Embed Size (px)
Citation preview
www.fisc.com.tw ■ 19
淺談區塊鏈技術與金融區塊鏈實作驗證〡本期企劃
淺談區塊鏈技術與金融區塊鏈實作驗證
林弘斌 / 財金資訊公司研發部代理經理鄧介銘 / 財金資訊公司系統部經理
一、 前言
2015年 6月， 世 界 經 濟 論 壇 (World
Economic Forum , WEF)發表「金融服務的
未來」報告中指出，FinTech與數位化浪潮將
引發傳統金融業的「破壞式創新」；隔年 8月
又發表「未來的金融基礎設施」報告，進一步
點出，區塊鏈技術具有降低交易成本與提升交
易效率的潛力，以區塊鏈技術作為基礎設施的
金融服務，極有可能撼動當代的商業教條，並
重塑今日的商業流程。然而，報告中也提醒，
區塊鏈技術不是萬靈丹，而是打造下一個世代
金融服務基礎設施地基中的重要一環。
不同於以往先有業務需求，再選定技
術方案之發展模式，區塊鏈是源自於比特
幣 (Bitcoin)的技術方案，以「去中介化」
(Decentralization)為概念，嘗試在金融領域
尋找可能應用的業務需求；惟原生型區塊鏈技
術方案因與金融實務不符，勢須修正，且修正
的技術方案需要在實驗平台上進行概念驗證
(Proof of Concept , POC)，並經過創新金融
服務之研究及探討，循此發展模式並得到充分
驗證後，才可能加以實作及商轉 (如圖 1)。
圖 1 區塊鏈技術方案發展與應用循環
20 ■ 財金資訊季刊 / No.90 / 2017.10
本期企劃〡淺談區塊鏈技術與金融區塊鏈實作驗證
財金資訊公司 (以下稱財金公司 )為全國
金融資訊與跨行交易處理之樞紐，肩負提供金
融機構及社會大眾「便捷的金流服務、穩定
的作業系統及安全的交易環境」之重任，秉持
協助金融機構發揮整體綜效之理念，並促進國
內支付系統平台之多元化發展；爰於民國 105
年 9月 20日邀集國內金融機構與周邊單位成
立「金融區塊鏈研究暨應用發展委員會」(以
下稱「金融區塊鏈委員會」)，期能建置可行
之金融區塊鏈業務實驗平台，俾與先導金融機
構進行連線驗證。本文以「區塊鏈技術」及「區
塊鏈網路系統」為主軸，輔以「金融區塊鏈委
員會」實作驗證之辦理情形，簡介區塊鏈技術
的發展、適性與應用。
二、 區塊鏈技術
區塊鏈技術係源自比特幣底層技術之組
合，包括用以建構「區塊」與「鏈」之鏈結關
係的密碼學 (Cryptography)技術，以及在網
際網路環境中、實現節點間交易與區塊之共識
機制的分散式系統 (Distributed System)技術。
比特幣此一原生型區塊鏈技術，係採用
非認許式 (non-permissioned)匿名制之虛擬貨
幣技術，在現實世界裡並沒有合適的應用；
因此，為符合實務需求而有不同的演化。有
的技術方案增加了智能合約的功能，而成為
區塊鏈應用平台 (如 Ethereum)；有的技術
方案支援認許式實名制，而成為企業級方案
(如 Hyperledger)；有的技術方案則拋棄了
「區塊鏈」這個名稱，改稱「分散式帳本技
術」(Distributed Ledger Technology , DLT，如
Corda)。
這些演化後的技術實作，迄今仍無一致
的標準，而且由於技術本身尚未成熟，在可
見的未來，仍將持續修正與演化；以下就比特
幣 (Bitcoin)、以太坊 (Ethereum)、超級帳本
(Hyperledger)及 Corda等 4個技術方案 (如
圖 2)，略述其技術內容與發展情形。
(一 ) 比特幣 (Bitcoin)
比特幣是迄今發展最為成功的虛擬貨幣，
自 2009年 1月開始運作，至今已逾 8年。事
實上，正是因為比特幣的成功，人們才開始關
注與討論區塊鏈技術。
一項業務的成功，通常是應用得當的技
術與多贏的商業模式之結合。比特幣的業務
是「鑄幣」與「點對點移轉」，為了比特幣業
