一、比特币的发展面临哪些问题

比特币发展过程中面临的问题有几个方面：

1、监管问题，去中心化是比特币的最大优势，也是它的最大不足；因为容易被用作非法交易。

2、交易平台问题，当前国内比特币交易关闭，但国外比特币交易市场火热，平台众多，用户难以区别交易平台的合法性。

3、交易风险问题，比特币开发团队只负责了比特币系统的开发维护及改进工作，但对交易无法实施担保，无法保证交易的正常进行。

4、交易者身份，一般来说，交易平台都对用户进行实名认证，但币包认为，这种认证仍存在有一定的漏洞。

5、合法性，因为各国对比特币的看法不同，所以对于比特币的有不同的认识。

二、比特币如何防止篡改

比特币网络主要会通过以下两种技术保证用户签发的交易和历史上发生的交易不会被攻击者篡改：

非对称加密可以保证攻击者无法伪造账户所有者的签名；

共识算法可以保证网络中的历史交易不会被攻击者替换；

非对称加密

非对称加密算法3是目前广泛应用的加密技术，TLS证书和电子签名等场景都使用了非对称的加密算法保证安全。非对称加密算法同时包含一个公钥（Public Key）和一个私钥（Secret Key），使用私钥加密的数据只能用公钥解密，而使用公钥解密的数据也只能用私钥解密。

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图 2-非对称加密特性

比特币使用了非对称加密算法保证每一笔交易的安全，网络中的每一个账户（地址）都是一对秘钥中的公钥，账户的所有者会持有私钥，下面就是一对刚刚生成的比特币地址和私钥4：

Address: 13RTT8MsbAj7o4zL7w4DNNuuwhgGgHqLnK

Private Key: 469d998dd4db3dfdd411fa56574e52b6be318f993ca696cc5c683c45e8e147eb

需要注意的是，使用网站生成比特币地址和私钥是极其危险的做法，我们并不清楚网站是否会存储私钥，所以建议使用比特币的客户端生成公私钥对。

任何人通过上面的地址 13RTT8MsbAj7o4zL7w4DNNuuwhgGgHqLnK都可以向该账号转账；账号的持有者也可以使用私钥签名交易向其他地址转账，当我们想要向比特币网络中提交一笔新的交易时，需要先构建一个如下所示的交易结构：

{

"txid":"5be7a9e47f56c98e5297a44df52da0475f448ece98bb51489103cdf70653092f",

"hash":"5be7a9e47f56c98e5297a44df52da0475f448ece98bb51489103cdf70653092f",

"version":1,

"size":224,

"vsize":224,

"locktime":0,

"vin": [...],

"vout": [...],

"hex":"0100000001a90b4101e6cbb75e1ff885b6358264627581e9f96db9ae609acec98d72422067000000006b483045022100c42c89eb2b10aeefe27caea63f562837b20290f0a095bda39bec37f2651af56b02204ee4260e81e31947d9297e7e9e027a231f5a7ae5e21015aabfdbdb9c6bbcc76e0121025e6e9ba5111117d49cfca477b9a0a5fba1dfcd18ef91724bc963f709c52128c4ffffffff02a037a0000000000017a91477df4f8c95e3d35a414d7946362460d3844c2c3187e6f6030b000000001976a914aba7915d5964406e8a02c3202f1f8a4a63e95c1388ac00000000",

"blockhash":"0000000000000000000c23ca00756364067ce5e815deb5982969df476bfc0b5c",

"confirmations":5,

"time":1521981077,

"blocktime":1521981077

}

接下来，我们可以使用持有的私钥对整个交易中的全部字段进行签名，然后将签名与交易打包并发送到网络中等待比特币网络的确认就可以了。

在比特币的所有地址中，35hK24tcLEWcgNA4JxpvbkNkoAcDGqQPsP地址中目前持有 250,000多个 Bitcoin5，目前的市值大概为 20亿美元。在只知道地址的情况下，我们来算一下获取该地址对应的私钥需要多长时间。比特币的私钥总共有 256位，即 22562256中可能性：

