花心的加密世界

今天開始試著用淺顯易懂的說法，解讀中本聰在 2008 年發表的比特幣論文。

這篇論文到現在已經被引用了 1700 多次，是個曠世巨作等級的論文，值得一讀。我會按照自己認為比較好懂的方式切入，而不會按照論文的章節順序。

中本聰 — 風一般的作者

他聲稱自己是個日本人，不過到目前為止，全世界都還不知道這位謎漾的人到底是誰。

不過，因為比特幣的協議和軟體都是公開發佈，發明者本人也無法控制比特幣，所以他是誰（在商業上）其實並不太重要。

拿掉手續費 — 沒有中間人

交易手續費的來源，是因為金融機構（後稱銀行）作為線上交易的中間人，在每筆交易都承擔著交易雙方的信任風險。當交易糾紛產生時，銀行需要負責調解、賠償；所以，銀行往往會要求雙方，在交易之前提供與交易本身完全無關的個人資訊，來建立信任基礎。

而比特幣的創新之處，就是將銀行這個中間人去除，不需要由銀行負責信任風險；改由網路上所有的電腦來幫忙驗證，讓雙方直接進行 P2P 交易，而不再透過銀行。

由於沒有銀行扮演中間人，自然就可以大幅降低交易手續費，也就可以讓更多日常的小額交易有更多元的應用。

防偽機制 — 數位簽名、時間戳記

所謂「數位貨幣」，是相對於實體發行的貨幣而言。在實體貨幣的世界，因為交易都是銀貨兩訖，所以沒有上述的信任問題；而且，政府也會透過在實體貨幣上加上防偽雷射印刷，或是使用特殊材質、油墨來避免貨幣被偽造。

但數位貨幣就不一樣了。因為數位媒介的特色，就是非常容易複製，所以每次線上交易就得運用密碼學的運算，來產生出一串經過加密的亂碼，來確保每次交易的安全性。萬一亂碼被破解，這筆交易就可以被更改、甚至把 100 元當 200 元花，造成同一筆錢被重複花用（double-spending）的問題。

中本聰在比特幣的設計上，是以個人數位簽名（digital signature）搭配交易時間戳記（timestamp server），來證明該次交易的唯一性，同時也解決重複花用的潛在問題。

挖礦 — 獎勵制度

現在比特幣區塊鏈每過 10 分鐘，就會產生 12.5 枚比特幣，也就是「礦」。

我們常常聽到的「挖礦」這個詞，意思就是使用自己的電腦，執行一個運算程式。使用者付出電腦的運算能力、電力及時間，相對應的就有機會獲得比特幣作為獎勵。

比特幣挖礦的運作機制，就像是以前在礦坑內挖礦的礦工。他們付出勞力及時間，但有機會獲得黃金作為回報。因此，當比特幣的價格越高時，就會有越多人願意貢獻自己的電腦運算能力，加入比特幣區塊鏈。

簡單來說，挖礦就是一套獎勵制度，讓原本與比特幣區塊鏈毫無相干的人，願意因為賺錢而投入資源。你可能會好奇，這個運算程式究竟是在算什麼，為什麼需要吸引這麼多人投入大量的運算資源和電力呢？

防止惡意攻擊 — 工作量證明

這些加入挖礦行列的電腦，事實上是在執行工作量證明（proof-of-work）的運算。工作量證明是比特幣區塊鏈用來決定誰挖到礦、誰是做白工的機制，挖到礦的人必須負責記帳。

工作量證明的運作機制很簡單，就是電腦運算能力強的人，有比較高的機率挖到礦。你可以把它想像成射箭比賽，擁有一把好的弓，會有比較高的機率命中紅心。第一個命中紅心的人，就能夠獲得 12.5 枚比特幣作為獎勵。如果 1 枚比特幣是 1 萬美金的話，就是 300 多萬台幣了。

於是，每個人當然就會開始搶購最頂級的弓，為的就是能第一個命中紅心。對應到比特幣挖礦，就是每個人會去購買運算能力更強的電腦，為的就是第一個挖到礦。因此，在比特幣區塊鏈上擁有記帳權力的人，很可能是運算能力強大的礦工。但最終是否命中紅心，還是得看運氣。

工作量證明就是透過比運算能力的強弱搭配機率，建立起一道安全壁壘。如果駭客想要對交易紀錄動手腳，就必須先有強大的運算能力，搭配很好的運氣才行。

你可能會問，擁有強大運算能力的人也可能是壞人啊？這就不是工作量證明的範疇，而是比特幣區塊鏈獎勵機制的設計。它的設計是讓擁有強大運算力的礦工，做好事的回報會比做壞事更高。如此一來，就能確保區塊鏈的安全。

匿名交易

在傳統的線上交易中，銀行掌握了交易者、時間、以及金額等重要資訊，並且決定了第三方取得交易細節的權限。

而比特幣交易因為缺乏實名認證，因此大眾無法得知交易雙方是誰。這就像是一個人可以擁有多個 Email 帳號，大家只能知道哪些帳號在進行交易包含時間和金額，但是很難帳號背後的操作者是誰。

不過，說比特幣交易是犯罪者的天堂，是有點誇大了；因為過去販毒者透過現金交易，是連交易紀錄都沒有。但是，在比特幣區塊鏈上至少還有交易時間、金額可以追溯，政府可以透過其他方式，追蹤到發送交易者的 IP 位址，交叉比對後還是有機會找出幕後的操作者。

只是，現在這些交易者的資訊不再掌握在銀行手上了。

理解區塊鏈的第一步

至此為止，我已經把中本聰的〈Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System〉這篇論文解讀完。比特幣是這波區塊鏈應用之中最知名的，把這篇原始論文讀完，以瞭解區塊鏈在不同領域上的應用，會很有幫助。

論文內還有幾個面向，因為屬於技術細節，所以在此因此跳過；例如如何回收佔用的記憶體空間、以及證明為何比特幣系統被攻破機率很低的計算過程等等。如果看完這篇文章之後，您對比特幣論文的原著和技術面有興趣，請下載論文原文（PDF檔）。

比特幣的缺點

說完中本聰的論文，總算可以說說比特幣的運作現況：現在已經很少人在挖比特幣了。

比特幣從 2009 年開始運作到現在，其實出現了不少缺點。例如比特幣系統每隔 10 分鐘才更新一次帳本，交易速度被嫌太慢；或是部份「礦工」為了提高挖礦效率，而客製出專門挖比特幣的硬體，稱為 ASIC（Application-specific integrated circuit）。

ASIC 的挖礦運算能力遠比普通電腦強、體積小、而且更省電。擁有 ASIC 的礦工，因為運算能力比其他電腦強太多，反而破壞了區塊鏈假設「每台電腦運算能力差不多」的分散式設計，使得攻擊者只要攻破少數幾個運算能力強大的礦場，就會讓比特幣區塊鏈變得不安全。

所以，其實現在已經沒什麼散戶礦工在浪費電力和運算資源，來跟擁有 ASIC的礦場爭搶比特幣了。

最近，大家都轉場去挖以太幣（Ethereum）了；因為以太幣改善了比特幣的缺點，而且應用不再僅限於金融領域的匯款上。