Bitcoin與Gcoin技術與應用

台大資工系  廖世偉

區塊鏈是基礎建設,不適合急功近利及高掠奪性者

比特幣(Bitcoin)是區塊鏈的一種應用,而Gcoin(Global Coin)是區塊鏈底層協議,兩者皆屬開放原始碼(Open Source Software),可供人任意取用。基礎建設加上open-source, 讓人想起孟子見梁惠王時說的,何必曰利。基礎建設當承載萬物,的確適合開源,供人取用。台灣不大,已有多個聯盟,若不以開源開放為主,將還會有更多聯盟產生,占地盤無非為了排他及掠奪。而區塊鏈的精神是將帳本分散為多個節點,多中心化,共同參與,公開透明,具民主精神。任何人可透過公開介面查詢數據,開發相關應用,透過數學,密碼學與經濟模型,協商一致之規範或協議,安全可靠,無法篡改,是一個信任機器(Trust Machine)。

惟近年以發行虛擬貨幣籌資者(Initial Coin Offering,ICO)屢見不鮮,許多是炒作炒幣,初時熱火朝天,發行者挾先進優勢身價驟升,然若內涵價值(Intrinsic Value)不足,接手者、後續散戶們稍有不慎,往往十次交易中「七賠二平一賺」,最終反傷社會信任。以長遠計,欲降低此等社會問題,須於增進監理效能,提升內涵價值,訂定自律規範間找出路。而區塊鏈應用廣泛,關注重點應在信任機器,炒幣僅為應用之一。本文將講述從Bitcoin到Gcoin的歷史及本質,Gcoin的特色,及區塊鏈與監理的結合。

Bitcoin : 打響(Beat)虛擬貨幣(Coin)變革的第一槍

區塊鏈可分為數層,本文以提及底層的基礎建設與上層的應用為主,Bitcoin屬於後者,係來自於中本聰所發表之論文,係一種基於密碼學的加密協定(Cryptographic Protocol),該加密協定之結算速度為10分鐘,亦即耳熟能詳的每十分鐘形成一個新的區塊,每秒平均負荷七個交易,其價格常因各國政府態度或市場投機行為而震盪。係屬一種公有鏈,任何人只要願意即可加入,成為開發比特幣的礦工。

比特幣在年初價格昂揚,然中國央行加大監理力度,以打擊非法洗錢行為為由,致其價格驟跌。近來中國三大主要比特幣商比特幣中國(BTCC)、火幣網(Huobi)、幣行(OKCoin)已宣布將升級其系統為反洗錢系統,故暫停提幣以配合中國有關反洗錢及資本控管等相關法律規定。另一人口大國印度,在2016年底推行淘汰高面額貨幣政策,雖其央行於2017年二月向投資人提出警訊,然其人民對虛擬貨幣如比特幣需求仍激增不減,致比特幣交易價與量均持續增長。

Gcoin : 為底層基礎建設。泰山不讓土壤,故能成其大(Global)

十大建設能創造經濟起飛,基礎建設如道路功不可沒。Gcoin有別於Bitcoin,係屬底層數位基礎建設,而非上層之應用情境。任何使用者可以之為輔,結合己身之本業優勢,創造專屬自己之上層應用情境,如顧客忠誠計畫、飛行哩程獎勵,或各廠商針對其消費者常有之點數兌換回饋機制,如何整合不同產業或廠商間之點數使之有效率的互聯互通,同時解決濫發點數、重複使用點數等信任問題,需要交易即結算,並能提升交易真實性之區塊鏈技術,方能坐收虛實整合、數位轉型之效,並於生態系蓬勃發展的同時,與更多廠商協作,使其點數能相互流用,把餅做大,互蒙其利。此技術亦為一種基於密碼學的加密協定,該加密協定之結算速度為15秒,且於無交易之情況下並不生成區塊,以免徒增資料量。此基礎建設可提升承載之交易量,較適合商用。可以為聯盟鏈,亦可以為公有鏈。聯盟鏈又稱區塊鏈聯盟(Consortium Blockchain),係經許可方能加入,具有可管可控之特性。

比特幣為一種數位資產,而Gcoin上則可同時存在多種不同的數位資產,由Gcoin區塊鏈上之成員賦予發行者發行權限與發行憑證,發行者據此權限與憑證可發行各種資產,每一權限或憑證所發行之資產其資產相關訊息皆紀錄於區塊鏈上,此紀錄不可篡改,可供追溯與查核勾稽。

