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區塊鏈技術打造綠色木材供應鏈(下)

接續上篇,以下我們將探討區塊鏈如何追蹤整個木材供應鏈呢?

 

何謂區塊鏈呢?

 

五、何謂區塊鏈

 

區塊鏈技術首見於2008年匿名科學家Satoshi Nakamoto所寫的論文Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System中比特幣背後的運作原理極為區塊鏈技術,區塊鏈簡單的來說為一種加密演算法,藉由比特幣礦工(Miners)進行挖礦工作,挖礦工作也就是不斷以電腦運算無數的數學題目,而這些礦工在挖礦的過程就是用電腦提供算力的過程(Proof-of-work)當礦工運算得解後一個區塊(Block)就會生成,而礦工們不斷的挖礦新的區塊就會接續在舊的區塊之後,生成一條完整的區塊鏈(Blockchain)。

 

(一) 區塊(Block)

所謂的區塊是指包含待確認處理交易的數條數據記錄,區塊鏈將通過密碼學的加密運算技術將區塊串聯起來,然後包含一定時間內的系統全部數據信息,並且依據時間戳記,按時間先後順序而生成;以驗證訊息的有效性並鏈接到下一個數據塊形成一條主鏈。

在通過礦工計算形成新的區塊過程中,礦工計算複雜的密碼學問題以保證交易的進行。在計算的過程中礦工將獲得報酬,也就是虛擬貨幣比特幣。每一條區塊鏈的最小單位就是一個區塊,每一個區塊又可以再分成「Head」+「Body」,區塊上的「Head」會記錄Nouce、Previous-hash、Rransaction-hash等該區塊重要資訊,而「Body」就會記錄著該時間內所有的交易資料。(Satoshi,2008)

 

為區塊鏈的生成與區塊內之內容示意圖

為區塊鏈的生成與區塊內之內容示意圖

 

可以想像一個區塊就像一本帳簿中的一頁,每生成一頁新的區塊就生成新的一頁帳簿;每個區塊的生成時間約為十分鐘,挖礦是個密碼學技術,如果要講技術原理的話就是指將區塊中的「Body」還有Head當中的Nouce去做加密簽章(Hash),不同的Nouce做Hash的值也會不同,如果解出來的數值「符合條件」,就會生成下一個區塊,而成功解出正確Hash值的人也會獲得50個的比特幣作為報酬。(Antonopoulos, A. M. ,2014)

            

區塊中Head和Body中的內容與生成新區塊示意圖

 

六、區塊鏈之特性

 

區塊鏈技術是一套極為複雜的加密演算系統,每個人可以通過公鑰(Public Key)和私鑰(Private Key)防止駭客入侵;公鑰簡單來說就好比銀行的卡號也就是我們個人電腦所在的IP位址,每個IP為只會對應一組私鑰,這個私鑰就像銀行密碼,若其他人擁有你的私鑰就可以盜領擁有者的資產,也就是公鑰中內含的加密資料。(Swan, M. ,2015)

 

(一)分佈式存儲且透明公開

因為所有擁有區塊鏈的IP位置的節點(Node)都擁有分散式、

具時序性及高度安全性的公共帳本系統也就是區塊鏈以其內含於其中的所有交易內容,區塊鏈使用了密碼學技術確保交易的正確性。

因此所有的交易內容透明並對所有節點公開,故具有完全的可追蹤性。

 

在點對點的交易後;區塊鏈只要生成一個新的區塊,所有交易的節點都會收到這個區塊,所有的交易都是公開並且分散式存儲在各個節點,相當透明可追蹤

在點對點的交易後;區塊鏈只要生成一個新的區塊,所有交易的節點都會收到這個區塊,所有的交易都是公開並且分散式存儲在各個節點,相當透明可追蹤

 

(二) 去中心化(Decentralization)

礦工每個人都會有一個公開式的帳本,在完美的理想情況下每一個人的帳本(區塊鏈)會一樣,當今天有一個人算出來一組符合條件的Nonce,所有人會看到其Nounce值,這個過程為Broadcast;當整個網絡中有超過51%的節點都驗證過這組Nonce值是符合條件,這個新的區塊才會被寫入每一條的區塊鏈中,這個技術及步驟確保了資料的正確性,如果要篡改區塊鏈就等於要掌控整個網絡中超過一半的節點,這使得單點篡改資料幾乎是不可能的事情。也因此區塊鏈並不需要第三方平台做中介,即可讓節點間彼此建立信任,達到去中心化的效果。

 

