塊的資料，資料完全透明。每一節點也可以製作一個區塊，經過一定的檢核程序，加到區塊鍊的尾端，然後通知所有的節點更新。比特幣增加區塊的手續比較複雜，一旦一個新區塊要加入區塊鍊，要製作一個隨機數 (Nonce)，由計算功能強大的節點電腦相競來猜這個隨機數，先猜到的就把這一新區塊加入區塊鍊，猜測隨機數需用很多計算資源，也因此獲得 25 比特元獎賞。
區塊鍊是一個新概念，所用技術又跨越多種領域，這篇短文僅能說是簡化又簡化的介紹，省略了複雜的細節。比特幣運用區塊鍊的成功，引發大家聯想擴充到別的作業，金融、證照、合約、保健、專利、學術、凡是不允許更改的記錄，都可以用來安全保存，有人估算有近千種作業可以使用區塊鍊，果真如此，勢必顛覆很多商業行為，也再次證明數位技術的破壞創新潛力。
區塊鍊藉比特幣讓大家重視，現在雖是發展的初期，已經有許多行業開始試用，預計進展會很快。IBM 於日前宣布 IBM Blockchian 系統，協助企業建構區塊鍊（見下面參考資料），MIT 媒體實驗室也將在 4 月 18 日舉行 Business of Blockchain 會議，邀請企業主管參加，瞭解區塊鍊對企業營運的相關性。有興趣的朋友，可以參考下面資料，當做休閒閱讀，或做為進一步探討區塊鍊的入門。
How does the Blockchain Work (for Dummies) explained simply
How does the Blockchain Work?
Understand the fundamentals of IBM Blockchain
區塊鍊技術指南（簡體版 PDF 下載）
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