比特幣:科普 | 價值互聯網的由來

編碼信息的藝術，又稱密碼學，是保護信息的方法。密碼學主要解決的問題是：在向Bob發送關鍵信息時，Alice如何確保Eve無法解讀？在互聯網出現之前，歷史上已經出現過許多巧妙的信息編碼和發送方式，之后又被逐一破解。密碼學也是一股推動技術發展的強大力量：計算機科學之父阿蘭·圖靈就在二戰期間破解了納粹密碼。

早期的網絡是由相互連接的計算機形成的，旨在抵御核攻擊。然而，早期網絡的一個缺點是沒有經過加密，因此連高中生都能入侵網絡。如今，互聯網的用戶已經達到了數十億人，必須通過強大的密碼學工具來保護日益增長的數字化全球經濟。然而，與互聯網不同，全球經濟是高度碎片化的，被分成了180個區域法幣系統。比特幣就是建立在密碼學和去中心化網絡歷史上的互聯網原生貨幣。比特幣是科技史的頂峰。

加密技術最早可以追溯到古羅馬時期。凱撒大帝本人就使用換位密碼交流：“如果他有秘密指令要傳達，他會用換位密碼寫出來……想要破譯的話，必須將字母表上的第四個字母D替換成A。”他會預先跟親信約定好使用字母移位作為密鑰。幾百年間，凱撒密碼在保護重要信息方面頗具成效。

凱撒密碼后來破解了，其中一種破解辦法是純暴力，即，測試各字母的組合及頻率分析。在9世紀，阿拉伯哲學之父肯迪發明了頻率分析的方法來破解凱撒密碼。在所有語言中，總有一些字母/文字出現的頻率比其他字母/文字高。每篇文章所使用的字母/文字都遵循同樣的頻率分配，即，E出現的頻率最高，達到了12%左右，而Z出現的頻率僅為0.07%左右。

美國說唱歌手Megan Thee Stallion與Cash App合作發布比特幣科普視頻:美國說唱歌手Megan Thee Stallion與由Square開發的移動支付服務Cash App合作發布了一段名為“Bitcoin for Hotties”的視頻。該視頻從她的角度解釋了什么是比特幣，為什么比特幣有價值等內容。Megan Thee Stallion在Instagram上擁有超過2410萬粉絲，在 Twitter上擁有640萬粉絲。（Bitcoin News）[2021/8/8 1:41:10]

接下來舉個關于頻率分析的例子。我們可以使用+3的凱撒密碼來加密一段話。如果攻擊者攔截到消息并計算字母頻率的話，很容易就能破解。在計算加密消息中的字母頻率之后，我們發現H的頻率約為12%。參照英語字母頻率表，我們可以將H倒推回E，從而得出字母移位+3的結論。

頻率分析推動密碼學從簡單的替換式密碼發展到了多表替代式密碼。多表替代式密碼無法通過傳統的頻率分析進行破解。納粹正是利用它發明了臭名昭著的恩尼格瑪密碼機。二戰的成功在很大程度上歸因于納粹恩尼格瑪密碼機被破譯。乍看之下，這個密碼機就像一個簡單的打字機。在鍵盤上輸入一個字母，燈泡板上對應的另一個字母就會亮起來。這個密碼機背后是一個電路在執行多表替代式密碼。

簡單而言，在恩尼格瑪密碼機的鍵盤上輸入的A會被加密成燈泡板上的信號B。在解碼時，經過轉子和反射器中復雜的線路，輸入B會點亮A，反之亦然。二戰爆發后，納粹政權又在原基礎上增加了一個接線板和更多轉子，讓線路變得更加復雜。恩尼格瑪密碼機的一個缺陷是，每一個被輸入的字母都不會點亮相同的字母：A永遠不能點亮A，Z永遠不能點亮Z,等等。這一線索增加了恩尼格瑪密碼機被迅速破解的可能性，而恩尼格瑪密碼機可能產生的組合多達150萬億種?1。

