區塊鏈 (Blockchain) 因為有加密，所以不容竄改、很安全？誤會大了！鑽研密碼學多年的元智大學資訊工程系助理教授陳昱圻強調，區塊鏈本身沒有所謂的「加密」，而是依靠外加密碼學工具使然。他指出，「去中心化」是區塊鏈的基本精神，然而，人性並不完美、每人心中都住著一個小惡魔。人心趨利，我們往往會從自身利益出發，選擇好走的路。耐人尋味的是，陳昱圻並引用「賽局理論」的奈許均衡 (Nash equilibrium) 來描述：若賽局中的玩家無法透過獨自行動增加收益，自然就會向最大利益前進並接受規則。
照片人物：元智大學資訊工程系助理教授陳昱圻
照片人物：元智大學資訊工程系助理教授陳昱圻
共識＆數位簽章是防竄改基礎
他以著名的「囚犯兩難困境」做比喻：當 A、B 兩個嫌犯被隔離偵訊、無法互通訊息時，為換取「自白無罪」的最大利益，結果兩人都將不約而同地選擇認罪 (如下表所示)，即達到奈許均衡。這樣的概念投射到區塊鏈的獎勵回饋，當體系中的成員互不干擾下，每個節點都會理所當然地選擇對自己最有利的路徑；眾志成城，這個特性正是支撐整個區塊鏈生生不息的動力。陳昱圻闡述，要建立分散式網路服務，就是讓區塊鏈成員做相同的事、彼此競爭；當有利可圖時，個體會針對需求提供對應服務，並將它打包成一個問題，向全世界求解。
他以著名的「囚犯兩難困境」做比喻：當 A、B 兩個嫌犯被隔離偵訊、無法互通訊息時，為換取「自白無罪」的最大利益，結果兩人都將不約而同地選擇認罪 (如下表所示)，即達到奈許均衡。這樣的概念投射到區塊鏈的獎勵回饋，當體系中的成員互不干擾下，每個節點都會理所當然地選擇對自己最有利的路徑；眾志成城，這個特性正是支撐整個區塊鏈生生不息的動力。陳昱圻闡述，要建立分散式網路服務，就是讓區塊鏈成員做相同的事、彼此競爭；當有利可圖時，個體會針對需求提供對應服務，並將它打包成一個問題，向全世界求解。
表：「囚犯兩難困境」假設情境
資料來源：陳昱圻提供
資料來源：陳昱圻提供
「所有節點都能提供服務，誰先收到解題需求誰先解；市場淘汰機制通常以時間先後為準。解出後要向所有人廣播、供大家驗證，不是自己說了算，且後續要有數人接棒，才能真正提供服務，最終只有一個贏家」，陳昱圻說。他進一步解釋，區塊鏈由許多節點組成，且前、後區塊彼此相關，形成鏈狀結構：將前一個「雜湊答案 (值)＋路徑＋節點」丟到區塊中即形成「雜湊函數」(Hash function)；當小於某個門檻值時，就可宣稱找到解。供眾人檢查完之後，會將先前所有問題和解答打包在一起，然後才做樹狀加密壓縮。此時，就是密碼學大顯身手之時。
理論上，若有本事將資料長度壓縮 50%、一路串接下去，任意長度都能被壓縮。陳昱圻透露，區塊鏈之所以多選用樹狀壓縮，是著眼於平行運算架構之故；以 8 個 256 位元輸入為例，平行運算只需三層，若改以兩兩一組串接，整個運算架構會相對複雜。或有人質疑：為何不先行將全部資料加密過再上傳？陳昱圻表示，這會導致節點根本就看不懂，毫無意義；利用打包壓縮、配合密鑰開啟才是最佳方式，而共識 (Consensus) 與數位簽章 (Digital Signature) 是防竄改基礎。
圖1：數位簽章分為 Signing Key 和 Verification Key 兩部分
資料來源：陳昱圻提供
密碼學具「雪崩效應」，惡意駭入曠日廢時
「共識」指的是「非允許制」協議，節點成員隨時可進出區塊鏈體系；例如，一旦覺得過於耗電或報酬不如預期可自行離開。一般而言，在同一條船上的成員擁有越多、忠誠度就越高，與前述的賽局理論不謀而合；但若體制出狀況就另當別論，例如，業界通稱的「51% 攻擊」(故意否決、唱反調)，如果體系中使用者變少也容易遭遇。「數位簽章」則是由「雜湊函數」演算而來，須具備三大特性：驗證性、完整性、不可否認性，以防內容被竄改或耍賴；簽署者有簽章 (Signing Key) 和驗證 (Verification Key) 兩把鑰匙，讓他人無法冒用身份提出要求。
「共識」指的是「非允許制」協議，節點成員隨時可進出區塊鏈體系；例如，一旦覺得過於耗電或報酬不如預期可自行離開。一般而言，在同一條船上的成員擁有越多、忠誠度就越高，與前述的賽局理論不謀而合；但若體制出狀況就另當別論，例如，業界通稱的「51% 攻擊」(故意否決、唱反調)，如果體系中使用者變少也容易遭遇。「數位簽章」則是由「雜湊函數」演算而來，須具備三大特性：驗證性、完整性、不可否認性，以防內容被竄改或耍賴；簽署者有簽章 (Signing Key) 和驗證 (Verification Key) 兩把鑰匙，讓他人無法冒用身份提出要求。
