試玩Blockchain Demo：瞭解區塊鏈如何防止攻擊、挖礦電腦都在算什麼／許明恩
對比特幣有興趣的人，應該都會發現關於比特幣的入門文章中，一開頭都會提到「共享帳本（ledger）」的概念；讓初學者藉由帳本的概念來想像區塊鏈，是目前最普遍的方法。
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但是，我相信有很多人和我一樣，其實這輩子都還沒機會看過帳本長什麼樣子、用在哪裡、還有上面該記錄哪些資訊；當然，也就更難想像區塊鏈是如何運作的。
最近筆者發現一個叫做「Blockchain Demo」的網站，主要目的就是讓初學者一眼看懂「區塊鏈」是如何運作的。即使你不是技術人員，也能知道區塊上記錄著哪些資訊、如何防止被惡意篡改、以及挖礦的電腦上都在計算些什麼內容。
除此之外，你還可以像個駭客一樣，試著修改已經被記錄在區塊鏈上的資料，親身體驗需要花費多大的成本，才能篡改一台電腦上的區塊鏈紀錄、以及為什麼需要控制整個網路上過半的電腦運算能力，才可能成功攻擊區塊鏈。
理解區塊鏈如何運作之後，你就有能力自己判斷，用「共享帳本」來比喻區塊鏈是否合適。
接下來，我會把區塊鏈拆成「區塊」和「鏈」兩個部分來說明。
區塊：記錄交易資訊
加密交易資訊
區塊鏈上的每筆交易，都是經過加密運算後的一串亂數。使用亂數，是為了確保交易資訊在網路上的隱匿性，以避免因為每筆交易都在網路上完成，而被其他無關的人看光光。
「亂數」和「真實交易資訊」之間的關係，就像是「指紋」和「人」的關係一樣；每個人都有獨一無二的指紋，但是沒有人可以直接解讀一個陌生指紋，就知道它對應的人是誰。所以即使有人拿到亂數、又有電腦的輔助，也無法還原出這筆交易的內容，更遑論修改。
利用這個網頁上的服務，你輸入訊息（data）之後，網頁就會產生相對應的亂數（hash）；只要訊息內容相同，亂數就會是一樣的。
工作量證明
之前提過，工作量證明就像是畢業證書，是個防止駭客惡意攻擊的防禦機制。
而在區塊鏈上的畢業證書，是一套檢查亂數的規則；例如區塊的寫入規則是檢查「亂數是否有『4個0』作為開頭」，只有符合規則的亂數，才是在這個區塊上合法運作的記錄。
電腦必須花時間運算、逐個嘗試成千上萬種不同可能，才能找到符合規則的亂數；規則越複雜，找到答案的難度就越高。概念和學生必須通過重重考驗，才能獲得畢業證書是一樣的。
在上述的網頁中輸入訊息之後，方框背景會由綠色轉為紅色；顯示紅色的原因，是亂數不符合區塊「以4個0為開頭」的寫入規則，而不符合規則的紀錄是無效（invalid）的。
因此，你必須點按「Mine」按鈕，讓電腦花點時間幫你找答案；找到答案之後，方框就會變回綠色，代表這筆交易可以被合法記錄在「區塊」上。
要改變一個區塊還算單純，但是要改變一串頭尾相連接的區塊「鏈」，就比較複雜了。
鏈：結合時間順序、共識機制的安全設計
時間順序：一條區塊鏈
區塊上除了紀錄交易資訊和區塊編號之外，還明確記錄了前一個區塊的運算結果，以作為排列先後順序的重要依據，並形成一條區塊「鏈」。
假設駭客要篡改3個小時前產生、編號「#377」區塊上的一筆交易記錄。除了#377區塊的亂數會跑掉，導致#377區塊整個失效、必須重新運算（Mine）來找到合法答案之外，還會讓後一個「#378」區塊也立即因為前一個區塊資料不同而失效。
此外，往後一整串彼此相連的區塊們也都會全部失效，必須逐個重新找出答案。這有點像是歹徒企圖侵入銀行結果警鈴大作，導致所有原本可以合法通關的指紋統統失效，必須重新建立指紋資料庫一樣，非常耗費時間與資源。
請點按這裡實際體驗一下：凡是更改任何一個區塊內容，都會導致後面所有區塊因為亂數（hash）規則不符而變紅失效；這時候，你得從第一個紅色區塊開始重新「Mine」，逐個修改完一整條區塊鏈。
要改變一台電腦上的記錄還算單純；但要讓網路上的其他電腦，都跟自己電腦有一樣的區塊鏈記錄，那就麻煩了。
共識機制：區塊鏈們
在區塊鏈網路上，一條被修改過、又重新被Mine過的區塊鏈，是很容易被抓出來的；因為網路上的每一台相關電腦，都各自存有一份獨立且完整的區塊鏈原始記錄。
兩相對照之下，即使這份被修改過的區塊鏈顯示為綠色合法，但因為區塊鏈內容和其他電腦上的區塊鏈紀錄完全不同，就顯得非常突兀。
由於整個區塊鏈網路是以「多數決」原則，來判斷哪條區塊鏈是合法的，因此所有電腦會繼續在「最多人有共識」的那條合法區塊鏈，再串上新的區塊。
因此，即使駭客改了自己電腦上的區塊鏈紀錄，還得想辦法改掉網路上過半電腦的區塊鏈紀錄，才能讓修改結果被區塊鏈網路「表決」接受；這絕對是一項大工程，而且難度非常高。
點按這裡進入示範網頁，你可以試著修改「Peer A」、「Peer B」、或是「Peer C」三部電腦上的區塊鏈內容；除了被修改的區塊鏈會變紅失效之外，即使重新Mine過整條區塊鏈，也會和另外兩台電腦上的區塊鏈紀錄不相同。因此，其他電腦並不會承認這條「特立獨行」的區塊鏈；既然篡改紀錄不被承認，也就不會產生效果了。
加入帳本概念
在每筆交易資料中，至少都會包含付款人、收款人、金額這三項資訊，而且每個區塊的容量都可以記錄多筆交易；無論區塊上哪個欄位被更改，都會改變產生出來的亂數，導致亂數不符合規則且區塊失效。
另外，區塊鏈除了記錄每筆交易之外，還得計算每個人在付錢的時候，錢包裡是真的有錢；因此，區塊鏈會藉由區塊彼此串連的特性，往前追溯歷史交易紀錄。經過一些加減法，就可以迅速確認付款人是否真的有足夠的錢，可以付給其他人了。
到這裡為止，筆者已經把區塊鏈的主要設計介紹完畢；推薦你到Blockchain Demo網站動手玩玩看，或是直接看這部17分鐘的英文解說影片：
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