火幣推出《一分鐘讀懂DeFi》系列科普視頻:據官方消息，8月24日，火幣推出《一分鐘讀懂DeFi》系列科普視頻，并與微博財經合作冠名播出，布道DeFi認知，助力行業發展《一分鐘讀懂DeFi》是由火幣成長學院打造的業內首個系統全面講解DeFi的系列科普動畫，繼推出《區塊鏈100問》后的再續佳作。《一分鐘讀懂DeFi》系列動畫對DeFi的發展進行系統梳理，適合想要由淺入深、全面系統了解區塊鏈DeFi的人們輕松了解DeFi。目前視頻已由火幣網官方微博發布。[2020/8/24]

英國的密碼破譯專家阿蘭·圖靈使用另一種被稱為Bombe的機電設備來破譯恩尼格瑪密碼機，該設備可以同時嘗試多個組合。但是，納粹還有比恩尼格瑪更強大的加密技術：洛侖茲密碼。為了破譯洛侖茲密碼，Bombe的工程師在圖靈的幫助下開發了第一臺電子計算機Colossus。Colossus使用真空管模擬晶體管來表達基本的計算機語言，即，通過電流來打開或關閉晶體管，以此創建二進制代碼。

Colossus的設計后來演變成我們如今所知道的計算機。破譯的驅動力是技術革命的強大催化劑。隨著遠距離的計算機之間相互連接，真正的去中心化通信網絡誕生了。如果一個節點被摧毀了，甚至哪怕整個城市都被摧毀了，要發送的信息也可以避開故障點。不同于已有的電話線、電視和廣播電臺，“計算機通信沒有集線器，沒有中心交換站，沒有管理機構，而且假定任何城市之間的連接都是完全不可靠的。”?2

該網絡被稱為Arpanet，誕生于冷戰高峰期，旨在抵御核攻擊。有趣的是，Arpanet網絡具有較強的容錯能力，讓網絡通信變得極難控制。正如互聯網先驅約翰·吉爾摩所言，“Arpanet將審查制度視為一種破壞，因此會繞過它。”?3?盡管Arpanet具有抗逆性，但是這個網絡有一個缺點：它是未加密的。在1973年，一群高中生成功入侵了軍事級網絡?4。

人大附中物理老師李永樂科普拜占庭將軍問題和區塊鏈:5月14日，人大附中物理老師、科普視頻網紅李永樂在其公眾號發布視頻《拜占庭將軍問題是什么？區塊鏈如何防范惡意節點？》。李永樂老師在視頻中對拜占庭將軍問題和區塊鏈進行了講解，他表示，拜占庭將軍問題本質上指的是，在分布式計算機網絡中，如果存在故障和惡意節點，是否能夠保持正常節點的網絡一致性問題。在近40年的時間里，人們提出了許多方案解決這一問題，稱為拜占庭容錯法。例如蘭波特自己提出了口頭協議、書面協議法，后來有人提出了實用拜占庭容錯PBFT算法，在2008年，中本聰發明比特幣后，人們又設想了通過區塊鏈的方法解決這一問題。區塊鏈通過算力證明來保持賬本的一致性，也就是必須計算數學題，才能得到記賬的權力，其他人對這個記賬結果進行驗證，如果是對的，就認可你的結果。與拜占庭問題比起來，就增加了叛徒的成本。[2020/5/14]

互聯網先驅溫特·瑟夫和鮑勃·卡恩是最早開始思考如何將密碼學應用到核心互聯網協議以防止網絡入侵的人，但是二人都束手無策。溫特·瑟夫提出了“公鑰密碼學”技術。舉例來說，凱撒大帝可以使用公鑰-私鑰密碼學來讓他的密文更難破解，即，將代表了一連串自定義字母移位的私鑰告訴他的親信，而非簡單的+3字母移位。

公鑰密碼學是無法通過頻率分析破解的，因為單個字母可以同時代表多個字母。然而，即使是經過改進之后的凱撒密碼，如今的計算機也可以輕而易舉地破解。避免計算機暴力破解所有可能組合的唯一方法是，使用一個非常長的私鑰，例如，256位長的密鑰。但是，如果凱撒的私鑰本身被破解了，消息就再也不安全了。在需要主動將私鑰分享給親信的情況下，私鑰泄漏的風險就會增加。