比特幣有個著名的51%攻擊問題,亦即若單一個體掌握了大部分的計算能力,將能掌控帳本內容,如製造重複交易等,其緣由係來自於比特幣中均勻工作量證明機制(Uniform Proof of Work)。Gcoin採用動態非線性工作量證明機制(Non-uniform and Non-linear Proof of Work),因所有交易資訊均會於區塊鏈中顯示,成員皆可被算出其於某時點之工作量證明的期望值,進而動態調整其工作量證明之困難度大小。調整方式分為兩步驟,先由當時時點(Timestamp)回推N個區塊後,可計算各成員於N個區塊中獲選為驗證者的獲選次數。N為總成員數減去一。若兩個體之獲選次數差距 k 次,再將獲選次數較多之個體其工作量證明難度調為另一個體的 2^k 倍,此舉能大幅降低獲選次數較多之個體獨佔驗證之可能。其原理係透過馬可夫鏈(Markov Chain)的模型,考慮所有可能性的分布及轉換關係,並比較各種非線性模型而得。以十個個體為例,當其算力一致時,動態非線性工作量證明機制能比均勻工作量證明機制安全 1440倍以上。

Gcoin提出一個「多中心化」的概念,以不同角色參與者來維持網絡的功能完整性,呈現一種「聯盟(Alliance)」的階層,屬於一種多中心化的階層式架構。在這種階層式的分工架構中,聯盟彼此之間的關係略有別於一般區塊鏈的節點(Node),並不是完全的競爭關係,而是透過在網路中一或多個聯盟成員(Alliance members)共同得到唯一的共識來驗證交易之正確性,然後產生區塊獲取交易歷史資訊。

每個聯盟成員可任命一或多個發行商(Issuer),擁有任命發行商的權力,發行商可在聯盟成員獲得發行許可,負責產生各種數位資產。

Gcoin的設計主要有六個成員角色: Miner、Wallet、Manage License、Maintain、Network Protocol、Mint Coins,每個成員角色均扮演不同的功能,如圖1及圖2所示。圖1顯示Gcoin聯盟,而圖2則描述Gcoin架構。

圖1 聯盟式區塊鏈圖1 聯盟式區塊鏈

圖2 Gcoin架構圖圖2 Gcoin架構圖

區塊鏈如何處理交易撤銷及虛假交易

在Bitcoin等非認許制區塊鏈中,若有交易需要被撤銷則需獲得過半數的同意才能達成(透過硬分岔,即hard fork),這是相當困難且耗時的工作,但在Gcoin 的架構中,區塊鏈內容則由數個特權節點共同治理,可以很有效率地更新共識機制,進而撤銷不被認可的交易。如果是Zero-confirm(零次確認)的情況下,區塊鏈可以用Replace-by-fee機制來撤銷交易,即當交易還在區塊鏈節點的 memory pool(記憶池)裡的時候,原發動方再送出一個更高手續費的交易,則原來的交易因為手續費較低,當之後其要進區塊鏈時,將因為區塊鏈的自然防止雙花(double spending)的機制而被撤銷。

區塊鏈幫助監理,降低虛假交易

監理上,企業出於政府納稅之需要,需定期編製財務報表,當傳統紀錄與財務報表上之資產、負債、業主權益、收入、費用等項目,紀錄於區塊鏈上時,稅務機構透過智能合約等智能軟體可自動計算應繳納之稅額,並在結算完成之後由公司銀行帳戶自動扣除相關數額,節省政府機關之稽徵成本,亦能節省公司企業之申報流程與編製財報稅報過程中之人力投入。

與時俱進的AI:Agreement to Impact

數位經濟之路,由A走到I,因凝聚共識始,至發揮影響止,為Agreement、Block、Chain、4D、Efficiency、Finality、Governance、Hierarchical Design、Impact。

從實體經濟到數位經濟,區塊鏈有好的共識信任機制(Agreement),數位經濟以此信任機制(Agreement)為重要基礎建設,以區塊(Block)鏈(Chain)來防杜偽造(Duplication)、濫發憑證(Dilution)、重複花費(Double Spending)與資料遺失(Data lost)等4個D問題,具有效率(Efficiency)、終局確定(Finality)等特性,我們期待透過開源提供的Governance與階層式架構(Hierarchical Design),能對未來蓬勃發展之數位經濟生態系產生正能量(Impact)。

作者介紹
廖世偉,台大資工系副教授。史丹福博士。任職過史丹福、Google和Intel。是Android Compiler、Virtual Machine、RenderScript Engine的原作者之一,獲Google內部最高的創始人獎。近年在臺大開設區塊鏈及FinTech課程培育台灣區塊鏈人才。詳見http://www.csie.ntu.edu.tw/~liao/

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