115792089237316195423570985008687907853269984665640564039457584007913129639936115792089237316195423570985008687907853269984665640564039457584007913129639936

目前我们没有较为快捷的破解手段，只能使用暴力破解计算私钥。假设我们使用 IBM在 2018年推出的超级计算机 Summit6，它能每秒能做 1.4∗10171.4∗1017次浮点数计算，假设该计算机可以每秒计算相同次数的公私钥对（计算公私钥对远比一次浮点数计算复杂），想要找到存放 20亿美元资产的地址对应的私钥需要如下所示的时间：

1.15∗1077365∗86400∗1.4∗1017=2.9∗1052年1.15∗1077365∗86400∗1.4∗1017=2.9∗1052年

我们整个宇宙的存在时间也只是破解该私钥时间的几十亿分之一，所以在目前的计算能力没有革命性突破的前提下，想要通过暴力破解的方式获取公钥对应的私钥只有理论上的可能性，在实践中是完全不可能的7。

共识算法

MySQL等数据库以行为单位存储数据，而比特币这个分布式数据库中存储的基本单位是区块，区块通过哈希指针连接就会构成一棵树，如下图所示，图中绿色的最长链就是网络的主链。

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图 3-区块链和主链

如何让网络中的所有节点对下一个区块中的内容达成共识是比特币需要解决的关键问题，只有让节点对数据达成一致才会保证过去的交易不会被篡改，但是作为在公网运行的分布式数据库，它面对的场景非常复杂，需要解决拜占庭将军问题下的分布式一致性问题。

拜占庭将军问题是 Leslie Lamport在 The Byzantine Generals Problem论文中提出的分布式领域的容错问题，它是分布式领域中最复杂、最严格的容错模型8。在该模型下，系统不会对集群中的节点做任何的限制，它们可以向其他节点发送随机数据、错误数据，也可以选择不响应其他节点的请求，这些无法预测的行为使得容错这一问题变得更加复杂。

拜占庭将军问题描述了一个如下的场景，有一组将军分别指挥一部分军队，每一个将军都不知道其它将军是否是可靠的，也不知道其他将军传递的信息是否可靠，但是它们需要通过投票选择是否要进攻或者撤退：

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图 4-拜占庭将军问题

区块链技术使用共识算法和激励让多个节点在拜占庭将军场景下实现分布式一致性。比特币使用如下的规则让多个节点实现分布式一致性：

引入工作量证明—让节点在提交新的区块之前计算满足特定条件的哈希，取代传统分布式一致性算法中，一人一票（或者一节点一票）的设定；

引入最长链是主链的设定—只有主链上的交易才被认为是合法交易；

引入激励—提交区块的节点可以获得比特币奖励；

通过以上的规则，各个节点会在最长的链上计算哈希，努力提交合法的区块。然而一旦节点中有人掌握了 51%以上的计算能力，它能通过强大的算力改变区块链的历史。因为区块具有连续性，所以前一个区块的改变会使后一个区块计算的哈希失效，如图 4所示，如果攻击者需要改变主链中的倒数第三个黄色区块，它需要连续构建四个区块才能完成对历史的篡改，其他的节点才会在这条更长的链上继续计算：

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图 4- 51%攻击

1使用如下所示的代码可以计算在无限长的时间中，攻击者持有 51%算力时，改写历史 0~ 9个区块的概率9：

#include

#include

double attackerSuccessProbability(double q, int z){

double p= 1.0- q;

double lambda= z*(q/ p);

double sum= 1.0;

int i, k;

for(k= 0; k<= z; k++){

double poisson= exp(-lambda);

for(i= 1; i<= k; i++)

poisson*= lambda/ i;

sum-= poisson*(1- pow(q/ p, z- k));

