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比特币的发展前景和分析比特币算法原理高中生如何理解比特币加密算法用量子计算机破解比特币算法需要多长时间比特币的发展前景和分析比特币不同于以往的货币，它完全依托于互联网来进行创造和交易；比特币的独特的技术属性衍生出其超越现在货币的经济属性和文化属性。比特币是一种由开源的P2P软件产生的电子货币，比特币相较于现在流通的纸币其最大的特征是去中心化和在网络世界的全球流通，其次是高安全性和高保密性。这些技术属性进一步引申出在经济方面的不会通胀、不被冻结、供给不被人为操作的属性；在文化方面比特币更是被无政府主义者和自由主义者热捧。比特币的优点被人为夸大，其防通胀与抗通胀的功能经不起推敲。长期来看，比特的前景难与黄金匹敌，最乐观的情况下，其前景是成为局部领域的支付手段；但是中短期来看，比特仍具有炒作和想象空间。此外，比特币在某些敏感领域的使用凸显信息领域在国家安全中的地位日渐突出。
1．比特币优点被夸大：关于去中心化、无交易费用和防(抗)通胀
诚然，比特币相对于纸币有着各种优点，但这些优点都被过度解读了。首先比特币是一种去中心化的货币，不会与纸币一样有央行控制货币供应影响市值的风险是一个附条件的优点；比特币现在主要持有在大户手中，市场深度不足，当下大户的买卖行为也十分容易影响比特币价格，即使将去中心化这一属性看成是比特币完全成熟时的优点，那么也要加上持有分散化这一先决条件。此外，中心化的和去中心化的在线支付系统在其所暴露的金融风险的程度和类型上有很大区别。
其次，比特币的低交易费用并不是无交易费用，反而由于比特币挖掘难度上升和币值的进一步稳定，相关交易平台对于交易费用的依赖会加大，这必将使交易费用上升。最后比特币交易的保密性也有待商榷，比特币交易的原理使得每一个比特币交易的所有过程储存在每一台机器中，如果有人能够确定一笔交易的真实背景，便可以通过这些数据向下向上查找出所有交易。
相对于其他优点，抗通胀或者具有防通胀属性这一被宣扬的优点最经不起推敲。虽然其供给稳定且根据其算法供给上限被锁定，但是除非全球实现大一统、各国均以比特作为货币，否则其仅仅充当支付手段或者价值贮藏的话，并不能阻止货币超发，正如当前黄金的存在对各国货币的增长无法约束一样。如果比特只能在局部领域(如网络)充当支付手段，则全球或某些国家的通胀仍将传导到使用比特的领域。因此，使用比特具有防止通胀这一功能基本上是不成立的或者说具有极强的假设前提。至于防通胀，即具备价值贮藏功能，则需要其具备类似黄金的属性，但是从现实情况看，比特的本质属性和前景仍难以匹敌黄金，详见下文。
2.比特币前景定位过高
市场上对于比特币的前景的期望一般将他与黄金和美元相比,这种期许相对过高。黄金的认可程度不仅仅在于其天然的物理属性,还在于为各国官方接受,成为储备货币(或者外汇资产的重要配置)。理论上比特币作为电子货币并不具备唯一性和排他性的地位,更难以像黄金那样成为各国央行的官方储备。因此,不宜对比特期望过高。比特作为电子货币具有先发优势,如果在安全性方面得以保障,其最终最乐观的前景是作为局部领域的支付手段。
3.事件性因素引发的炒作和投机需求是本轮比特币上涨的主要原因
信用货币体系下民众对于各国货币信心缺失对经济前景较悲观是本轮比特币上涨的大环境。市场上各大交易商和比特币的衍生市场上商家的炒作加上参与者的投机心理进一步加速其上扬。BTCChina获500万美元投资、伯南克表态等事件是近日暴涨的主要推动因素。
不过,不少大鳄开始入场,大笔买入,在推动比特价格上升到同时也增加了市场风险。前Facebook高管Chamath,已经花了500万美元买比特币,还打算再花1000万。比特币投资信托也在四周内超额完成目标,募集到1500万美元。这些大家的投资在使得比特币进一步上扬的同时集中了比特币的持有,使得个人和机构对于比特币价格的影响加强,市场风险加大。
4.中短期比特仍有较强的炒作空间
尽管我们前面的分析并不看好比特的前景,但是放在1年之内这样一个中短期的时间段来看,比特很可能仍拥有较强的炒作空间。如前分析,比特创造者宣扬比特币的产生不受人为因素操纵,这是迥异各国信用货币之处。我们预计明年主要国家货币政策有可能产生分化,在经济风险释放、传统资产市场遭受重创的情况下,比特币反而具备更好的炒作和想象空间。
5.比特币在某些敏感领域的使用凸显信息领域在国家安全中的地位日渐突出
