13-BTC-思考

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本博客除了包含自己的在学习过程中记录的笔记外，还包含少部分自己扩展的内容，如有错误，敬请指正。

文章目录

• [1. 哈希指针](#1. 哈希指针)
• [2. 私钥"截断"与多重签名](#2. 私钥“截断”与多重签名)
• • • 问题一：单点失效
    • 问题二：安全性急剧下降
    • [正确做法：使用 多重签名](#正确做法：使用 多重签名)
• [3. 分布式共识：理论 vs 现实](#3. 分布式共识：理论 vs 现实)
• • • 经典例子：如何判断远程服务器是否宕机？
    • 启示
• [4. 比特币的稀缺性](#4. 比特币的稀缺性)
• • • 为什么？
• [5. 量子计算对比特币的威胁](#5. 量子计算对比特币的威胁)
• • • 为什么不必过度恐慌？
    • • [1. 量子计算机离实用还很远](#1. 量子计算机离实用还很远)
      • [2. 比特币并未直接暴露公钥](#2. 比特币并未直接暴露公钥)
      • [3. 即使公钥暴露，攻击窗口也很短](#3. 即使公钥暴露，攻击窗口也很短)
    • 安全建议（面向未来）

1. 哈希指针

传统意义上的"指针"（如内存指针或磁盘指针）只在本地计算机中有意义。一旦把数据发送到其他机器，这些指针就失效了------因为它们指向的是本机的物理或虚拟地址。

所谓"哈希指针"，其实是一种形象的说法，本质上只有哈希值，没有真正的指针 。

在比特币中，区块之间通过前一个区块的哈希值链接起来，形成链式结构。这个"指针"就是哈希值本身。

全节点通常将区块数据存储在一个键值（KV）数据库中，比如 LevelDB
（2012 年起默认使用 LevelDB）：

• Key：区块的哈希值（即区块头的 double-SHA256）
• Value：完整的区块内容（包括区块头和交易列表）

所谓的"区块链"链式结构，实际上就是在 LevelDB 中通过哈希值串起来的：

• 从最新的区块哈希出发，可以查到最新区块；
• 该区块中包含前一个区块的哈希；
• 再用这个哈希去查倒数第二个区块；
• 如此递归，最终可回溯到创世区块。

有些轻量级节点（如 SPV 节点）只保存最近几千个区块。如果需要更早的历史数据，可以向全节点请求获取。

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2. 私钥"截断"与多重签名

场景：一对情侣共同持有比特币，把私钥截成两半，一人保管一半；或者一个商户有 4 个合伙人，把私钥分成 4 份。

这种做法看似合理，但存在严重问题：

问题一：单点失效

• 只要其中一人丢失了自己那部分私钥，整笔资金就永远无法动用。 对应的 UTXO 将永久"冻结"在区块链上，成为死币。

问题二：安全性急剧下降

• 比特币私钥是 256 位随机数，总空间为 2 256 2^{256} 2256，暴力破解在经典计算机下完全不可行。
• 但如果私钥被简单"截断"（例如每人持 64 位），攻击者只要拿到其中 3 份（192 位），就只需暴力破解剩下的 64 位。
• 破解难度从 2 256 2^{256} 2256 降到 2 64 2^{64} 264，不是线性降低，而是指数级崩塌！

正确做法：使用 多重签名

• 每个参与者都持有完整长度的私钥（256 位），安全性不打折；
• 不仅更安全，还提供灵活的权限控制（如公司财务审批、家庭共管等场景），在创建地址时指定规则，如 "4 人中任意 2 人签名即可花费"（2-of-4）；

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3. 分布式共识：理论 vs 现实

许多分布式系统领域的科学家曾证明：在某些模型下，达成分布式共识是不可能的（如 FLP 不可能定理）。

那么问题来了：既然理论上不可能，比特币为什么还能工作？

理论上来说，比特币并没有达成严格意义上的共识。因为在分布式系统理论中，真正的共识一旦达成，就应当是不可逆且不可推翻的 ；而比特币攻击者若掌握足够算力，可以发起分叉攻击。从某个历史区块开始构建更长的替代链，导致原先"已确认"的交易被回滚，极端情况下甚至能将共识状态逆转至接近创世区块（尽管实际难度极高）。因此，比特币的共识并不是传统理论中要求的强一致性与最终性。

