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區塊鏈是什麼?為什麼連美國國防部都搶著投入?

文/王宣智|國研院科政中心

區塊鏈(BlockChain)一詞源自比特幣(Bitcoin),最早出現在 2008 年署名為中本聰發表於網路上的論文,其題目名為:「比特幣:對等網路電子現金系統(Bitocin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System)」,論文內描述了如何運用對等網路架構創造出不需要依賴信任的電子交易系統(Nakamoto, 2008; Brito & Castillo, 2013; 維基百科, 2016),而中本聰於 2009 年 1 月運用開放程式原始碼的比特幣客端軟體,產生了第一個比特幣區塊(Genesis block),獲得第一批的 50 個比特幣(Benjamin Wallace, 2011)。比特幣發行迄今,僅於 2010 年發生一次比特幣協議漏洞,但此筆交易不到一小時就被發現且刪除,整個網路也更新為新版的比特幣協議(維基百科, 2016)。

區塊鏈技術讓比特幣能夠透過自動化的手段發掘金融交易的異常,並可即時修正協議的特色,讓區塊鏈技術被視為翻轉現有金融體系的一項革命性技術。為此,摩根大通、巴克萊銀行、高盛集團、西班牙 BBVA 銀行、澳洲聯邦銀行、瑞士信貸集團、道富銀行、蘇格蘭皇家銀行和瑞士銀行等九家全球知名金融機構於 2015 年共同投資成立新創公司 R3(註 1) ,制定區塊鏈技術應用於銀行業之產業標準與協議(Oscar Williams-Grut, 2015),迄 2015 年底已有 42 家大型銀行加入(Wikipedia, 2016b; 彭采薇, 2016) 。

台灣金管會為了保持台灣金融體系安定,維持金融體系的競爭力,於 2016 年 5 月公佈以 2020 年為期之金融科技發展白皮書 ,試圖透過活用金融科技方法,從應用、管理、資源、基礎等 4 個面向,共列出 11 項應優先發展或強化項目,而區塊鏈技術就是台灣重點的發展項目。

圖片來源:flickr

區塊鏈技術是什麼?

區塊鏈是一種分散式的資料庫,最初被應用在比特幣上,為一種去中心化交易平臺的概念性驗證,採用密碼學技術來控制貨幣的生產和轉移,屬於一種加密電子貨幣,所有的成員都能夠參與電子貨幣的驗證交易和記錄電子貨幣,在貨幣的交易過程中不需要再通過任何金融機構或第三方的機構進行擔保與驗證(Wikipedia, 2016a; 辜騰玉, 2016a)。區塊鏈維護著一份連續不斷的交易紀錄檔,每一筆資料被稱為一個區塊(Block),單一區塊內可以包含一筆以上的交易資料,任一個區塊均會與另一個區塊連結,區塊上會有一個獨特的雜湊值(hash),通過區塊間的彼此驗證,將每一個區塊彼此連結形成了鏈(Chain),換言之,區塊鏈就是由多個區塊組合而成的一個資料鏈(黃保翁, 2016)。區塊鏈中的每筆區塊一旦產生即無法更改,每一筆資料都能夠透過連結找出所有可靠的歷史資料,資料會分散於每一個節點,而資料庫的完整性則由所有節點共同維護。

區塊鏈的核心技術與概念。圖片來源:科政中心提供

區塊鏈隨著比特幣出現後經歷了幾個不同的階段,常見的分法將比特幣的應用視為區塊鏈 1.0,主要為數位貨幣之應用;區塊鏈 2.0 則開始導入合約的概念,開始出現了智慧資產、智慧契約等應用;區塊鏈 3.0 則強調了應用,透過更複雜的合約概念,將區塊鏈技術應用於政府、科學與文化等領域。(Jackson Kuo, 2016; William K. Santiago, 2016; 辜騰玉, 2016b)。