(三) 不可竄改性

區塊鏈是全球統一的、公開的數據庫,它有一個特點,數據一旦入庫就無法刪除和篡改,原因在於區塊鏈所使用的是one way function交易完全不可逆。區塊鏈可以看作是一本賬簿,每一個區塊是賬簿的一頁,隨著時間的推移,賬簿一頁一頁地往下,記錄在區塊中的交易內容就被永遠載入了歷史,無法刪除,也無法修改。

 

當新區塊F要形成,所有其他的節點都會收到新的區塊F,但必須其他51%個節點驗證其hash值是否正確,正確新區塊F才會被寫入區塊鏈中

當新區塊F要形成,所有其他的節點都會收到新的區塊F,但必須其他51%個節點驗證其hash值是否正確,正確新區塊F才會被寫入區塊鏈中

                                                         

七、森林認證待改善之缺點

 

在現行森林認證制度下並非完全沒有問題,如森林管理委員會(Forest Stewardship Council, FSC)底下的產銷監管鏈驗證(Chain of custody, CoC)就尚有不足的部分,因為許多外部因素考量會使監管鏈的驗證過程變得非常複雜,這些因素諸如(WWF,2003)

 

(一) 來路不明的黑材,混入加工廠洗白

黑材指的是那些事先沒有列入計劃、產地不明,但已運到加工廠的木材,而許多工廠生產中使用了大量的黑材。為了保證原料供應,製漿造紙廠或製材廠使用一部分“黑材”混入合法認證木材,是產品認證的主要障礙之一。

 

(二) 小林場木材認證成本高昂

許多木材企業的原料來自於分散的小林場,而這些小林場往往無力承擔認證的費用,其原料也就成為“黑材”。擁有林地面積不超過 50 公頃的小林場建立聯合認證是一些認證體系針對小林場主提出的一種新的認證方式。

 

(三) 多物件組裝的產品,認證有其難度

多樹種、多物件的木製品。許多產品的不同物件的材料可能不同,對這樣的產品進行認證就意味著其各物件所用的木材都必須經過認證。這對於生產廠商來說是有其難度。

 

八、區塊鏈技術應用於木材追蹤與交易可行性

 

前述說明區塊鏈的去中心化、透明公開、不可竄改、可被追蹤等特性,以下探討如何應用於森林木材料源的供應鏈認證系統。

 

(1) 建立政府、認證組織之公有區塊鏈與林木廠商的私有區塊鏈

所有林木廠商必須經過授權許可才能加入此私有區塊鏈中,而因為區塊鏈的交易並未通過第三方的平台機構做交易清算,是以點對點(Peer-to-Peer)的方式產生交易,此交易要被寫入區塊帳本中,會先被分布(Broadcast)到其他在此區塊鏈中各節點(Node)的廠商進行驗證,當51%驗證成功交易才算完成並寫入區塊。而私有區塊鏈幣必須與公有區塊鏈產生掛勾,這樣所有區塊鏈中的交易可以經由森林認證組織進行追蹤,解決木材產業監管鏈的木材來源不明等問題;而政府的公有區塊鏈就可以經由此區塊鏈中的交易紀錄進行關稅的課稅,可以防止海關逃漏稅的問題。

 

(2)上中下游供應鏈廠商加入區塊鏈協議中

上游廠商在木材砍伐後,將所有木材進行程式碼的編程加密後,每一批木材有其獨特的標籤識別,每一個標籤會和該廠商獨特的私鑰做簽章,當該廠商和下游廠商進行交易時;上游廠商和下游廠商會用其公鑰對此交易進行Hash,且Hash值無法被修改同時上游廠商會對此交易進行簽章(Sign)確保這批木材不被重複交易;而其他在區塊鏈中的51%廠商必須計算此Hash值是否正確無誤,這個過程是確保木材交易確實從上游廠商被移轉到下游廠商,這樣所有廠商都有區塊鏈此公開帳本就能夠確定其木材來源可追溯性。

 

 

我們可以想像每個必須認證的森林林區、物流廠商、紙廠、紙行都是不同的節點,每個節點都擁有自己的公鑰IP位址和私鑰,經由森林認證組織認可後,各節點都加入私有區塊鏈中,每一筆交易都會被前一個擁有者和下一位擁有者的公鑰進行hash,Owner 1還必須要用其私鑰進行簽章,Owner 2必須驗證簽章正確,才完成交易。每一個區塊都有前一區塊的hash值,hash值不可被竄改,所以整筆交易資料也不能被竄改,依此確保整個木材供應鏈的流程合法性。

 

