比特币只是密码学史上的一个小高潮

如果要预测2018年最热门的事件，区块链和比特币无疑是其中之一。 就连神秘消失在互联网世界的比特币发明者中本聪，更成为2018年最热门事件之一，时代杂志年度人物的有力竞争者。 在刚刚结束的达沃斯世界经济论坛上，各国元首和商界领袖对区块链的讨论最多。

但对于普通大众来说，还没来得及分清楚比特币和区块链，就已经眼花缭乱了。 他们要么冲进币圈，高价抢购各种虚拟数字货币； 或者冲进资本市场，看看区块链。 或者只是在各种论坛峰会上听台上一群对区块链不太了解的嘉宾...

那么区块链到底是什么？ 区块链的概念无处不在，比如下面的：所谓区块链，简而言之，就是一种数据结构，可以对交易进行数字化识别和跟踪，并通过计算机的分布式网络共享这些信息。 从某种意义上说，创建一个分布式信任网络。 区块链提供的分布式账本技术为跟踪资产的所有权和转移提供了一种透明和安全的手段。

是不是有种“字字都认识，却不知道在说什么”的感觉？ 如此模糊不清的术语解释，显然不能满足我们对区块链的好奇心。 想要对区块链有更深入的了解，应该怎么做？

所谓区块链就是密码学加上当时最先进的技术。

我们很容易理解，区块链的关键是信任和安全，其核心和底层技术是密码学。 区块链之所以受到大家的追捧，被大家认为是奇迹，最重要的原因是当今的数字技术让古老而神秘的密码学焕发了生机。 两者的结合造就了今天的区块链和比特币的神话。

纵观人类几千年的文明史，不难发现，在每一个时代，密码学都可以利用那个时代的先进技术，产生新的加密方式，创造出那个时代的区块链技术，来保障信息的传递。 安全可靠。 而且，谁最先将密码学与先进技术结合起来，谁就能占据那个时代的领先地位，对历史和文明产生重大影响。

Julius Caesar 的“区块链”

凯撒是第一个将替代密码用于军事用途并记录下来的人。 在庆祝他的功绩的 Gala Gaul 中，凯撒描述了向被围困并处于投降边缘的西塞罗发送密信。 恺撒非常喜欢使用密文，后世的《恺撒传》详细记载了恺撒使用的一种密文。 而且这种加密方式沿用至今。

凯撒的方法是：将每个字母替换为字母表中该字母后三位数字的字母。 即字母A换成字母D，字母B换成字母E。比如Abroad，当Caesar用密文写了一封信，换成了Deurdg。 这种通过移动字母来生成密码的方法后来被称为凯撒密码。

不要小看这种加密方式。 这是历史上最早使用加密密钥的案例：加密密钥由发送方和接收方共享，标志着现代密码学的开端。 可以说，从凯撒密码到20世纪发明公钥之前的几千年，密码学的原理都是一样的。 比特币和区块链的加密方式与凯撒密码的原理不同，即公钥较多。 时至今日，我们在看很多谍战片的时候，会发现很多特工、特务仍然使用这种方式来传递信息。

这里有几个术语值得特别提及。 密码学家通常将用于书写原始信息的字母表，即普通字母表称为明码表； 用来代替明码字母的称为密码表。 这就是密码一词的由来。 再往后移三位，这个“三”就叫做密钥。 当然，学过数学的人都明白，这里有26个字母。 只需按顺序移动它们，每个字母就有 25 个不同的选择，即 25 个键。 太多了。 算法是通过各种尝试破译代码的过程。

可以想象，公元前100年左右，相当于中国的西汉时期，破译凯撒密码的可能性几乎为零。

虽然不能说凯撒是靠密码情报打赢军务，但一流的情报工作和保密工作是战场取胜的前提之一。 后来，随着科技的不断进步，战争的复杂性和出动兵力的增加，战场的范围越来越广，情报工作也越来越重要。 尤其是第一次世界大战和第二次世界大战，后面会详细讲到。

阿拉伯人的“区块链”

替代密码被认为是牢不可破的长达一千年，因为有大量的密钥无法用手计算。 然而随着社会的发展和科技的进步，来自东方的阿拉伯人找到了更新的技术，从而找到了破解这个被认为无解的密码的捷径。 这场胜利是由阿拉伯世界的语言学家赢得的。 、统计学家和宗教学家共同完成了这三项。