市場對於區塊鏈應用的看法

區塊鏈的核心是一套加密演算法,設置一套複雜的公鑰與私鑰機制,系統將線上金融交易資料、其它人的帳目存放於參與者的電腦系統,但參與者僅能交易自己的資產和瀏覽自己的帳目資訊。區塊鏈具有共享帳目機制、交易發生時即自動嵌入的智慧合約、參與者掌握所有資訊卻又能保有隱私權與在網路內進行每一筆資料的交易驗證等構成要素,且隨著參與者增加還將會降低營運成本(IBM, 2016)。換言之,以區塊鏈做為信任基礎之金流模式,隨著愈來愈多人的參與,將可能實現零邊際成本

比特幣自 2009 年迄今,以區塊鏈作交易的信任基礎,透過分散式區塊進行交互驗證,其安全性甚至優於以金融機構為擔保之模式,且交易的速度更為便捷。以跨國匯款為例,過去傳統銀行 SWIFT 網路完成跨國匯款至少需要花費 2 天以上,但比特幣完成上述之交易僅需要花費 10 分鐘。除了效率的因素外,將區塊鏈技術應用至金融服務,還可縮減供給方和需求方之成本。供給方為金融服務的營運成本,包含資訊機房營運費用、大型資料庫使用與維護費用、資料備援成本、甚至銀行從業人員成本等,區塊鏈技術的使用可減少此部分的花費。

而需求方的成本即意指客戶之交易成本,區塊鏈技術交易、驗證全由系統自動完成,不需人工審核,可以減少客戶的等待時間外,也可以降低人工交易手續費,若再加上具難以竄改之特性,更可讓客戶免於受到數位金融犯罪侵害。因此除了 R3 的產外標準與協議外,IBM 也結盟 Linux、Intel、Cisco、摩根大通與倫敦證交所等,組成開放帳目專案(Open Ledger Project),共同打造開放原始碼的區塊鏈架構(彭采薇, 2016)。

區塊鏈在金融機構與軟硬體科技公司的投入,將提高其安全性與交易性能,進而讓客戶享受更佳的金融服務與安全保障。近期有新創公司將區塊鏈技術應用至不同的領域,試圖以分散式存取概念改變過去強調集中管理的資料的應用架構。

區塊鏈目前應用領域。圖片來源:科政中心提供

美國 DARPA 想用區塊鏈做些什麼?

DARPA 成立於 1958 年,現今為美國國防部國防先進研究計畫署(Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA),是隸屬於美國國防部的重要研發機構,主要任務為避免美國遭遇技術突擊(Avoid technological surprise),並以創新科技維持國家安全,確保美國軍事的技術優勢。

DARPA 的科技研究投入,主要聚焦於與軍事概念連結性強的高收益(High Pay-off)項目,科技投資標的必為高挑戰、高風險項目,但不限於純軍事需求(Lawrence H. Dubois, 2011)。DARPA 過去投資的 GPS、ARPANET 等技術項目,對於現今社會造成了深遠的影響,因為其核心技術投資策略為「強調在今日實現未來技術」,實現的方式大致分成兩種:

(一)透過投資讓研究概念形成原型系統,再推衍下一階段的技術概念;
(二)由當前的技術概念推衍下一個階段的技術,並進行技術投資。

DARPA 的技術項目投資由專案經理主導,因此專案經理必需清楚地了解軍事需求,體認軍方為技術的顧客,並針對軍方的特定需求找尋對應技術、想像推衍未來的技術,透過各種新穎技術導入,解決軍方的問題

DARPA的技術投資策略。 圖片來源:Lawrence H. Dubois(2011)提供;科政中心編修

DARPA 的技術投資重點是解決軍方的問題,客戶首重軍方,讓美國軍方能善用各式科技,保持著國防的領先。軍方科技的來源,除了自研開發外,也可採用將一般民眾的科技軍規化進行導入。

資訊傳輸的安全與否,將影響著國家安全或軍事活動的成敗。國防重地內雖可以透過封閉式的資訊傳輸架構,提升安全性,然而在軍事的應用上,資訊傳輸的終端客戶並非均位於封閉式網路內。在開放式環境的資料資訊傳輸中,密碼學被廣泛應用,但過去通常採用集中式的系統,通過複雜的驗證機制後,情資人員或使用者方能於開放式的環境中取得部分的資訊。然後,集中的通訊系統,其資訊的傳輸路徑易於被掌握,進而導致資訊在訊號轉接的過程中被竊聽,而分散式的系統將可大大減少被掌握資訊傳輸的路徑導致資料外洩的問題。