務量身訂做的底層技術，採用「工作量證明」
(Proof of Work , POW)與挖礦報酬的設計，
讓比特幣在沒有中央控管、匿名且互不信任的
網際網路環境中，創造了多贏的商業模式，成
為最成功的虛擬貨幣網路系統。
然而，匿名性亦讓比特幣成為不法分子洗
錢與黑市買賣的管道，而不穩定的匯率波動，
致使比特幣不具有價值儲存功能；當考慮採用
比特幣原生型區塊鏈技術來建置金融服務平台
時，須一併考慮 POW共識決演算機制的「清
算最終性」(Settlement Finality)問題。
圖 2 區塊鏈四大技術應用方案(左上：比特幣、右上：以太坊、左下：超級帳本、右下：Corda)
www.fisc.com.tw ■ 21
淺談區塊鏈技術與金融區塊鏈實作驗證〡本期企劃
(二 ) 以太坊 (Ethereum)
以太坊是一個具有智能合約 (Smart
Contract)功能的區塊鏈技術平台，號稱是優於
比特幣的「下一代虛擬貨幣」與「去中介化」
應用平台，同樣是採用 POW與挖礦報酬的設
計，其「鑄造」出來的以太幣 (Ether)是當前市
值第二高的虛擬貨幣，僅次於比特幣。
在區塊鏈上執行智能合約是以太坊最重要
的技術貢獻，智能合約可以用來開發各種應用
程式，其中「去中介化自治組織」(Decentralized
Autonomous Organization, DAO)型式的應用
程式，有潛力讓原本無法執行、或執行成本過
高的營運模式成為可能；除了虛擬貨幣的鑄造
與移轉外，用以太幣支付手續費，以執行智能
合約，也是以太坊的業務之一。
2016 年 4 月， 以 太 坊 創 建 者 Vitalik
Buterin 因為售出手上持有的四分之一以太幣而
遭受質疑；同年 6月，以太坊上的去中介化自
治組織－ The DAO 被駭，造成市值 5千萬美
元的以太幣被轉移到駭客可以控制的分身上。
因應這次事件，The DAO成員投票決定，透過
砍掉重鏈的硬分岔方式，沒收遭竊的以太幣，
打破了區塊鏈不可逆的神話；以太坊以較佳的
POW演算效率，雖然淡化了清算最終性的問
題，但相對地，讓交易安全問題更難以控制。
(三 ) 超級帳本 (Hyperledger)
超級帳本是 Linux基金會的區塊鏈開源專
案項目，匯聚了全球超過 100家金融機構、
科技業者及區塊鏈技術團隊，其子項目 Fabric
和以太坊並列為全球熱門的通用型區塊鏈技
術。超級帳本採取開源、協作的方式，建置具
有區塊鏈關鍵特性、開放標準、及跨產業別的
區塊鏈技術平台；期以此促進區塊鏈技術的發
展、及全球商業交易的轉型，並確保區塊鏈技
術平台，能適用於任何一家公司或行業。
Fabric是超級帳本專案中主要的子項目，
為認許式區塊鏈技術。Fabric的架構除基本
的區塊鏈功能與智能合約模組外，以會員服務
(Membership Service)實現認許式概念，惟其
0.6-preview版本採用每筆交易皆須存取會員
服務節點的設計架構，導致單點失靈 (Single
Point of Failure , SPOF)缺陷，此缺陷預計在
1.0發行版本中可獲解決。
此方案的技術、機制與營運模式，現階段
尚欠成熟，採用以協作開源方式來開發區塊鏈
技術，並進行概念驗證 (POC)，需要投入很
大的心力與資源，才足以面對多變的外在環
境；如何借重外部專業顧問的協助，須納入重
要考量。
(四 ) Corda
成立於 2015年 9月的 R3聯盟，串聯全
球超過 50家大型金融機構，號稱是全球最大
的金融區塊鏈聯盟。2016年 4月，R3聯盟技
術長 Richard G. Brown在他的部落格介紹，
R3聯盟正著手進行開發用於金融服務的「分
散式帳本技術 (DLT)」平台－ Corda。
Corda是個重新設計的 DLT平台，用來
記錄、管理、以及同步金融機構間的協議。
Corda沒有全體性的資料共享機制，這是