这也间接得益于中国造纸术的发明，以及伊斯兰文明的迅速传播。 因为书籍的需求量猛增，需要有人来校对，而最适合这份工作的自然是神学家。 在校对的同时，他们也在统计《穆罕默德启示录》中单词的使用频率。 如果这个启示录中有新词，那么它出现的年份一定在以后，依此类推。 在梳理的过程中，他们还发现有些字母比其他字母出现的频率更高。

我们都知道字母E应该是最常见的，其次是字母T和A。如果按照凯撒密码的方法加密，一个密码字母对应一个明码字母，那么出现次数最多的字母密码中频繁出现的字母应该对应明码字母E等，这样很容易排除大量按键。 从而快速找到正确的解密方法。

无法考证是谁将字母频率与破译密码联系起来的，但可以肯定的是，阿拉伯人在公元九世纪就已经非常擅长破译凯撒密码。

值得注意的是，阿拉伯人在公元7世纪至12世纪建立了灿烂的文明。 相比之下，当时的欧洲还是一个蒙昧、落后、贫穷的地方。 伊斯兰文明的繁荣不仅带来了艺术、科学等文化的繁荣，而且社会的统治和管理也非常有序和高效。 当时的管理者不仅对关键政务进行了加密，在记税时也使用了密码学。 他们还在讨论《部长手册》等管理文件中密码学相关的技术问题。 也正是因为巨大的需求和科技的进步，阿拉伯人终于有机会破译了替代密码这个千年难题。

这种“区块链”技术也帮助阿拉伯人建立高效廉洁的政府，提供有效的管理体系，建立有序富裕的社会。

是不是很眼熟？ 如今，世界各国政府纷纷表示要重视区块链，以提高政府工作的透明度和效率。 这和几千年前阿拉伯人所做的一样吗？

电报和无线电时代的“区块链”

在漫长的中世纪，欧洲人对密码学的兴趣仅限于炼金术和科学家。 到 15 世纪文艺复兴时期，代码编辑已成为欧洲的一个欣欣向荣的行业。 首先，科学和艺术为密码学的进步提供了智力支持，再加上欧洲各个城邦，尤其是意大利的政治勾心斗角，使得密码学更加畅销。 如何安全快速的传递信息，破解对方的情报，是各个城邦的主人最关心的事情之一。 从此，破译密码的专员成为了西方政府机构的常任职务。

但真正引发密码学快速发展的是电报这一新技术的发明。 为了保护隐私，公众还需要学习一些密码学知识，这样他们的隐私才不会轻易在电报中泄露。

与此同时，军方也很苦恼。 他们既高兴又害怕新技术。 喜的是电报技术，尤其是后期出现的无线电技术，优势明显，而惧的是信息可以方便快捷地传递给接收者或敌方。

面对电报和无线电的新技术，大家开始思考如何设置更难的密码来保护自己的信息安全，但一直没有什么突破。 就连一战德军使用的ADFGVX密码也采用了代换和移位两种加密方式，德国人相当自信这样复杂的密码是无法破译的，但还是被法国人破译了。

对法国情报人员来说更好的是，他们甚至学会了阅读德国无线电操作员的“笔迹”。 发电报虽然是一连串的点和横波，但每个报务员的操作速度、停顿点、横波长短等都不同，可以识别他的身份。 此外，法国人还在不同方向设立了六个搜索站，可以探测到无线电波是从哪里来的。 两者结合使得法国情报机构可以确认军营的身份和位置，在一定时间内跟踪军营的移动方向，很大程度上可以提前预知军事目的，所以可以提前采取行动。

此外，英国和美国的情报工作在破译德军的军事密码方面也做了大量的工作。 甚至可以说，正是因为盟军在情报破译方面的优势和德军使用不合标准的加密情报系统，两者的结合才决定了第一次世界大战的最终走向。

希特勒的“区块链”

吸取了第一次世界大战的失败经验，以希特勒为首的纳粹德国采用了在当时看来堪称杀伤力的武器——恩尼格玛密码机。 当这台机器问世时，它在编译代码方面毫不费力地碾压了人类最优秀的程序员，就像阿尔法围棋无情地击败了人类最优秀的围棋选手柯洁一样。 你可以体会到今天全国围棋手面对Alpha Go时的感受，就像当年密码学家面对Enigma密码机时的感受一样。

借助恩尼格玛密码机强大的密码写入能力和更强大的无线电传输能力，希特勒拥有了当时世界上最安全的通讯系统，他可以更快、更准确地前往千里之外。和更安全的方式。 外面的将军们下达了战斗命令； 德国骑兵也以各种“闪电战”的速度攻城掠地，在欧洲肆无忌惮地横冲直撞，无人能挡。

