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比特幣的深奧起源:第一部 雜湊函數之美

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科技產業資訊室 - 陳歆 發表於 2019年1月3日

陳歆
(Robert H. Chen) [1]
 
第一部:雜湊函數之美
 
歐美抵押貸款銀行之次級房屋貸款犯濫,及投資銀行接踵的衍生金融工具傾銷,在被低利息引誘的平民幾乎同時的貸款拖欠所引發於2008年的全球金融海嘯,不但是淹沒各國的金融機構而迫使千萬無辜淪於破產,也是觸發了一個激烈的反抗聲浪。[2]

即於2009年初,自稱是日裔美國人的神秘電腦科學大師中本哲史在他發佈的一份「白皮書」中提出了一個網民自主的電子金融系統,則取代金錢的「數位虛擬加密貨幣」為交易媒介的「網路分散帳本」概念,以便全避開各國金融機構管制。此同輩對同輩(P2P)的「區塊鏈」資料架構是以數位化貨幣「比特幣」交換而構成,由網民執行和維持的基於個人電腦和網際網路之全新交易體系。[3]

任何資料,包括一個電子檔的整個内容,可經由一個所謂的「雜湊函數」的「演算程式」映射成一個字母數字代號,即此獨一無二的「隨機排列字母數字組合」可「反映射」整個檔案的資料,但是因爲被「雜湊」,該資料是加密而壓縮成易於傳送和處理的一個字母數字代表字符。[4]

電腦位元為貨幣的交易是以「比特幣網」的同輩對同輩「節點」之間進行,即擬以比特幣收費而賣產品或提供服務的甲方,以其個人的「私鑰匙」和共用的「公開鑰匙」,經由兩次雜湊就建立一個「比特幣錢包」,並在比特幣網指定該交易的「比特幣地址」而如此向網民邀約。[5]

然後,任何從比特幣網得知有關甲方的產品或服務邀約而擬與甲方交易的乙方會接受邀約而傳送比特幣到甲方的比特幣地址。每一交易次是帶有其獨特的比特幣地址。甲方若同意乙方的交易接受,他會使用他的私鑰匙而以「數位簽名」正式成交。嗣後經由比特幣網的「認可」,該交易會被記錄在比特幣網的分散帳本,則甲方就可將該比特幣地址交易的比特幣款項輸入他的比特幣錢包,而甲方就要履行該交易的義務。[6]

如此可見,「加密隱蔽技術」之公鑰匙和私鑰匙制度所建造的比特幣地址和數位簽名可取代傳統商店或事務所交易的簽字和印章交涉,而比特幣可替代傳統貨幣或信用卡而免除銀行的帳戶和轉帳服務。 [7]

比特幣網的交易「認可」完全是由網友執行,即甲乙雙方兩支網路節點的比特幣地址交易會被廣播在比特幣網,所以任何參與者可任意挑選而搜集各交易的比特幣地址和數位簽名雜湊,而與另外一個比特幣地址交易雜湊聯合成一個「交易對」雜湊,則經由雜湊函數而拼湊一個代表該交易對的新雜湊字符。該交易對的新雜湊字符又可與另外一個交易對的雜湊字符聯合而構成一個涵蓋四項交易雜湊的全新雜湊字符,而依此類推,一對一對涵蓋一對一對的交易雜湊可經由雜湊函數配對的雜湊合成而構成一個籠統的資料架構。

如此配對的雜湊程序是以所謂的「二進制默克爾樹」進行。兩個節點的比特幣交易雜湊是默克爾樹的「樹葉節點」,兩個交易的雜湊是「樹枝」,而諸多被雜湊的樹枝是順遂構成所謂的「默克爾樹根」,如下圖所示:[8]

圖上最上面的默克爾樹根如此就是所有被配對的交易之縮影,則能以僅一行的字母數字代表數多的比特幣網交易。目前「比特幣網通則」是限制交易數據的數量於一時能被認可之一百萬位元組(1MByte)的交易「區塊」。[9] (2435字;圖1)
 
第一部之三完

 
[註1] 筆者(robgaoxiong@gmail.com)曾在美國矽谷做科學研究及任職舊金山律師事務所科技顧問,在台灣曾在宏碁電腦、國際通商法律事務所(Baker & McKenzie)、台積電、奇美電子、日月光,財團法人資策會和工業技術研究院的專案顧問、以及國立台灣、清華、和交通大學兼任教授。學歷是密歇根大學空間物理學博士、史丹佛大學電機系後博士、加州大學柏克萊法學院法學博士,美國加州執業律師、美國專利暨商標局註冊律師。著作包括Einstein’s Relativity, the Special and General Theories, McGraw-Hill (2016)、Liquid Crystal Displays, Fundamental Physics & Technology, Wiley (2011)、Made in Taiwan, the Story of Acer Computers, McGraw-Hill (1997)、《英美契約法》元照出版公司2015年、《美國專利訴訟關鍵案例解讀》元照出版公司2012年、《晶理法,液晶、理工、法律》元照出版公司2010年,以及數件相關物理的學術文獻和智慧財產權法的文獻。

[註2] 以響應政府刺激房地產市場的政策,抵押貸款銀行就向明知無法承擔債務的平民力推「次級房屋貸款」(subprime mortgage),投資銀行則購買了該債務而將違約的風險疏散到所謂的「衍生金融工具」(derivative instruments)而大量販售給各地的金融機構,個別衍生金融工具的投資風險雖小,同時違約的風潮則引發了如雷曼兄弟投資銀行的破產以及整個金融體系及房地產市場的崩潰,造成無數的平民被壓垮在無法還被炒房屋的巨額貸款之下。

[註3] 中本哲史(Nakamoto Satoshi)、「數位加密貨幣」(crypto currency)、「區塊鏈」(blockchain)、「電腦位元鑄幣」即「比特幣」(Bitcoin,亦稱「BTC」)、「同輩對同輩」(peer-to-peer)、「網路分散帳本」(distributed ledger)。參考中本哲史的「白皮書」(White Paper):“Bitcoin: A Peer-toPeer Electronic Cash System”。

[註4] 「雜湊函數」(hash function)、「演算程式」(algorithm)、「映射」(map)、「隨機排列字母數字組合字符」(alphanumeric character string)。

[註5] 「比特幣網」(Bitcoin Network)、「節點」(node)、「私鑰匙」(private key)、「公開鑰匙」(public key)、「比特幣錢包」(bitcoin wallet),「比特幣地址」(bitcoin address)其實是不同於一般的「地址」,則是只能用一次而代表個別比特幣的交易。有許多不同的網站是提供比特幣錢包和比特幣地址的創立和管理服務。兩次的雜湊是為避免字符的重復,即雜湊通常會被「二度雜湊」(Double SHA-256),即「雜湊該雜湊」(hash the hash)。

[註6] 「數位簽名」(digital signature),兩次雜湊是為減少字符的重復「衝突」(collision)。

[註7] 「加密隱蔽技術」(cryptography)。

[註8] 「二進制默克爾樹」(Binary Merkle Tree)、「樹葉節點」 (leaf nodes) 、「樹枝」(branch)、「樹根」(root)、「默克爾樹樹根」(Merkle root)。影像取材於hackernoon.com。

[註9] 「比特幣網通則」(Bitcoin Protocol)是比特幣網(Bitcoin.org)所宣佈的比特筆交易規則。

 
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