Corda與其他區塊鏈技術平台的主要差別；惟
有與協議相關、並有正當理由的當事人，才能
看到相關協議資料。此外，Corda上沒有虛擬
貨幣。
Richard G. Brown提到，Corda關注的重
點是協議，並且考慮到金融協議的管理現實，
22 ■ 財金資訊季刊 / No.90 / 2017.10
本期企劃〡淺談區塊鏈技術與金融區塊鏈實作驗證
Corda需要的不只是共識系統，更需要讓業務
邏輯容易撰寫、讓既有程式容易整合，Corda
聚焦於公司之間的互通性。Corda在 2016年
11月開源，並成為超級帳本專案下的子項目，
迄今仍在開發中。
以上四大區塊鏈技術，涵蓋目前與金融應
用有關的技術類型；單從 POC的角度來看，
任何技術方案均值得嘗試，惟應將資源限制納
入考量。當考慮未來的作業需求與營運實務
時，除須考慮技術發展的成熟度外，當技術應
用涉及全體金融機構時，更須審慎評估技術門
檻造成的障礙。總之，平台的開發與建構應保
留設計彈性，俾利未來能介接其他平台應用。
三、 區塊鏈網路系統
區塊鏈網路系統架構為分散式系統，由網
路上的區塊鏈節點所組成，提供區塊鏈服務；
區塊鏈節點負責驗證、執行並記錄交易，所有
節點透過共識機制，共同維護帳本的一致性。
「確保帳本的一致性」是由中心式架構轉為分
散式系統的過程中，首要面對的問題，顯然
地，分散式系統如果無法確保交易處理結果的
一致性，任何建立於其上的業務應用，都無法
正常運作。
根據 CAP定理 (如圖 3)，分散式系統不
可能同時確保一致性 (Consistency)、可用性
(Availability)和分區容忍性 (Partition Tolerance)，
因此，不論採用何種技術方案來建置區塊鏈網路
系統，都會有某項被弱化的特性。
(一 ) 一致性 (Consistency)
「一致性」係指交易資料在分散式系統所
有節點上的副本，都是相同的。「一致性」讓
交易資料在所有節點副本 (replica)上的修改
(增 /刪 /改 )操作，要麼全部成功、要麼全部
失敗；亦即，交易資料的修改操作，對於整個
系統而言，是原子性 (atomic)操作。
(二 ) 可用性 (Availability)
顧名思義，「可用性」是指在客戶端提出
交易請求的時候，可以得到回應；惟應注意系
統「可用」，並不代表所有節點的交易請求回
應皆是一致的，這種情況，我們仍然說系統是
可用的。
(三 ) 分區容忍性 (Partition Tolerance)
在分散式系統中，節點之間透過網路連
接，如果發生了非預期的網路連接問題，就形
成分區。「分區容忍性」係指除了網路節點全
部故障之外，所有子節點集合的故障，都不能
導致整個系統不回應。
對虛擬貨幣網路系統而言，公開的網際
網路環境，顯然無法避免網路分區；所以，
圖 3 CAP Theorem
www.fisc.com.tw ■ 23
淺談區塊鏈技術與金融區塊鏈實作驗證〡本期企劃
諸如比特幣及以太坊等類型的虛擬貨幣網路
系統，無法同時確保 CAP定理的一致性與可
用性。如前所述，比特幣採用 POW共識決演
算法，在網路系統的節點間同步交易資料，
然而 POW共識決演算法「最長鏈勝出」的競
爭本質，不免弱化了 CAP的一致性，儘管相
對提高了可用性；可以說，原生型區塊鏈網
路系統所號稱的高可用度，某種程度上，是
用一致性換來的。相較於比特幣，以太坊雖
然提升了 POW演算效率，但從 CAP定理的
意義來看，在本質上被 POW弱化的一致性，
並未改變。
原生型區塊鏈網路系統因為在現實世界
裡沒有合適的應用，故朝實務需求的方向修
正，演化出的認許式技術方案，採用可以確
保一致性的共識機制，以同步節點間的交易
資料。基於 CAP定理，在確保一致性的前提
下，降低網路系統出現分區的機率，可以提
高網路系統的可用性；反之，如果網路系統
容易出現分區，則其可用性將相對降低。因
