比特幣技術 --- 交易的驗籤原理

指尖下的幽靈發表於2021-06-05
比特幣

作者：林冠巨集 / 指尖下的幽靈。轉載者，請: 務必標明出處。

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出版的書籍：

本文風格採用單刀直入方式。

前提資訊

  1. 私鑰 可以推出 公鑰；
  2. 公鑰 可以推出 公鑰雜湊；
  3. 1 和 2 皆不能反推。

發交易時 -- 簽名資料的組成

花費比特幣的一個輸入，即花費 input 的時候，在構建交易的時候，簽名階段需要在 input 結構中，攜帶上簽名資料體，即 signature_script。其核心結構如下：

{
    "outpoint":{
        "tx_hash": "",
        "index": 0
    },
    "signature_script": object,
    ...
}

關鍵在 signature_script 中，它的組成有幾部分，結合下面原始碼片段可知。

signature_script = 其它 + signature + pkData

image.png

上面等式右邊的其它，代表是一些比特幣虛擬機器的操作碼，我們忽略它。然後，signature 私鑰是對交易簽名的真實資料，pkData 是從私鑰privKey 推出的公鑰雜湊(pubkeyHash)。

發交易時 -- 接受者的 output 組成

output 即輸出，可以在裡面指明轉賬的收款人是誰，收多少數值的 btc，其結構是：

{
    "value": 1,
    "pk_script": []byte
}

pk_script 是位元組陣列，它對應著指令碼位元組資料。比特幣擁有很多不同的腳步(script)結構:

P2PKH, P2SH, P2WSH, P2WPKH ...

下面拿 P2PKH 做例子。結合下面原始碼截圖可知其位元組陣列結構是：

OP_DUP OP_HASH160 pubKeyHash OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG

image.png

OP_DUP OP_HASH160 這些是什麼？這些是比特幣虛擬機器的操作碼，OP是英文operation的縮寫，操作碼的本質是16進位制數字。想詳細瞭解它們，可以購買本人的第二本書籍，內含詳細技術分析，包含虛擬機器。

上面的 P2PKH 結構，虛擬機器在執行它的時候，程式碼執行流程如下：

  1. OP_DUP: 執行複製棧頂資料操作，然後該資料放置棧頂；
  2. OP_HASH160: 執行對棧頂資料進行 ripemd160 雜湊運算操作。160 前，會先進行一次 sha256(data)；
  3. OP_EQUALVERIFY: 執行對比棧頂的兩個資料操作，如果相等都被移除；
  4. OP_CHECKSIG: 執行驗證簽名操作，這裡會用到 pubKeyHash。

記住這個 pubKeyHash，它是後面驗籤要用到的，它是公鑰雜湊。

驗籤

上面內容把驗籤需要的資料都準備好了，驗簽名步驟如下：

  1. 節點接收到交易後，從新交易的資料中獲取到 input 結構中的 signature_script(scriptSign), tx_hash, index 引數；
  2. 使用 1 中的 tx_hash，index 找到這筆 input 所對應的 output (UTXO模型)，設為 A ；
  3. 從 A 中得到 pk_script 指令碼指令，以及它裡面的 pubKeyHash；
  4. 從 signature_script 按照位元組範圍得到 pkData，即 pubKey(公鑰);
  5. 從 pubKey 中推出 pubKeyHash_1，比較 pubKeyHash_1 == pubKeyHash；
  6. 結束驗籤。

課後解答

  1. 為什麼 P2PKH 腳步中不直接存放 pubKey 而放 pubKeyHash？

答：為了隱藏收款人的公鑰。

  1. 為什麼以太坊的驗籤方式和比特幣的差異這麼大？

答：賬戶模型的不同，導致了這樣的結果。

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