与德国陆军相比，德国海军的情报系统更为强大，他们使用的是增强版的Enigma密码机。 依靠安全准确的情报通讯系统，德国潜艇在大西洋上游弋。 一旦发现英国护航舰的踪迹，他们便开始跟踪定位，并通过情报系统调动其他潜艇进行围剿。 但由于情报落后，英军无法掌握德军潜艇的位置和作战策略，因此损失惨重。 数据显示，在1940年6月至1941年6月期间，盟军平均每月损失50艘船只。 更糟糕的是，整个英国海军部只能依靠自己船只的沉没位置来追踪德国潜艇的位置。 此时，不仅是丘吉尔至暗的时刻，也是整个人类历史上至暗的时刻。 如果英国海军输掉大西洋战争，那么盟军很可能输掉整场战争，整个世界将彻底落入纳粹的控制之下。 骑兵之下。

你当然会想到，现代计算机之父艾伦图灵不是破译了Enigma密码吗？ 准确的说，他是其中之一。 波兰人是第一个为密码破译奠定基础的人，率先将数学家和工程师引入密码破译。 在此之前，破译电码的基本都是语言学家、统计学家等。 随后，盟军作出巨大牺牲夺取了恩尼格玛密码机，使密码学家得以了解这台当时看似智能的机器的工作原理。 包括图灵在内的无数科学家，经过艰苦的努力，终于研制出另一种密码破译机。

“用机器打败机器”，这句台词出自电影《模仿游戏》中广受中国影迷喜爱的傅娟饰演的图灵。 机器的机器。

中本聪的比特币

随着两次世界大战的结束，人类迎来了和平发展时期。 加密也从国家情报和军队走向社会和商业。 越来越多的公司购买电脑用于工作，公司内部和公司之间的交流也越来越频繁，这也对密码学和技术发展提出了新的要求。

其中，公钥的发明堪称两千多年来密码学最伟大的成就，也是当今区块链和比特币最重要的基础技术之一。

公钥之所以很重要，是因为新的需求不能单靠密钥来满足。 在古代和战争年代，不同对象之间的保密和安全通信需要点对点的密钥，这就涉及到密钥的分发。 这很容易理解。 相当于几千年前，当恺撒以密文形式向手下的将领下达作战命令时，接到密令的将军知道密钥是“三”。

这会产生两个问题：

首先，这个密钥很难改变。 考虑到将军远在千里之外，凯撒要把钥匙从“三”改成“四”，那么他必须派人把新钥匙交给将军，但是这个过程本身就很不安全，也不及时. 当然，你可能认为这在现代社会不是问题。 打个电话或者发个电报不就解决了吗？ 现代社会虽然通讯设备多种多样，但最关键的核心信息仍然无法通过电话、手机等没有经过特殊加密的渠道传输。 所以在20世纪70年代，银行必须经过严格的甄选，培养出最值得信赖的员工，携带锁箱到世界各地为客户送钥匙。 但是，这种做法仍然存在很大的风险。

其次，密钥的分发成本越来越高。 即随着计算机的普及和数字化，越来越多的企事业单位使用加密服务。 在 20 世纪 70 年代，美国政府每天分发重达一吨的钥匙。 政府和军队可以负担这样的费用，但企业不能。 特别是随着电脑向个人和家庭的普及，越来越多的普通人也会使用数字服务。 如果仍然采用传统的加密方式，两个陌生人之间发送电子邮件需要他们先交换信息。 只需要密钥，否则两人只能以未加密的方式传输，就像未加密的电报一样，所到之处毫无隐私可言。

在麻省理工学院实习的三个人掌握着解决这个问题的关键。 在Ronald L. Rivest、Adi Shamir和Leonard Adleman的努力下，一种被称为“非对称密钥”的技术诞生了。在此之前比特币算法破解，所有的加密方式都是“对称加密”，也就是说解密过程是加密过程的逆向演化，加解密密钥相同，那么在“非对称加密”的过程中，加密密钥和解密密钥是不同的。

例如。 采用“非对称加密”技术后，爱丽丝可以对外公布自己的加密密码。 每个人都可以通过这个加密密码给她写信和发送重要信息，而只有爱丽丝可以使用只有她自己知道的解密密码。 获取此信息。 那么，之前的密钥分发带来的问题自然就可以解决了。

这三位MIT实习生的工作就是找到一个数学函数来完成这个“非对称加密”。 这个由三个人名字首字母组成的RSA系统，已经成为当代密码学中最具影响力的密码系统。 这也是比特币最重要的两个算法之一。