(3)智能合約(Smart Contract)的建立

智能合約程序不只是一個可以自動執行的程式程序:它自己就是一個系統參與者。它對接收到的訊息(林木資訊、紀錄等)進行回應,它可以接收和儲存價值,也可以向外發送資訊和價值。

 

這個程序就像過去可以被信任的中介方,可以臨時保管資產,總是按照事先的規則執行操作。

 

我們可以將林木資訊編碼寫入QR Code(相當於智能合約內容),被部署在可分享、複製的區塊鏈賬本上,它可以維持自己的狀態,控制自己的資產和對接收到的外界訊息或者資產進行回應、發送價值。

 

我們將各個節點加入私有區塊鏈中,並將木材進行編碼寫入QR code中再與區塊鏈技術結合,因為點對點之間的交易並不需要額外的成本,但前提是我們已經建構了區塊鏈的基礎技術,就能有降低認證成本,木材更方便追蹤,整個交易過程也更加透明。

我們將各個節點加入私有區塊鏈中,並將木材進行編碼寫入QR code中再與區塊鏈技術結合,因為點對點之間的交易並不需要額外的成本,但前提是我們已經建構了區塊鏈的基礎技術,就能有降低認證成本,木材更方便追蹤,整個交易過程也更加透明。

 

九、結論

 

區塊鏈最重要的優點之一,便是能夠提供透明加密且有認證的獨立記錄數據,包括交易、協議、合約等,這些記錄因為並非存放在同一處,而是分散在全球數千、數萬台電腦,且所有區塊鏈上資訊的形成,皆由每個與之連結的節點共同認可,因此難以被竄改,更能保障安全性,而且還能自動完成交易到認證的流程,省去繁複的手續及中間審核成本,讓貨幣的流動更有效率。

 

從區塊鏈角度來看,要推動供應鏈透明化,注重的不只是業者和產品原物料的登入而已,而是追蹤整個交易行為,將這些交易行為鎖在區塊鏈上。做法就像是讓每個人、每個產品及每個原物料都具有指紋,當指紋形成供應鏈關係之後,就可追溯每筆交易來源及流向,讓交易可輕易的被追溯,這麼做可降低進入門檻,只要確保實名制、認許制(Permissioned),任何人都可以在受允許的狀況下進到這個區塊鏈網路,並藉由區塊鏈的可追蹤性,方可解決林木非法砍伐的諸多問題。

 

 

十、參考文獻

(一)期刊論文

  • 李俊彥,(2011) 臺灣進口可疑非法砍伐林木之現況及因應措施,

林業研究專訊,18(1):66-69

  • 陳麗琴、林俊成、吳俊賢、黃進睦、陳溢宏,(2012) 台灣地區木質材料需求量之現況分析,林業研究季刊,34(4):287-296
  • 陳勇、李 茗、宿海颖,(2011) 木材追蹤技術的新進展及其應用,世界林業研究,24(5):36-39
  • 邱祈榮、林俊成、林幸樺,(2013) 從國際打擊非法木材貿易趨勢探討

台灣林產業發展契機,台灣林業季刊,39(6):32-38

  • Finkenzeller, K., & Handbook, R. F. I. D. (1999). Radio-frequency identification fundamentals and applications. Chippenham: John Wiley & Son.
  • Guertin, C. É. (2003). Illegal logging and illegal activities in the forestry sector: Overview and possible issues for the UNECE Timber Committee and FAO European Forestry Commission. Quebec Wood Export Bureau.
  • Kuru, G., Taylor, R., Nussbaum, R., Magrath, W. B., & Story, J. (2003). Technologies for wood tracking: verifying and monitoring the chain of custody and legal compliance in the timber industry. Washington, DC: World Bank.
  • Sang, X. F., et al. (2012). “Stable Carbon Isotope Ratio Analysis of Anhydrosugars in Biomass Burning Aerosol Particles from Source Samples." Environmental Science & Technology 46(6): 3312-3318.
  • 2001. State of the World’s Forests 2001. Chapter on “Illegal activities and corruption in the forest sector,” pp. 88-101.
  • Nakamoto, S. (2008). Bitcoin: A peer-to-peer electronic cash system.

(11) Kuru, G., Taylor, R., Nussbaum, R., Magrath, W. B., & Story, J. (2003).Technologies for wood tracking: verifying and monitoring the chain of custody and legal compliance in the timber industry. Washington, DC: World Bank.

(二)書籍

(1) Antonopoulos, A. M. (2014). Mastering Bitcoin: unlocking digital cryptocurrencies. "   

   O’Reilly Media, Inc.".

  • Swan, M. (2015). Blockchain: Blueprint for a New Economy. " O’Reilly Media, Inc.".

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