在區塊鏈技術演化至第三代後,其技術應用似乎能夠提供安全與可靠的通訊安全機制,因此 DARPA 在 2016 年 4 月展開了安全資訊平台的小企業創新研究(SBIR)專案,以小規模投資的方式,試圖測試區塊鏈技術是否能活用分散式存放與加密機制,打造開放且具私密性的資訊交換平台,因此強調投標之專案至少需包含下述技術規範但不限於(王宣智, 2016):

.傳輸協定
.多種應用程式之訊息加密協定
.客製化之區塊鏈技術(Blockchain),實現資訊解構與重構、訊息傳輸去中心化

區塊鏈技術是否能夠提供安全的訊息保證,在軍事用途上的應用範圍為何?仍具有許多的不確定性,若能實現讓使用者從建立、傳輸訊息與接收訊息過程中,訊息都受到安全保障,每個人都能夠透過開放的網路空間,安全的進行情報傳遞、資訊交換或任務的接取,不用擔心資訊被駭客竊聽或竄改傳遞的資料等相關的目標,其後續對於國防上將帶來重要的影響。但 DARPA 注重的不是技術本身,而是在於目的是否能夠達到,區塊鏈技術既然在金融上可實現安全且具隱私的金融交易行為,那就值得投入資金嘗試其在通訊應用上的可行性。

在計畫規模的選取上,DARPA 採用小企業創新研究(SBIR)專案類型,透過投資中小企業的研究,開發雛形系統,即使無法達到解決國防通訊安全的問題,但至少也達到了推進技術發展,實現未來可能技術的目的。

區塊鏈技術未來的發展

區塊鏈技術在全球均專注於它對金融市場、銀行體系將產生大改變,影響國家金融體運作模式的時候,DARPA 身美國重要創新科技投資之指標單位,對於各式新興技術均保持著樂觀且開放的態度,故 DARPA 透過 SBIR 專案投入去中心化通訊協定相關研究,試圖透過技術投資,實現能夠透過公開的網路傳輸,卻不用擔心被竊取或竄改資訊安全通訊平台。資安顧問研究公司 Trail of Bits 的創辦人 Dan Guido 對於 DARPA 以 SBIR 計畫類型試圖實現資訊安全平台技術,認為其野心過大投資過少,質疑其投入相關技術的決心(Lorenzo Franceschi-Bicchierai, 2016)。

但 DARPA 的客戶為國防部,其技術的投資重點非著眼於技術的推動,而在於解決美國遭到技術突擊、解決國防與國家安全的需求。在觀察 DARPA 的技術投資時,不能過度側重技術本身,而是需要細想 DARPA 試圖解決的問題,因為問題導向、目標導向的思維已深植於 DARPA 專案經理的思想。本文雖然介紹了 DARPA 的技術投資策略「讓未來科技在今日可用」,但僅記不能將手段當成目標,而是要知道自己在解決的問題,從眾多的技術中找出最適宜者。

  • 註1:R3 是公司名稱,但有一些媒體以 R3CEV 稱呼此間公司,公司網址為:http://r3cev.com/

(本文授權改寫自:國研院科政中心 科技政策觀點網站區塊鏈發展進程與DARPA之投入

參考文獻:

  1. Benjamin Wallace. (2011). The Rise and Fall of Bitcoin. Retrieved June 22, 2016, from http://www.wired.com/2011/11/mf_bitcoin/
  2. Brito, J., & Castillo, A. (2013). Bitcoin: A primer for policymakers. Mercatus Center at George Mason University.
  3. IBM. (2016, April). 引領產業變革的智慧交易服務機制,區塊鏈(Blockchain)引領未來市場的關鍵技術. 藍色觀點, 58, 2–4.
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  17. 黃保翁. (2016). 從開發人員角度十分鐘理解區塊鏈技術. Retrieved from http://www.slideshare.net/WillHuangTW/blockchain-from-a-developers-perspective?next_slideshow=1

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