此，若要有效降低網路系統出現分區的機率，
則意謂區塊鏈節點必須受到比較集中式的控
管，甚至將主機硬體集中在一處，而這似乎
又與區塊鏈宣稱的「去中介化」、「分散式
帳本」等基本概念相違背。
為兼顧金融監理及金融業務發展需求，
「金融區塊鏈委員會」現階段採用「認許式
(permissioned)實名制」區塊鏈技術，建置
「金融區塊鏈業務實驗平台」(以下稱「區塊
鏈服務平台」，如圖 4)進行實作驗證，同時
保留設計彈性，俾於未來能介接其他認許式
實名制之技術平台。「區塊鏈服務平台」係
由金融機構與財金公司的節點共同組成，具
有會員管理功能，由網路系統的管理者來管
理主機節點及使用者的存取權限；金融機構
可以自建節點加入平台，或以 API介接財金
公司共用節點的方式，存取區塊鏈服務。「區
塊鏈服務平台」上各個節點所採用之設備等
級、硬體效能，以及網路頻寬、節點距離等
因素，都會影響平台的整體效能；而平台效
能除影響交易處理時間外，也影響網路分區
的發生機率、與分區發生後的回復時效，連
帶影響平台的可用性。
圖 4 區塊鏈服務平台架構示意圖
24 ■ 財金資訊季刊 / No.90 / 2017.10
本期企劃〡淺談區塊鏈技術與金融區塊鏈實作驗證
四、 金融區塊鏈實作驗證
「去中介化」是區塊鏈應用的核心概念，
區塊鏈網路系統的參與者「集體共同」維護一
份「分散式帳本」，區塊鏈上登錄的資料具有
「公開、透明且無法更動」的特性，網路系統
的所有關係人都能取得可以信任的帳本與交易
紀錄，可有效降低、甚至消除包括核帳等交易
後人工處理相關作業成本；區塊鏈網路系統建
構的是一個新型態的網路信任機制，可在不需
要「受信任第三方」的狀態下，解決交易過程
中產生的信任問題，故「經濟學人」雜誌稱區
塊鏈為「信任機器」(Trust Machine)。
當談到區塊鏈技術與金融應用時，基於
區塊鏈可以在不需要「受信任第三方」的狀
態下，完成「點對點」交易，因而「轉帳」成
為常被提到的應用選項之一；惟在金融支付領
域，確保交易的一致性與最終性，是設計業務
系統的首要前提，典型的設計如財金公司跨行
系統的 3-Way訊息架構。而區塊鏈分散式系
統的一致性，代表著網路上所有的節點要麼全
數同意某筆交易、或者全數不同意，絕不能發
生部分同意、部分不同意這種不一致的情況。
由於分散式系統的資料同步與共識機制，「區
塊」中的交易必須、且只能循序逐筆執行，區
塊鏈網路系統在本質上便無法一致地、即時更
新與同步帳本資料；未來，除非在技術上能有
新的突破，否則，現階段的區塊鏈技術尚不適
合作為即時交易處理系統，尤其是「轉帳」此
類大量且高頻的交易。
區塊鏈技術迄今的實作仍不脫帳本的本質，
惟其帳本資料庫記載的交易紀錄之間，由於缺少
關聯性與索引鍵值，亦不適合用來開發具有複雜
查詢作業需求之應用。然而，區塊鏈不需要「受
信任第三方」、其信任機制及公開、透明與資料
無法更動等特性，仍是值得善加利用的優點；舉
凡「參與者眾多、跨產業平台、作業流程繁多、
管控複雜、資訊不透明」等交易類型，都是可考
慮進行區塊鏈應用與實作驗證之領域。以下將從
「資料公開、透明且無法更動」與「新型態的網
路信任機制」等兩項區塊鏈特性，簡介「金融區
塊鏈委員會」選定之第一階段實作驗證項目：「企
業資金管理－金融XML未完成交易處理」及「公
益捐款」兩項應用。
(一 ) 企業資金管理－金融XML未完成交易
處理
「金融 XML」業務於 92年 5月起開辦，
提供企業「24小時全年無休」跨行資金調撥
服務。金融 XML系統提供企業用戶透過個人
電腦或相關設備發動交易，透過網際網路以
金融 XML之訊息格式傳送給金融機構，憑以
辦理資金調撥、傳送和付款相關指示及資訊查
詢、線上融資等各項金融服務；在跨行交易部
分，金融 XML系統的訊息設計承襲了 ATM跨
行系統採用的 3-Way訊息架構，在 3-Way訊
息架構下，以第 3道確認 (Confirm)訊息確保