}

return sum;

}

int main(){

for(int i= 0; i< 10; i++){

printf("z=%d, p=%f\\n", i, attackerSuccessProbability(0.51, i));

}

return 0;

}

通过上述的计算我们会发现，在无限长的时间中，占有全网算力的节点能够发起 51%攻击修改历史的概率是 100%；但是在有限长的时间中，因为比特币中的算力是相对动态的，比特币网络的节点也在避免出现单节点占有 51%以上算力的情况，所以想要篡改比特币的历史还是比较困难的，不过在一些小众的、算力没有保证的一些区块链网络中，51%攻击还是极其常见的10。

防范 51%攻击方法也很简单，在多数的区块链网络中，刚刚加入区块链网络中的交易都是未确认的，只要这些区块后面追加了数量足够的区块，区块中的交易才会被确认。比特币中的交易确认数就是 6个，而比特币平均 10分钟生成一个块，所以一次交易的确认时间大概为 60分钟，这也是为了保证安全性不得不做出的牺牲。不过，这种增加确认数的做法也不能保证 100%的安全，我们也只能在不影响用户体验的情况下，尽可能增加攻击者的成本。

总结

研究比特币这样的区块链技术还是非常有趣的，作为一个分布式的数据库，它也会遇到分布式系统经常会遇到的问题，例如节点不可靠等问题；同时作为一个金融系统和账本，它也会面对更加复杂的交易确认和验证场景。比特币网络的设计非常有趣，它是技术和金融两个交叉领域结合后的产物，非常值得我们花时间研究背后的原理。

比特币并不能 100%防止交易和数据的篡改，文中提到的两种技术都只能从一定概率上保证安全，而降低攻击者成功的可能性也是安全领域需要面对的永恒问题。我们可以换一个更严谨的方式阐述今天的问题—比特币使用了哪些技术来增加攻击者的成本、降低交易被篡改的概率：

比特币使用了非对称加密算法，保证攻击者在有限时间内无法伪造账户所有者的签名；

比特币使用了工作量证明的共识算法并引入了记账的激励，保证网络中的历史交易不会被攻击者快速替换；

通过上述的两种方式，比特币才能保证历史的交易不会被篡改和所有账户中资金的安全。

三、你怎么看待现在比特币的问题

由于比特币是技术达人创造的一种基于计算算法的共识体系，没有任何政府背书，很多人觉得比特币背后没有任何价值支撑，因此很多人都觉得它是庞氏骗局，喷他的人就很多了。

笔者认为，比特币是极客群体创造的特殊商品，满足货币的本质属性，具备货币的五大职能。

在货币的发展历史进程中，货币被普遍认为是充当一般等价物的特殊商品，并体现在一定的社会生产关系中。货币是商品交换发展到一定阶段的产物。货币作为一种特殊的商品，首先要具有使用价值和交换价值，其次要能直接同所有商品进行交换，具备支付的功能。随着货币形态的发展，特别是进入信用货币阶段后，信用货币本身几乎不存在使用价值，但信用货币仍然能够作为一般等价物与其他商品相交换，是由法律所确定的。从这个层面来说，比特币是满足货币的本质的。

比特币作为商品的价值，在于其产生过程凝结了无差别的劳动，是由“矿工”提供“电子工作”的方式获取价值，同时“挖矿”过程所消耗的计算资源和电力能源也构成其内在价值的一部分。比特币作为互联网上通行的数字货币，具备能同其他商品进行交换的价值基础。目前比特币可以进行网上购物，并在世界范围内一些实体商店进行消费或购买支付。

经济学界对于货币的本质和定义也存在不同的看法。新经济学派的经济学家认为，“货币描述的是不同东西可能具有程度不等的某种属性”、“是其被人接受的程度不等的一系列对象”。从这个层面讲，只要公众普遍能接受比特币认可比特币，比特币也就更接近货币的本质。