動態 | 人民日報官方微博科普區塊鏈 強調區塊鏈不等于比特幣:人民日報官方微博今早發表9圖科普區塊鏈。其中涉及區塊鏈的特點有：1、安全；2、不可篡改；3、可訪問；4、無第三方。區塊鏈對未來的影響：1、不需繁瑣個人證明；2、看病避免反復檢查；3、旅行消費更加便捷；4、交易無需第三方。同時強調，區塊鏈不等于比特幣。比特幣只是區塊鏈技術的一種應用，區塊鏈還有醫療衛生、食品安全、版權保護等諸多應用領域。[2019/10/28]

那么，互聯網計算機是如何在無需主動分享私鑰的情況下實現安全通信的呢？傳輸層安全協議利用非對稱加密技術解決了這一問題：任何人可以通過你的公鑰與你通信，但是你的私鑰無需分享給其他任何人。

-什么是安全套接層/傳輸層安全協議？-

通過非對稱加密技術，所有知道你公鑰的人都可以向你發送加密信息。雖然該信息是通過互聯網公開發送的，但只能用相應的私鑰來破譯，反之亦然。非對稱加密技術使得公鑰密碼學成為了如今開放式互聯網安全信息傳遞的基礎?5。傳輸層安全協議使用了無法暴力破解的256位密鑰。256位加密意味著有2^256種可能的組合6。

盡管有了傳輸層安全協議這樣的創新技術，如今的互聯網安全依然存在缺陷。人們必須保留無數個“私鑰”并主動將它分享給他人。例如，信用卡就不具備非對稱加密的優點。一旦你使用了信用卡，你就要定期將能夠訪問你的資金的私鑰透露給第三方。你的關鍵信息僅與你的私鑰一樣安全，然而你的私鑰必須主動與陌生人共享。

財政部副部長朱光耀：數字經濟還處在發展的過程中，要以科普、推動的態度來推進數字經濟發展:今日，在中國發展高層論壇2018年會上，財政部副部長朱光耀表示：“數字經濟還處在發展的過程中，要以科普、推動的態度來推進數字經濟發展。也要關注數字經濟的其他影響，包括稅收征管、反洗錢監管措施等要跟上。”[2018/3/25]

”，比如我們的銀行卡“密碼”、QQ“密碼”、郵箱“密碼”，都只是“password”。用它也許能控制一套公私鑰來完成相應功能，但其本身的運作方式與非對稱密碼學是不一樣的。該口令會不會被第三方所知也要具體分析其所使用的技術。比如你的去中心化錢包，在使用資金時往往也會要求你輸入預先設好的一個口令，但這個口令是用來解密一個Json文件的，這個過程并未與外界通信，因此也不會暴露。）

此外，互聯網的優點尚未充分應用于全球貨幣體系。聯合國承認了全球范圍內180種不同的區域法幣，其中有多種法幣都是不兼容的，或者需要克服大量跨境交易摩擦。阿根廷的銀行賬戶與美國等國家的銀行賬戶根本上都是不兼容的。截至2017年，全球還有數十億人沒有銀行賬戶?7。

據國際清算銀行所言，“現行支付系統主要存在兩大缺陷：無法為全球絕大多數人口提供金融服務，以及跨境小額支付效率低下。”?因此，去中心化網絡發展成全球互聯網之后，盡管人們基本實現了言論自由，但是貨幣依然受到了根本限制。

在密碼學和去中心化網絡的基礎上，我們已經找到了應對數字經濟缺陷的解決方案。

在2008年金融危機之后，化名中本聰的密碼學家提出了一種名為比特幣的去中心化的互聯網貨幣。不同于現代貨幣系統，比特幣被設計成全球可訪問的。在全球范圍內，凡是可以上網的人都能使用比特幣錢包來發送或接收價值。由于互聯網連接世界，比特幣網絡也在不斷壯大。比特幣是一個去中心化的全球價值轉移互聯網，而比特幣交易的有效性則由運行軟件的比特幣全節點來驗證。

