数字签名与加密算法-下【mix指南之区块链】

mixlab

发布于 2019-09-26 17:07:39

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发布于 2019-09-26 17:07:39

文章被收录于专栏：MixLab科技+设计实验室MixLab科技+设计实验室

为什么要开一个区块链的系列？引用mixlab社区里的熊叔（ML94）的话：

“

如果把人比作手机，价值观、态度和习惯是这个操作系统底层，领域技能更像是系统上的app。技能不会的话装一个就好，如果大家有好的“app”，可以相互推荐，如果自己没有装这个“app”，也可以借别人的。

”

mixlab无界社区为大家提供了一个跨界的平台，不止于跨界人才的交流（人），更多的还有跨领域技能的指南（内容）。所以，开始会更新一些区块链技术的文章。

最近感受比较深的方法，分享给大家：

mix方法：不让概念限制想象力，更多地关注原理本身。当我们掌握了概念对应的原理本身，就可以跳出概念本身的限制，基于原理，自由创作我们想象中的产品。

接上一期数字签名与加密算法-上【mix指南之区块链】：

6 ECDSA

比特币采用的加密方案

比特币中使用的数字签名算法是椭圆曲线数字签名算法（Elliptic Curve Digital Signature Algorithm）或 ECDSA 。 ECDSA 是用于基于椭圆曲线私钥/公钥对的数字签名算法。

6.1 私钥和公钥

JS有个开源库：

https://github.com/indutny/elliptic

我们将使用这个 elliptic 的库，来实验。

区块链中的密钥分为公钥和私钥两种，是通过非对称加密算法生成的。通过这种算法得到的密钥对能保证在世界范围内是唯一的。

公钥的主要作用：加密；验证签名。

私钥的主要作用：签名；解密。

特性：

通过私钥可以计算出公钥，反之则不行。

公钥加密：公钥加密的内容可以用私钥来解密——只有私钥持有者才能解密。

私钥签名：私钥签名的内容可以用公钥验证。公钥能验证的签名均可视为私钥持有人所签署。

有效的私钥是任何随机的32字节字符串，例如：

19f128debc1b9122da0635914488b208b829879cf13b3d6cac5d1260c0fd967c

一个有效的公钥是'04'与一个64字节的字符串连接，例如：

04bfcab8722991ae774db48f934ca79cfb7dd991229153b9f732ba5334aafcd8e7266e47076996b55a14bf9913ee3145ce0cfc1372ada8ada74bd287450313534a

6.2 ECDSA算法的使用

1）为用户A生成配对的公钥和私钥；

2）用户A对数据“hello mixlab”用私钥进行签名；

3）签名及数据“hello mixlab”保存在每个用户手上；

4）用户A用公钥证明其拥有数据“hello mixlab”。

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


//定义生成密钥的方法

function genKey() { 
    var key = ec.genKeyPair();
    var private = key.getPrivate();
    var public = key.getPublic();
    var pub = public.encode('hex');
    var pri = private.toJSON();
    return {
               public: pub,
               private: pri,
               sign: function (msg) {
   var signature = key.sign(msg);
   var derSign = signature.toDER('hex');
   console.log('-------signature:', derSign, msg); 
   return derSign
               }
           };       };       
  
              
                    
//------生成密钥-------

var A = genKey();
console.log('-------public key:', A.public); 
console.log('-------private key:', A.private);



//签名
var derSign = A.sign('hello mixlab');



//用公钥验证所有权
verify(A.public,'hello mixlab', derSign);

function verify(address, msg, signature) {
    var ec = new EC('secp256k1');
    var keyc = ec.keyFromPublic(address, 'hex');
    var signature = signature;
    var isVerify=keyc.verify(msg, signature);
    console.log(isVerify);
    return isVerify
};

6.3 ECDSA在交易上的应用

主要理解清楚以下几个概念：

6.3.1 交易地址

从一个随机数生成私钥，公钥可以从私钥中派生出来。公钥将被用作交易中加密货币的“接收者”（交易地址）。

6.3.2 区块的产生

如果我们能够首先证明我们拥有某些Block，我们就可以将Block里存储的交易数据代表的加密货币发送到收账人的地址（收账人的公钥地址），转账的过程就是交易，发起一个交易，产生一个新的Block。

在比特币的ECDSA算法的实现中，被签名的“消息”是交易中特定数据的哈希值。而交易就是存储在比特币区块链上的Block。

6.3.3 交易的结构

一个交易（Block）的组成包括：

交易的输入：UTXO+解锁脚本(签名、A的公钥）

交易的输出：锁定的UTXO+锁定脚本(B的公钥）

输出的UTXO被整个网络识别，所有者可在未来的交易中使用它们。

6.3.4 UTXO

比特币中，实际上没有“余额”的概念，只有 “未花费的交易输出”（unspent transaction outputs），即UTXO。当用户的钱包已经“收到”比特币时，本质上是，钱包已经检测到了可用的UTXO。通过钱包所控制的个人私钥，我们可以把这些UTXO花出去。因此，用户的比特币“余额”是指用户钱包中可用的UTXO总和，而UTXO可能分散在数百个交易的区块中。

那么如何证明我们拥有某些Block？举比特币的例子，一个比特币地址中的所有资金的控制取决于相应私钥的所有权和控制权。

以简化版的数字币为例，若A想要向B转账1个数字币，交易流程如图所示：