这个数学函数只是质因数的因式分解。 比如N=p×q，那么N就是公钥，每个人都知道这个数，发送的信息可以通过N加密，那么只有知道p和q的值的人，也就是知道的人拥有密钥，可以解密并读取此加密消息。 那你可能会想，这好算啊，电脑很快就能把所有的可能性都一一列出来，你不试试吗？ 但是如果数量足够大呢？ 银行转帐加密是 10 的 300 次方数量级。 大约需要一千年的时间，需要一亿台电脑共同努力，才能分解这个数字，最终找到答案。 这相当于一个无法破解的密码。

公钥和私钥都是比特币交易中非常重要的概念。 在此基础上，就很容易理解中本聪发明的比特币了。 比特币交易就像在门口放了一个邮箱。 任何人都可以向这个邮箱汇款，只要知道邮箱地址即可，但要真正拿到钱，必须要有打开邮件的钥匙。 即严格加密的密钥。 由于整个交易过程被数字化记录，每笔交易都无法被模仿、篡改或删除，从而保证了交易的真实性和可追溯性。 此外，在这样的货币市场中，不需要中央银行等权威机构的存在。 每个人都是参与者和见证者，这也起到了去中心化的作用。

那么区块链技术也可以由此衍生出来，但是不要对区块链技术想得太深。 事实上，我们已经开始在很多场景中使用区块链技术。 例如，蚂蚁金服利用区块链技术追踪慈善捐款； 另一个例子是保险业跟踪被保险人。 另外，如果开具了电子增值税发票，就是区块链的一个经典应用。 与纸质发票相比，电子增值税发票实现了分布式记账，杜绝了重复开票、虚开发票等问题，尤其是发票信息的全流程管理等。

当然，各国政府也在加大对区块链技术的研发和应用，相信未来区块链技术会被应用到更多的地方。 但是就像TCP/IP协议这样的互联网底层技术，或者4G、5G这样的通讯信号，我们普通人一般不知道是怎么回事，但是不影响我们上网，发微信，和收红包。 区块链这样冷门的技术，密码学这样高深的学问，都是因为比特币的炒作而家喻户晓。

量子计算机：比特币的天敌？

这就像一个新时代。 随着技术的进步，过去的加密技术会落后，过去的信息传输方式会失效，比特币和区块链也是如此。 今天的区块链和比特币，此刻都是基于计算机层面的。 但如果未来更快、更高效的计算机被发明出来，我们今天认为坚不可摧的比特币密钥会不会不再安全？

如前所述，银行转账加密是10的300次方数量级。 大约需要一千年的时间，需要一亿台电脑共同努力，才能分解这个数字，最终找到答案。 所以按照今天的破译水平，可以说是无解。

但纵观人类历史比特币算法破解，任何号称牢不可破的密码最终都会被破解。 无论是统治世界一千年的凯撒密码，还是与纳粹威胁全世界的“恩尼格玛密码机”等等，这些例子还不够深刻吗？

其实今天的加密系统并非没有天敌，只是这个天敌目前只存在于理论上，那就是量子计算机。 在量子计算机的计算层面，刚才的结果跑了一千年，量子计算机可能在10分钟左右就能找到答案。 在如此强大的技术面前，是否会令当今所有的加密系统黯然失色，我们的个人隐私、银行庞大的金融交易信息、国家安全的关键信息等都将被充分暴露。

当然，未来还会有更多的技术问世，当然加密技术也会不断完善。 毫无疑问，未来无论是量子计算机还是其他先进技术，都一定会颠覆今天的信息安全体系。 所以我们关注区块链和比特币，不是因为比特币的价值真的那么高，而是因为我们要关注这个新技术可能带来的变化。 就像凯撒注意到替代密码并将其应用于军队一样； 就像阿拉伯人将加密系统应用到国家官员的管理、税收等方面，促进了国家的繁荣； 就像希特勒和纳粹，他注意到了恩尼格玛机，并大量使用它，从而在第二次世界大战中处于领先地位； 就像中本聪一样，他看到了全球去中心化的需求浪潮。 . . . . .

因此，没有一种技术是永远伟大的。 虽然现在区块链、比特币都是热词，任何与区块链相关的概念都被夸大了，但要估量它的真正价值，还是得放到历史的长河里，看看它的历史。 历史在不经得起时间考验的情况下重演。

看到这里，你觉得区块链是改变历史的巨浪还是小浪花？

新浪科技公众号