交易的最終性。
如圖 5，當財金公司或收款銀行未能收到
「付款確認」訊息時，財金公司或收款銀行的
系統無法解除交易懸置 (pending)狀態，此類
交易即為「未完成交易」；因為尚未確認「未
完成交易」的最終性，收款銀行無法將交易款
項入帳予收款企業，若不能於當日解除交易懸
置狀態，將導致企業資金調度問題，而財金公
司也會有延時結帳的風險。
為此，財金公司每日以紙本方式傳真「未
完成交易明細表」予付款銀行，由付款銀行逐
筆確認後，將確認結果以紙本傳真回覆給財金
圖 5 金融 XML系統交易流程示意圖
www.fisc.com.tw ■ 25
淺談區塊鏈技術與金融區塊鏈實作驗證〡本期企劃
無法更動等特性，仍是值得善加利用的優點；舉
凡「參與者眾多、跨產業平台、作業流程繁多、
管控複雜、資訊不透明」等交易類型，都是可考
慮進行區塊鏈應用與實作驗證之領域。以下將從
「資料公開、透明且無法更動」與「新型態的網
路信任機制」等兩項區塊鏈特性，簡介「金融區
塊鏈委員會」選定之第一階段實作驗證項目：「企
業資金管理－金融XML未完成交易處理」及「公
益捐款」兩項應用。
(一 ) 企業資金管理－金融XML未完成交易
處理
「金融 XML」業務於 92年 5月起開辦，
提供企業「24小時全年無休」跨行資金調撥
服務。金融 XML系統提供企業用戶透過個人
電腦或相關設備發動交易，透過網際網路以
金融 XML之訊息格式傳送給金融機構，憑以
辦理資金調撥、傳送和付款相關指示及資訊查
詢、線上融資等各項金融服務；在跨行交易部
分，金融 XML系統的訊息設計承襲了 ATM跨
行系統採用的 3-Way訊息架構，在 3-Way訊
息架構下，以第 3道確認 (Confirm)訊息確保
交易的最終性。
如圖 5，當財金公司或收款銀行未能收到
「付款確認」訊息時，財金公司或收款銀行的
系統無法解除交易懸置 (pending)狀態，此類
交易即為「未完成交易」；因為尚未確認「未
完成交易」的最終性，收款銀行無法將交易款
項入帳予收款企業，若不能於當日解除交易懸
置狀態，將導致企業資金調度問題，而財金公
司也會有延時結帳的風險。
為此，財金公司每日以紙本方式傳真「未
完成交易明細表」予付款銀行，由付款銀行逐
筆確認後，將確認結果以紙本傳真回覆給財金
圖 5 金融 XML系統交易流程示意圖
公司；財金公司統整所有付款銀行的回覆結
果後，再以紙本方式傳真「未完成交易處理結
果明細表」給收款銀行，收款銀行方能據以
辦理入帳，而財金公司才能完成結帳，金融
XML－未完成交易紙本作業處理 (如圖 6)。
人工紙本作業的問題，是效率限制；尤其
當網路或系統發生異常而導致大量未完成交易
圖 6 金融 XML未完成交易紙本作業處理
時，人工紙本的作業方式，容易發生處理不及
的情形，進而衍生資金撥轉及延時結帳等問
題。區塊鏈訴求的「資料公開、透明且無法更
動，所有人都能取得可以信任的帳本與交易紀
錄」的特性，很適合應用在這類「交易完成後
的人工處理作業」。
如圖 7，財金公司將金融 XML未完成交
圖 7 區塊鏈「金融 XML系統未完成交易查詢」作業流程
26 ■ 財金資訊季刊 / No.90 / 2017.10
本期企劃〡淺談區塊鏈技術與金融區塊鏈實作驗證
易登載到區塊鏈上，由付款銀行更新區塊鏈上
的交易結果，同樣地，收款銀行可以將未收到
財金公司確認訊息的金融 XML未完成交易登
載到區塊鏈上，由財金公司直接在區塊鏈上更
新交易結果；基於區塊鏈的特性，區塊鏈網路
系統的參與者「集體共同」維護一份「分散式
帳本」，區塊鏈「資料公開、透明且無法更動」
的特性，可做為交易查詢回覆的憑據，並降低
交易後人工處理與紙張作業之成本。
(二 )公益捐款
一般而言，公益捐款的作業架構 (如圖 8)
分成：(1)民眾透過現金捐款或是銀行轉帳方式
進行捐款；(2)由慈善機構開立收據予捐款人；