关键在于：理论结论依赖于特定假设模型，而现实可以绕开这些假设。

经典例子：如何判断远程服务器是否宕机？

• 在异步网络模型 中（消息延迟无上限），理论上你无法区分：
  • 服务器真的死机了；
  • 还是只是网络拥堵，下一秒就能连上。

理论已证明：在此模型下，无法可靠判断节点是否故障（死机）。

但在现实中，我们可以：

• 给数据中心打电话人工确认；
• 或者给服务器加一条独立的拨号线路作为"心跳通道"。

一旦引入额外信道或时间界限 ，系统就不再是纯异步模型，FLP 的"不可能"结论自然不再适用。

启示

• 知识改变命运，但一知半解可能适得其反。
• 中本聪很可能不是传统学术圈出身，否则可能被"共识不可能"的教条束缚，不太可能设计比特币。
• 不要被学术框架限制想象力，也不要被程序员思维困住创造力。
• 比特币的成功，恰恰在于它用经济激励 + 工作量证明 + 概率最终性 ，在现实世界中构建了一个"足够好"的共识机制------尽管它不是严格意义上的绝对共识（如分叉回滚仍可能发生）。

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4. 比特币的稀缺性

矿工挖矿是为了收益。只有当收益 > 成本时，挖矿才有利可图，才能吸引人参与。

但所有新加密货币都面临冷启动问题：早期没人用、算力低、安全性弱，如何吸引第一批矿工？

比特币的解决方案：

• 早期挖矿难度极低，普通 CPU 就能挖；
• 区块奖励高达 50 BTC，这是合理的，因为激励早期参与者少，承担更大风险。

很多人认为，2100 万枚总量恒定 是比特币成功的关键。但也有观点指出：绝对稀缺的东西不适合作为货币。

为什么？

• 货币需要具备适度通胀能力，以匹配经济增长；
• 黄金就是典型：每年新增供应远低于全球财富增速 → 黄金不断升值；
• 结果：早年持有者财富自动增长，后人再努力也难以追赶；
• 长期看，这会削弱社会奋斗动力，不利于公平发展。

总结：比特币的设计更像"数字黄金"，而非日常流通货币。它的价值储藏属性强于交易媒介属性。

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5. 量子计算对比特币的威胁

有人担心：量子计算机强大到能破解现有密码学，比特币会不会崩溃？

答案是：短期内不会，长期看也有应对空间。

为什么不必过度恐慌？

1. 量子计算机离实用还很远

• 当前量子计算机仅有几十到几百量子比特，且错误率高；
• 要破解 ECDSA（比特币使用的椭圆曲线签名），需要数百万稳定量子比特------至少还需 10--20 年，甚至更久。

2. 比特币并未直接暴露公钥

• 接收比特币时，只公布 公钥哈希（即地址），而非公钥本身；
• 从哈希值反推公钥 在经典和量子模型下都极其困难：
  • SHA-256 是抗碰撞性、抗原像的哈希函数；
  • 输入任意长度（哪怕几 TB），输出固定 256 位；
  • 该过程不可逆------否则就等于发明了"超级压缩算法"（256 位还原任意大数据），这显然不可能。

3. 即使公钥暴露，攻击窗口也很短

• 公钥只在花费比特币时 才会出现在交易的 sigScript 中；
• 攻击者必须在交易被确认前（几分钟内）：
  1. 用量子计算机从公钥推出私钥；
  2. 构造一笔竞争交易（双花）；
  3. 让自己的交易先被打包。
• 这要求实时、高速、精准攻击，即便有量子计算机也极难实现。但是一旦实现，如果这个账户下还有未花费的UTXO，量子计算机就可以一下全部转走！

安全建议（面向未来）

• 一个地址只用于收款，一旦花费过，就不要再用；
• 花费后，将剩余资金转入新地址（最好是一次性地址）；
• 这样即使未来量子计算机能破解公钥，你的大部分资产仍受哈希保护。

总结：与其担心比特币，不如先担心银行网银、SSL 证书、政府数据库------它们更早暴露公钥，且升级更慢。 若真到量子危机来临那天，对传统金融系统冲击更大，且大多数钱还是存在传统金融系统中。