比特幣所有權及隱私問題-非對稱加密應用

Tiny熊發表於2017-11-03
比特幣加密

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比特幣系統是如何確定某個賬戶的比特幣是屬於誰的？誰可以支付這個賬戶比特幣？
如果你對這個問題還不是很明白，那就一起來看看吧。

銀行系統

我們先來回顧下現實的銀行系統：

  1. 首先我們需要把我們的個人資訊（如身份證）給銀行，銀行給我們開立相對應的賬戶，銀行在開戶的時候確立了對賬戶的所有權。
  2. 進行支付的時候，銀行對交易雙方完成轉賬（銀行在開戶的時候已經知道我們對應的賬戶）。

同時銀行會對賬戶資訊進行保密（這點其實不能保證）。

匿名賬本

那麼比特幣如何在沒有第三方銀行的參與下，在確保隱私的同時如何確定賬戶所有權的呢？

實際上比特幣的賬戶是用地址來表示，賬本上不顯示個人資訊，轉賬是把比特幣從一個地址轉移到另一個地址。
轉賬記錄如這樣：

{
    "付款地址"："2A39CBa2390FDe"
    "收款地址"："AAC9CBa239aFcc"
    "金額"："0.2btc"
}

接下來問題就變為了 誰有權用某個地址進行付款。

支付和所有權 實際是同一個問題，如果此比特幣只有我可以用來支付，那麼說明我擁有所有權

地址與私鑰

比特幣的解決方案是，誰擁有某個地址的私鑰(如果完全沒有加密概念的人，可以簡單的把私鑰當作密碼)，誰就能用這個地址進行支付。（所以私鑰一定保管好，如果私鑰洩漏，比特幣就可能丟失）

比特幣地址和私鑰是一個非對稱的關係,私鑰經過一序列運算（其中有兩次Hash）之後，可以得到地址, 但是無法從地址反推得到私鑰。

地址： 2A39CBa2390FDe
私鑰： sdgHsdniNIhdsgaKIhkgnakgaihNKHIskdgal

Hash(Hash(fun(sdgHsdniNIhdsgaKIhkgnakgaihNKHIskdgal)))  -> 2A39CBa2390FDe

銀行系統銀行賬號和密碼是完全獨立的，無法互相推導，轉出時需要同時驗證賬號和密碼

還是上面交易的例子：

{
    "付款地址"："2A39CBa2390FDe",
    "收款地址"："AAC9CBa239aFcc",
    "金額"："0.2btc"
}

只有擁有地址2A39CBa2390FDe的私鑰才能進行支付。

非對稱加密技術

這個時候問題就變為了，如何證明你擁有某個地址的私鑰（在不洩漏私鑰的情況下）。

對交易資訊進行簽名

實際在簽名之前，會先對交易資訊進行Hash運算的到摘要資訊，然後對摘要資訊進行簽名。過程大概是這樣：
1.對交易進行hash， 得到一個摘要資訊（Hash值）

hash('
    {"付款地址"："2A39CBa2390FDe",
    "收款地址"："AAC9CBa239aFcc",
    "金額"："0.2btc"
    }') -> 8aDB23CDEA6

2.用私鑰對交易摘要進行簽名（付款方在安全的環境下進行，以避免私鑰洩密）, 用程式碼表示大概是這樣。

#引數1為交易摘要
#引數2為私鑰
#返回簽名資訊
sign("8aDB23CDEA6", "J78sknJhidhLIqdngalket") -> "3cdferdadgadg"

廣播

在簽名運算之後，付款節點就開始在全網進行廣播：我支付了0.2btc到AAC9CBa239aFcc,簽名資訊是3cdferdadgadg，你們來確認一下吧。

廣播過程實際上是發資訊到相連的其它節點，其它節點在驗證通過後再轉發到與之相連的節點，這樣的擴散過程。

廣播的資訊包含了交易原始資訊和簽名資訊

驗證

其它節點在收到廣播資訊之後，會驗證簽名資訊是不是付款方用私鑰對交易原始資訊簽名產生的，如果驗證通過說明確實是付款方本人發出的交易，說明交易有效，才會記錄到賬本中去。

驗證過程實際是簽名過程的逆運算，用程式碼表示大概過程是這樣的：

#引數1為簽名資訊
#引數2為付款方地址
#返回交易摘要
verify("3cdferdadgadg", "2A39CBa2390FDe") -> "8aDB23CDEA6"

如果驗證輸出的資訊和原始交易資訊的hash一致，則驗證通過，記錄賬本，用程式碼表示大概是這樣：

if(verify("3cdferdadgadg", "2A39CBa2390FDe")
    == hash('{"付款地址"："2A39CBa2390FDe",
              "收款地址"："AAC9CBa239aFcc",
              "金額"："0.2btc"}')) :
    # 寫入賬本 
    # 廣播
else:
   # donothing

大家可以理解為付款地址為公鑰，簽名過程即為用私鑰對交易摘要的加密過程，驗證過程為用公鑰解密的過程(為方便大家理解，嚴格來講是不準確的)。

補充說明

上面為了更好的理解，我對一些資訊進行了簡化。

比特幣系統使用了橢圓曲線簽名演算法，演算法的私鑰由32個位元組隨機陣列成，通過私鑰可以計算出公鑰，公鑰經過一序列雜湊演算法和編碼演算法得到比特幣地址，地址也可以理解為公鑰的摘要。

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