美国政府上月初查封了毒品交易网站“丝绸之路”(SilkRoad)。一家名为“暗杀市潮(AssassinationMarket)的众筹网甚至将买凶杀人的买卖也标上了比特币价码。暗杀市场的创始人以KuwabatakeSanjuro为化名,是极端的无政府主义者。无论棱镜门事件,还是比特币在相关敏感领域的使用,都凸显了信息领域在国家安全中的地位日渐突出。三中全会提出设立国家安全委员会,国安委将在中国安全战略上扮演重要角色,并从传统的国防、维稳/城市安防拓展到信息安全等新兴领
比特币算法原理比特币算法主要有两种，分别是椭圆曲线数字签名算法和SHA256哈希算法。
椭圆曲线数字签名算法主要运用在比特币公钥和私钥的生成过程中，该算法是构成比特币系统的基石。SHA-256哈希算法主要是运用在比特币的工作量证明机制中。
比特币产生的原理是经过复杂的运算法产生的特解，挖矿就是寻找特解的过程。不过比特币的总数量只有2100万个，而且随着比特币不断被挖掘，越往后产生比特币的难度会增加，可能获得比特币的成本要比比特币本身的价格高。
比特币的区块由区块头及该区块所包含的交易列表组成，区块头的大小为80字节，由4字节的版本号、32字节的上一个区块的散列值、32字节的MerkleRootHash、4字节的时间戳（当前时间）、4字节的当前难度值、4字节的随机数组成。拥有80字节固定长度的区块头，就是用于比特币工作量证明的输入字符串。不停的变更区块头中的随机数即nonce的数值，并对每次变更后的的区块头做双重SHA256运算，将结果值与当前网络的目标值做对比，如果小于目标值，则解题成功，工作量证明完成。
比特币的本质其实是一堆复杂算法所生成的一组方程组的特解（该解具有唯一性）。比特币是世界上第一种分布式的虚拟货币，其没有特定的发行中心，比特币的网络由所有用户构成，因为没有中心的存在能够保证了数据的安全性。
高中生如何理解比特币加密算法加密算法是数字货币的基石，比特币的公钥体系采用椭圆曲线算法来保证交易的安全性。这是因为要攻破椭圆曲线加密就要面对离散对数难题，目前为止还没有找到在多项式时间内解决的办法，在算法所用的空间足够大的情况下，被认为是安全的。本文不涉及高深的数学理论，希望高中生都能看懂。
密码学具有久远的历史，几乎人人都可以构造出加解密的方法，比如说简单地循环移位。古老或简单的方法需要保密加密算法和秘钥。但是从历史上长期的攻防斗争来看，基于加密方式的保密并不可靠，同时，长期以来，秘钥的传递也是一个很大的问题，往往面临秘钥泄漏或遭遇中间人攻击的风险。
上世纪70年代，密码学迎来了突破。RalphC.Merkle在1974年首先提出非对称加密的思想，两年以后，WhitfieldDiffie和WhitfieldDiffie两位学者以单向函数和单向暗门函数为基础提出了具体的思路。随后，大量的研究和算法涌现，其中最为著名的就是RSA算法和一系列的椭圆曲线算法。
无论哪一种算法，都是站在前人的肩膀之上，主要以素数为研究对象的数论的发展，群论和有限域理论为基础。内容加密的秘钥不再需要传递，而是通过运算产生，这样，即使在不安全的网络中进行通信也是安全的。密文的破解依赖于秘钥的破解，但秘钥的破解面临难题，对于RSA算法，这个难题是大数因式分解，对于椭圆曲线算法，这个难题是类离散对数求解。两者在目前都没有多项式时间内的解决办法，也就是说，当位数增多时，难度差不多时指数级上升的。
那么加解密如何在公私钥体系中进行的呢？一句话，通过在一个有限域内的运算进行，这是因为加解密都必须是精确的。一个有限域就是一个具有有限个元素的集合。加密就是在把其中一个元素映射到另一个元素，而解密就是再做一次映射。而有限域的构成与素数的性质有关。
前段时间，黎曼猜想（与素数定理关系密切）被热炒的时候，有一位区块链项目的技术总监说椭圆曲线算法与素数无关，不受黎曼猜想证明的影响，就完全是瞎说了。可见区块链项目内鱼龙混杂，确实需要好好洗洗。
比特币及多数区块链项目采用的公钥体系都是椭圆曲线算法，而非RSA。而介绍椭圆曲线算法之前，了解一下离散对数问题对其安全性的理解很有帮助。
先来看一下费马小定理：
原根定义：
设（a,p)=1（a与p互素），满足
的最下正整数l，叫作a模p的阶，模p阶为（最大值）p-1的整数a叫作模p的原根。
两个定理：
基于此，我们可以看到，{1,2,3,…p-1}就是一个有限域，而且定义运算gi(modp),落在这个有限域内，同时，当i取0～p-2的不同数时，运算结果不同。这和我们在高中学到的求幂基本上是一样的，只不过加了一层求模运算而已。
