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比特币和区块链中的交易和算法解读

下载imtoken钱包官网苹果版 2023-06-22 06:43:16

比特币和区块链的核心起源于中本聪的论文（Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System），其中部分描述非常关键比特币源代码有多少行比特币源代码有多少行，解释了什么是Transactions。

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中本聪论文截图

数字签名（Digital signatures）虽然部分解决了电子现金系统的问题，但是仍然需要第三方的支持来防止双花，那么这个系统就失去了它的价值。

将电子货币定义为数字签名链。电子货币从所有者到下一个人的转移是通过所有者使用私钥对交易和下一个人的数字签名的公钥进行数字签名，并将数字签名附加到电子货币上（数字签名链）在后面。通过验证数字签名，收款人可以验证他是否收到了电子货币。

每笔交易结束后，电子货币将被铸币厂回收，铸币厂将发行新的电子货币；只有铸币厂直接发行的电子货币才被视为有效。这可以防止双花双花。

总结是：

很显然，电子货币交易诞生的基础是数字签名（digital signatures）。

清楚地解释了比特币中的电子货币是什么以及它是如何交易的。

明确了比特币电子货币的创建和销毁过程，保证了电子货币的唯一性。

电子签名

在密码学中，我喜欢用 Alice 和 Bob 作为例子。 Alice代表路人A，Bob代表路人B，后面会经常用到。

在现实世界中，交易是基于书面形式的签名。例如，Alice 在一张“Alice 给 Bob 的 100 元”的支票上签字后，通过秘书，将签字的支票交给 Bob。 Bob 找到专家验证签名无误后，确认交易。在互联网上，交易是基于数字签名来完成的。

数字签名是基于非对称加密实现的。我们先看维基百科对非对称加密的定义：非对称加密（asymmetric cryptography），是密码学中的一种算法，需要两把钥匙，一把是公钥，一把是私钥；一个用作加密时，另一个用于解密。一般情况下，公钥用于加密，私钥用于解密。用其中一个密钥加密明文得到的密文，只能用对应的另一个密钥解密，才能得到原来的明文；密钥也不能用于解密。

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非对称算法系统

非对称算法

私钥、公钥和地址似乎是一串（几乎）不可能发生碰撞的字符串，可以用四个等式来解释

k = random() (0 < k < n; n = 1.158 * 10^77)
K = k * G （G 为椭圆曲线密码学的一个常数）
a = Hash.ripemd160(Hash.sha256(K))
A = base58(0 + a + checksum)

从k（私钥）到K（公钥）再到A（地址）的过程由密码学保证是不可逆的。

代码如下：

const crypto = require('crypto');
var EC = require('elliptic').ec;
var ec = new EC('secp256k1');

var BN = require('bn.js');
var bs58 = require('bs58');
class PrivateKey {
 constructor() {
 this.bn = this.generateKey();
 this.compressed = true;
 this.network = Networks.defaultNetwork;
 }
 generateKey() {
 let condition;
 let bn;
 do {
 // 随机生成 1 ~ 2^256 之间的数字，并以 hex 这种编码格式显示。
 // hex ：一种编码格式，将每个字节编码为两个十六进制字符
 // privateHex: "ceea0ada327fc521e9c5ba704a002f56c95de6bffc83901aa2290fc882c4c218"
 const privateHex = crypto.randomBytes(32).toString('hex');
 // privateHex 是字符串类型，字符串格式是没法直接比较大小的，所以要转化为数字类型。
 // 但是 js 中最大的安全数是 Number.MAX_SAFE_INTEGER = 9007199254740991，根本不够表示一个 private 值。
 // 所以用到了 BN 这个库，对比 private。BN 即大数 Big Number。
 bn = new BN(privateHex, 16)
 // max = 
 const max = new BN(ec.curve.n.toArray())
 // 实际上 private 要比 max 小
 // max 是一个常数 n=1.158 * 10^77，略小于2^256
 // 由比特币所使用的椭圆曲线的阶

 // 当 bn < max 成功生成私钥
 condition = bn.lt(max)
 } while (!condition);
 return bn;
 }
}
class PublicKey {
 constructor(privateKey){
 // 椭圆曲线乘法可以从私钥计算得到公钥
 // 是不可逆转的过程：K = k * G
 // 其中k是私钥，G是被称为生成点的常数点，而K是所得公钥。
 this.point = ec.curve.g.mul(privateKey.bn)
 this.compressed = privateKey.compressed
 this.network = privateKey.network
 }
 // 这一块没有找到对应文档
 toBuffer () {
 var xbuf = this.point.getX().toBuffer({ size: 32 });
 var ybuf = this.point.getY().toBuffer({ size: 32 });
 var prefix;
 if (!this.compressed) {
 prefix = new Buffer([0x04]);
 return Buffer.concat([prefix, xbuf, ybuf]);
 } else {
 var odd = ybuf[ybuf.length - 1] % 2;

 if (odd) {
 prefix = new Buffer([0x03]);
 } else {
 prefix = new Buffer([0x02]);
 }
 return Buffer.concat([prefix, xbuf]);
 }
 };
}
class Address {
 constructor(publicKey){
 // publish key to bitcoin address(内部地址)
 this.hashBuffer = Hash.ripemd160(Hash.sha256(publicKey.toBuffer()))
 this.network = publicKey.network
 this.type = Address.PayToPublicKeyHash
 }
 // 生成用户见到的比特币地址
 // Base58Check Encoding
 toString () {
 // 比特币地址的前缀是0（十六进制是0x00）
 const version = new Buffer([0])
 const payload = this.hashBuffer
 // 1. add version prefix
 const addVersionPrefix = Buffer.concat([version, payload])
 // 2. hash(version prefix + payload)

 const checksum = Hash.sha256(Hash.sha256(addVersionPrefix)).slice(0, 4)
 // 3. add first 4 bytes as checksum
 const addChecksum = Buffer.concat([addVersionPrefix, checksum])
 // 4. encode in base-58
 return bs58.encode(addChecksum);
 }
}
Address.PayToPublicKeyHash = 'pubkeyhash';
Address.PayToScriptHash = 'scripthash';
class Networks {}
Networks.defaultNetwork = 'livenet';
class Hash {}
Hash.sha256 = function(buf) {
 return crypto.createHash('sha256').update(buf).digest();
};
Hash.ripemd160 = function(buf) {
 return crypto.createHash('ripemd160').update(buf).digest();
};
const privateKey = new PrivateKey()
console.log(privateKey)
const publicKey = new PublicKey(privateKey)
console.log(publicKey)
const address = new Address(publicKey)
console.log(address)