货币的职能随着商品经济的发展而逐渐完备起来。在发达的商品经济中，货币具有价值尺度、流通手段、贮藏手段、支付手段和世界货币五种职能，其中价值尺度与流通手段是两个最基本的职能。从足值的金属货币到现今的信用货币，货币的五大职能也出现部分职能的弱化和部分职能的增强。从当前比特币作为实际应用情况来，比特币具备货币的基本职能。

一、比特币具有价值尺度的职能

价值尺度是赋予交易对象以价格形态，指货币作为计价标准，充当衡量和表现商品价值大小的社会尺度。比特币是人类历史上第一次由技术群体在自己的领域内对世界的商品计价，且与美元形成比价效应，能够通过一定数量的比特币，来对商品的价值进行定价，具有价值尺度的职能。比特币效仿黄金低产出和有限数量的特点，具备稀缺性，充当价值尺度的社会职能，成为世界上被认可的数字货币之一，是互联网世界中的“数字黄金”。

二、比特币具有流通手段的职能

流通手段是指货币充当商品交换的媒介，是一种现实可流通的货币。比特币具备交易媒介功能，通过出售商品与服务可以获得比特币，具备流通手段的职能。比特币不但能购买网络上虚拟产品和服务、显示中实物产品，而且具有较强的分割能力。1BTC可以被分解到小数点后第8位，如0.00000001 BTC，方便微型支付。

三、比特币具备支付手段的职能

支付手段是指发生赊销赊购时，用延期支付的方式买卖商品的情况下，货币用于清偿债务时执行的职能，是交易媒介职能的延伸。比特币因其使用范围不受限制，可以线上线下购销商品与服务，实现未来货币与财富的自由兑现。在现实交易中，在对方接受比特币的情况下，债务方完全可以使用比特币来偿还债务，因此比特币是具有支付手段的职能。

四、比特币具备储藏手段的职能

贮藏手段是指货币退出流通领域，作为社会财富的一般代表而加以积累和保存价值的手段，发挥“蓄水池”的贮藏作用。比特币具备价值储藏或购买力储藏的职能，具有专属所有权，运用计算机技术和通信技术将互联网中的比特币以数字化形式(二进制数据)被隔离存储在网络或有关电子设备中，只有用户自己操控私钥支付，无人可以获取。携带和保管的成本几乎为零，且不易出现损耗。比特币恒定的总量和动态调整的产量使比特币的价值相对稳定，这使得比特币具备退出流通领域作为社会财富的一般代表被保存起来的职能，在未来依然能够兑现相应的产品或服务。实际上比特币的稀缺性一定程度上使比特币将会持续保持紧缩，即比特币将长期升值。因此比特币具有很好地贮藏价值。

五、比特币具有世界货币的职能

世界货币是指当货币超出国界，在世界市场上能发挥一般等价物。世界货币作为国际间的购买手段、支付手段，实现国际间财富的转移。比特币，作为一种基于区块链技术通过互联网发行的数字货币，本身完全没有国界，非常适合作为国际间贸易的支付手段，是真正意义上的全球通用的世界货币。

从以上比特币的五大职能分析，商品交易中价值尺度的职能体现了比特币的使用价值。购入计算机的费用和挖矿时的电耗、时耗等都使比特币天然具有价值，类似开采黄金消耗的社会必要劳动时间固化于黄金本身而使其具有价值一样，挖矿消耗的劳动全部转化为比特币的价值。因此，比特币具有货币的价值和使用价值。

比特币既缺乏金属货币背后的商品职能，又缺乏信用货币的强制力保证，它的价值取决于有多少人、多少商品和服务愿意接受比特币付款，即人们对比特币的信任、对一整套机制所营造的信心。如果比特币能够在较长的时间内建立投资者的信心，认可度越来越高，交易范围越来越广，它的货币属性就会越来越强，那么，一种新的货币体系也许就此开始，并最终成为全球通用货币。