另一点需要说明的是，g的指数可以不限于0~p-2,其实可以是所有自然数，但是由于
所以，所有的函数值都是在有限域内，而且是连续循环的。
离散对数定义：
设g为模p的原根，（a,p)=1，
我们称i为a（对于模p的原根g）的指数，表示成：
这里ind就是index的前3个字母。
这个定义是不是和log的定义很像？其实这也就是我们高中学到的对数定义的扩展，只不过现在应用到一个有限域上。
但是，这与实数域上的对数计算不同，实数域是一个连续空间，其上的对数计算有公式和规律可循，但往往很难做到精确。我们的加密体系里需要精确，但是在一个有限域上的运算极为困难，当你知道幂值a和对数底g，求其离散对数值i非常困难。
当选择的素数P足够大时，求i在时间上和运算量上变得不可能。因此我们可以说i是不能被计算出来的，也就是说是安全的，不能被破解的。
比特币的椭圆曲线算法具体而言采用的是secp256k1算法。网上关于椭圆曲线算法的介绍很多，这里不做详细阐述，大家只要知道其实它是一个三次曲线（不是一个椭圆函数），定义如下：
那么这里有参数a,b；取值不同，椭圆曲线也就不同，当然x,y这里定义在实数域上，在密码体系里是行不通的，真正采用的时候，x,y要定义在一个有限域上，都是自然数，而且小于一个素数P。那么当这个椭圆曲线定义好后，它反应在坐标系中就是一些离散的点，一点也不像曲线。但是，在设定的有限域上，其各种运算是完备的。也就是说，能够通过加密运算找到对应的点，通过解密运算得到加密前的点。
同时，与前面讲到的离散对数问题一样，我们希望在这个椭圆曲线的离散点阵中找到一个有限的子群，其具有我们前面提到的遍历和循环性质。而我们的所有计算将使用这个子群。这样就建立好了我们需要的一个有限域。那么这里就需要子群的阶（一个素数n）和在子群中的基点G（一个坐标，它通过加法运算可以遍历n阶子群）。
根据上面的描述，我们知道椭圆曲线的定义包含一个五元祖（P,a,b,G,n,h)；具体的定义和概念如下：
P:一个大素数，用来定义椭圆曲线的有限域（群）
a,b:椭圆曲线的参数，定义椭圆曲线函数
G:循环子群中的基点，运算的基础
n:循环子群的阶（另一个大素数，<P）
h：子群的相关因子，也即群的阶除以子群的阶的整数部分。
好了，是时候来看一下比特币的椭圆曲线算法是一个怎样的椭圆曲线了。简单地说，就是上述参数取以下值的椭圆曲线：
椭圆曲线定义了加法，其定义是两个点相连，交与图像的第三点的关于x轴的对称点为两个点的和。网上这部分内容已经有很多，这里不就其细节进行阐述。
但细心的同学可能有个疑问，离散对数问题的难题表现在求幂容易，但求其指数非常难，然而，椭圆曲线算法中，没有求幂，只有求乘积。这怎么体现的是离散对数问题呢？
其实，这是一个定义问题，最初椭圆曲线算法定义的时候把这种运算定义为求和，但是，你只要把这种运算定义为求积，整个体系也是没有问题的。而且如果定义为求积，你会发现所有的操作形式上和离散对数问题一致，在有限域的选择的原则上也是一致的。所以，本质上这还是一个离散对数问题。但又不完全是简单的离散对数问题，实际上比一般的离散对数问题要难，因为这里不是简单地求数的离散对数，而是在一个自定义的计算上求类似于离散对数的值。这也是为什么椭圆曲线算法采用比RSA所需要的（一般2048位）少得多的私钥位数（256位）就非常安全了。
用量子计算机破解比特币算法需要多长时间破解比特币区块链算法需要多长时间？苏塞克斯大学的研究团队评估认为，拥有3.17亿个量子比特的量子计算机可以在1个多小时内突破比特币的加密；拥有19亿个量子比特的量子计算机可以在10分钟内破解加密。
所有的比特币交易在添加到区块链之前都需要由加密货币矿工网络进行验证。这个验证系统告诉系统谁拥有账本中的什么金额。在验证过程中，交易被赋予了一个带有加密密钥的指定。如果一个人或团体破解了这个密码，它将允许访问和拥有比特币集群。
不过现阶段最强大的量子计算机是拥有127个量子比特（qubits）的IBM超级计算机，是破解比特币代码的最佳设备。Webber表示在量子计算机取得巨大突破之前，想要破解比特币的算法是不太可能的。而想要发明这种高性能的量子计算机，至少还需要10年以上时间。
但Webber和他的同事仍然对比特币的未来表示担忧。他说道：“我们需要改变我们的加密技术，因为在未来，它们并不安全”。
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