比特幣的去中心化網絡正像之前的Arpanet一樣發展，在全球至少96個國家/地區擁有超過5.5萬個全節點。就像Arpanet一樣，比特幣具有容錯性，而且可以抵御核攻擊。如果有一個全節點出故障/被攻擊，還有其他上萬個節點可以驗證網絡的完整性。不同于Arpanet，比特幣本身就是在超安全的密碼學元件上構建的。強大的密碼學支撐也是比特幣具備普遍可訪問性的原因之一。

我們再來談一談256位密鑰可能的組合。256位密鑰可能存在的組合比宇宙中存在的原子數量還要多。現在，假設你要創建一個具備以下特點的銀行賬戶：

不需要你主動分享私鑰

全球范圍內聯網的用戶都可以生成賬戶

可以將價值從全球任一國家/地區的賬戶轉移到另一國家/地區的賬戶

轉賬無需獲得任何中間方、銀行或國家/地區的許可

上述這些都是比特幣的特點。為了參與比特幣的全球經濟系統，你需要通過計算機從2^256個可能的組合中生成獨一無二的個人密鑰。這就好比從整個宇宙中選擇一個屬于你的原子；有了這個原子，你就可以將價值轉移給宇宙中的另一個原子?

8。其他人不可能隨機選擇一個相同的原子。這個過程可類比為創建比特幣“銀行賬戶”，或者叫地址。

任何人都可以將比特幣發送至你的公鑰，但是你必需使用對應的私鑰才能花費這筆比特幣。得益于非對稱加密，你無需將自己的私鑰分享給其他人。不同于信用卡或銀行賬戶，轉移比特幣無需持有者泄露其私鑰，也就不存在相關的安全性風險。不同于全球貨幣體系，比特幣與互聯網一樣也是向大眾開放的。因此，銀行賬戶再也不是參與全球經濟的必備條件。

如今，央行正在研究比特幣的分布式賬本技術來創建數字法幣。國際貨幣基金組織表示，數字貨幣對于那些無法開設傳統銀行賬戶的數十億人口來說尤為有用?9。央行數字貨幣或將提高人們對比特幣的認識。

國際清算銀行最近的一項調查顯示，在全球接受調查的66家央行中，有80%的銀行在研究央行數字貨幣。這一創新是無法避免的，比特幣則起到了催化劑的作用。如今的貨幣體系處于前Arpanet時代，是碎片化的，依賴于中央，而且采用了有缺陷的安全措施。

比特幣就是最終解鎖價值互聯網的關鍵。

然后，強加密技術將惠及大眾，再也不需要依靠信任。數據可以被很好地保護起來。無論有什么理由，有多好的借口，或是發生任何情況，其他人都無法訪問你的數據。這時，貨幣也可以具備同樣的屬性。

——中本聰

尾注

https://plus.maths.org/content/exploring-enigma

http://content.time.com/time/magazine/article/0,9171,979768,00.html

https://www.bloomberg.com/opinion/articles/2019-04-11/facebook-and-google-made-themselves-vulnerable-to-regulation

https://www.washingtonpost.com/graphics/national/security-of-the-internet/history/

https://www.khanacademy.org/computing/computer-science/internet-intro/internet-works-intro/v/the-internet-encryption-and-public-keys

https://www.wolframalpha.com/input/?i=2**256

https://globalfindex.worldbank.org/

注：比特幣的私鑰地址空間有2^256種可能的組合。但是，在ECDSA簽名方案中使用?128位的公鑰同樣是安全的。

https://blogs.imf.org/2019/12/12/central-bank-digital-currencies-4-questions-and-answers/

延伸閱讀：

路透社于2020年2月5日發布的《美聯儲正在考量央行數字貨幣》一文稱：“全球央行都在討論如何管理比特幣所使用的數字金融技術和分布式賬本技術。比特幣有望以極低的成本在極短時間內完成支付。”

原文鏈接:?https://medium.com/@burningw0rds/decrypting-the-internet-of-value-ed12848a2286作者:?MikeCo翻譯&校對:?閔敏&阿劍

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