哈希函数
哈希函数(Hash Function),也称为散列函数,给定一个输入x,它会算出相应的输出H(x)。哈希函数的主要特征是:
- 输入x可以是任意长度的字符串
- 输出结果即H(x)的长度是固定的
- 计算H(x)的过程是高效的(对于长度为n的字符串x,计算出H(x)的时间复杂度应为O(n))
椭圆曲线加密算法
椭圆曲线在密码学中的使用是在1985年由Neal Koblitz和Victor Miller分别独立提出的。它的主要优势是在某些情况下它比其他的算法(比如RSA)使用更小的密钥但提供相当的或更高等级的安全性。
比特币使用了基于secp256k1椭圆曲线数学的公钥密码学算法。它包含私钥与公钥,私钥用于对交易进行签名,将签名与原始数据发送给整个比特币网络,公钥则用于整个网络中的节点对交易有效性进行验证。签名算法保证了交易是由拥有对应私钥的人所发出的。
BASE58编码
Base58是用于Bitcoin中使用的一种独特的编码方式,主要用于产生Bitcoin的钱包地址
相比Base64,Base58不使用数字"0",字母大写"O",字母大写"I",和字母小写"l",以及"+"和"/"符号
- 比特币所用字母表:
123456789ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZabcdefghijkmnopqrstuvwxyz
- Monero所用字母表:
123456789ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZabcdefghijkmnopqrstuvwxyz
- Ripple所用字母表:
rpshnaf39wBUDNEGHJKLM4PQRST7VWXYZ2bcdeCg65jkm8oFqi1tuvAxyz
私钥
实际上是长度为256bit的二进制数,256 bit = 1.15e+77
宇宙中所有原子的总数大概是10的80次方。如果我们进行2^256+1
次随机生成私钥,那么必然会生成一个此前出现过的私钥;甚至从概率的角度看,进行2^130
次私钥生成就会有99%的可能得到已有私钥,但是这个情况目前极难出现。
公钥
使用椭圆曲线加密算法(ECDSA-secp256k1)计算私钥所对应的非压缩公钥,该过程不可逆。
公钥的长度为65bytes:
- 头部标识:1byte(0x04)
- X-integer:32bytes(BE)
- Y-integer:32bytes(BE)
地址
将公钥经过多次哈希散列及处理生成btc地址。
非压缩公钥生成地址的过程:
-
将完整公钥(
头部标识
+X-integer
+Y-integer
)进行一次sha256()
运算, 在对结果进行一次ripemd160()运算,结果a
的长度为20bytes -
在步骤1得到的结果前加上
Network ID Byte
:- Main Network: 0x00
- Test Network: 0x6f
- Namecoin Net: 0x34
得到的
b
长度为21bytes -
对步骤2得到的结果进行连续两次的
sha256()
运算,然后只取运算结果的前4bytes作为Checksum
-
在步骤2的
b
末尾添加上步骤3得到的Checksum
, 得到c
, 长度为25bytes -
对步骤4生成的
c
进行Base58编码, 即得到地址
步骤图示:
对于压缩公钥生成地址时,在步骤一中只取公钥的
标识头
+X-integer
部分即可。
私钥,公钥和地址在比特币转账中的作用
在发起比特币的转账时,把私钥看作账户的密码,账单填写完毕后,需要用私钥对账单的内容签名,得到签名信息SIG
,然后将SIG
附加在账单上:
SIG = SIGN(TX_DETAIL, PRIVATE_KEY)
已知SIG和账单内容,是无法反推出私钥的。那么,别人在拿到账单信息和SIG后,如何验证该SIG确实是由发送方地址对应的私钥签署的呢?
这就是公钥的作用,账单上还要附加上公钥,别人在拿到账单时,可以验证SIG是否合法
true = VALIDATE(TX_DETAIL, SIG, PUBLIC_KEY)
私钥->公钥->地址是单向不可逆的过程, 在签署交易信息时只会暴露公钥, 私钥是安全的:
关于btc交易及签名验证的原理和细则,可以搜索相关文献了解
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