(3)慈善機構匯集捐款款項後，委託銀行代管善
款；(4)對於符合捐助標準之個人或團體，再由
慈善機構以現金或是物資方式捐助之。
在現行的作業架構下，捐款人無法明確得
知自己的捐款是否得到合理的運用，而代管銀
行對款項之管理，則處於被動配合之角色，重
要性不高；故公益捐款亟需類似區塊鏈這種新
型態的網路信任機制，以解決捐款人對捐款資
訊、與善款流向的信任問題。
如圖 9，描繪公益捐款應用區塊鏈的作業
架構，捐款收單銀行與善款代管銀行負責將捐
款資訊與撥付資訊登載到區塊鏈上，捐款人可
透過任何單位建置的慈善捐款資訊查詢平台，
查詢個人捐款資訊與善款運用情形；運用區塊
鏈網路系統建構的網路信任機制，解決交易過
程中產生的信任問題，可作為慈善勸募機構、
捐款人與受款單位之間的「信任機器」，強化
慈善團體的透明度，提高社會大眾捐款的熱忱。
五、 結語
金融創新應用之安全與效率，攸關金融業
務的穩定與發展，目前發展中之區塊鏈技術，
各有其技術特性與適用業務，不論是採用那一
項技術進行 POC，都應保留設計彈性，俾利
未來能與其他應用或平台進行整合介接。
區塊鏈技術仍不斷修正演化中，現階段區
塊鏈技術平台，多數源自比特幣，與金融服務
要求具備「實名制」、「認許制」及「法償貨
幣」之特性，仍多有扞格；加上國內外尚無具
體可行的服務，或成熟的平台問世，因此，相
圖 8 公益捐款作業架構
www.fisc.com.tw ■ 27
淺談區塊鏈技術與金融區塊鏈實作驗證〡本期企劃
關金融實作驗證成果，尚不足以取信於相關產
業，轉化為商轉應用。爰由國內金融機構與財
金公司共組的「金融區塊鏈委員會」將秉持開
放多元的態度，賡續精進區塊鏈研究與實作驗
證，期藉由實作來驗證區塊鏈技術在金融服務
之效益，並累積應用金融區塊鏈發展創新金融
服務之經驗；實作驗證包含業務應用場景、區
塊鏈服務平台規劃建置、與各項驗證項目，除
用以協助金融機構瞭解區塊鏈技術外，亦可就
區塊鏈技術的功能與特性，分析可能之限制、
風險與其他延伸應用，俾作為金融機構後續規
劃與開發金融創新服務之參考。
※參考文獻 /資料來源：1. World Economic Forum，June 2015，
The Future of Financial Services－How disruptive innovations are reshaping the way financial services are structured,
provisioned and consumed。2. World Economic Forum，August 2016，
The future of financial infrastructure －An ambitious look at how blockchain can reshape financial services。
3. ForkLog，26 April 2016，Vitalik Buterin Sold a Quarter of His ETH Tokens。
4. The New York Times，17 June 2016，A Hacking of More Than $50 Million Dashes Hopes in the World of Virtual Currency。
5. iThome，2016/07/30，DAO 遭駭事件打破區塊鏈不可逆神話。
6. Richard Gendal Brown(2016)，INTRODUCING R3 CORDA ™ : A DISTRIBUTED LEDGER DESIGNED FOR FINANCIAL SERVICES。
7. The Economist，31 October 2015，The promise of the blockchain：The trust machine。
圖 9 公益捐款區塊鏈應用作業架構