收、發雙方共有一組可加密的公開金鑰，任何人都能上鎖，但只有擁有私鑰者能解密；如果驗證失敗只有兩個原因：文件內容被竄改或非本人所簽署。另一個重點是：須使用公開的加密方法才安全，自作聰明的私有版本反有較大風險。「駭客多不會正面衝撞經過無數測試及密碼學專家審核的標準公板，因為時間成本代價太高」，陳昱圻點出關鍵。他說明，密碼學有所謂的「雪崩效應」(Avalanche Effect)，只要更改一個位元、輸出結果就會整個亂掉；若變動達一半以上，就會引發雪崩，破解絕非易事。即使是現有效能最好的超級電腦，也要跑個十幾年才能解密。
圖2：密碼學之雪崩效應 資料來源：陳昱圻提供
這也是勒索軟體猖狂的主因，不幸中招者只能乖乖付贖金或自認倒楣重灌。但陳昱圻提醒，密碼位元不能全數改變，否則將導致類似以全對或全錯瞎矇解答是非題狀況，降低破解難度；特別一提的是，並非所有要求都適合強制數位簽章，如此恐會擾亂運作環境。此外，可供驗證的「工作量證明」(PoW) 是區塊鏈重要元素，且通常會輔以獎勵報酬機制；但其實這些網路節點未必皆為獲利，有時是著眼於行銷推廣等特殊目的性，旨在培養潛在客群、建立黏著度。不過，區塊鏈並非所向無敵，成敗取決於三要件：密碼學實力、節點擁戴程度以及設計完整性。
利之所趨，重賞之下必有勇夫
陳昱圻統整區塊鏈有以下優勢：防篡改的公開帳本、去中心化服務及換取服務 (獎勵與手續費)，但同時有以下隱憂：即便使用虛擬帳號仍可被追蹤，毫無隱私可言！假設，將行車記錄器作為車聯網 (IoV) 節點並與金流結合，當中所攝入的影像不論是否與之相關皆會「全都露」，太不合理。此時，加密工具更顯得不可或缺。他還主張，交易的本質是「買賣」，而貨幣是為簡化交易而生，前提是要創造交易需求，例如，跨國或黑市交易需求助長比特幣生存空間；另基於團結力量大，於是催生共同使用一個帳號挖礦之「礦池」(Mining Pool) 利益共同體。
陳昱圻統整區塊鏈有以下優勢：防篡改的公開帳本、去中心化服務及換取服務 (獎勵與手續費)，但同時有以下隱憂：即便使用虛擬帳號仍可被追蹤，毫無隱私可言！假設，將行車記錄器作為車聯網 (IoV) 節點並與金流結合，當中所攝入的影像不論是否與之相關皆會「全都露」，太不合理。此時，加密工具更顯得不可或缺。他還主張，交易的本質是「買賣」，而貨幣是為簡化交易而生，前提是要創造交易需求，例如，跨國或黑市交易需求助長比特幣生存空間；另基於團結力量大，於是催生共同使用一個帳號挖礦之「礦池」(Mining Pool) 利益共同體。
圖3：區塊鏈提供分散式網路及服務 資料來源：陳昱圻提供
但這些數位／加密／虛擬貨幣並非取之不竭、用之不盡，公共帳本在累積一定數量區塊串接後會減半，直至歸零。若要建立獎勵回饋機制，發行單位的號召力、節點品質、手續費和奬勵的優劣是首要考量。手續費參與者可經由獨自行動而增加收益，此策略組合被稱為「非合作賽局博弈」；只要發放被認可的獎勵，重賞之下必有勇夫，不怕沒節點協助解決問題。至於具體節點是誰？Who Cares！惟鏈與鏈之間一般需時 10 分鐘、六個節點就要一小時，尚未能做到即刻求援，但只要透過智能合約支付更多手續費，便可加速交易時間。
為促使交易過程一般化，以太坊率先以程式運行合約制。陳昱圻認為，所有中心化的東西皆可能被區塊鏈取代，藉智能合約實現存取控制，好處是不用維護伺服器、壞處是合約的資料刪減或更新狀態皆須支付手續費。另一方面，雙重支付 (double-spending，又稱「雙花攻擊」)、區塊分叉 (chain forking) 和不遵守協定 (Don’t follow the protocol) 亦是須留意防堵的風險。今年 5 月，就曾傳出有惡意礦工對知名加密貨幣——比特幣黃金 (Bitcoin Gold) 發起 51% 雙花攻擊的消息，造成千萬美元損失，也重擊了人們對於去中心化及工作量證明的信心。
圖4：將加密貨幣作為區塊鏈獎勵報酬 資料來源：陳昱圻提供
TTIA區塊鏈短期系列講座即將登場
有鑑於每次產業革命性改變皆會帶來新機會、新潮流，且技術世代交替週期將從以往的十年縮短至三年，台灣車聯網產業協會 (TTIA) 亦積極引進區塊鏈技術。協會秘書長周宗保表示，歷經 PC 互聯網、行動互聯網時代，2018 是新一代行動通訊的發起線；區塊鏈不只是狹義的金融財務課題，數年後或將拓展至車聯網應用，台灣亦正在推動交通電子票證的 QR Code 行動支付。看好區塊鏈前景，TTIA，擬於今年 11 月舉辦短期系列講座，明年並計劃與大同大學共同開設關於車聯網技術、高科技經營管理等產業培訓課程，合格者將獲頒結業證書。
有鑑於每次產業革命性改變皆會帶來新機會、新潮流，且技術世代交替週期將從以往的十年縮短至三年，台灣車聯網產業協會 (TTIA) 亦積極引進區塊鏈技術。協會秘書長周宗保表示，歷經 PC 互聯網、行動互聯網時代，2018 是新一代行動通訊的發起線；區塊鏈不只是狹義的金融財務課題，數年後或將拓展至車聯網應用，台灣亦正在推動交通電子票證的 QR Code 行動支付。看好區塊鏈前景，TTIA，擬於今年 11 月舉辦短期系列講座，明年並計劃與大同大學共同開設關於車聯網技術、高科技經營管理等產業培訓課程，合格者將獲頒結業證書。
