比特币（BitCoin）非对称密钥使用基本分析
最近受到比特币感染，所以就想看看比特币基本的加解密技术是怎样实现的。网上翻了好多篇文章，基本上都只是说了基本原理。完整的实现逻辑好像没怎么有。
好吧，网上翻了老半天。从go开始学习，一路学习了go的一大箩筐基础知识。说句实话，真没Node.js好学。有点不习惯，特别是模块的定义和引入。
我抱着就只是来学习比特币的心态，就来看看喽。
那就看看go的加密模块吧。大家都知道非对称加密，是有2把钥匙的：私钥和公钥。
公钥加密，私钥解密
比特币这里主要使用私钥进行数字签名，然后使用公钥进行签名认证。
什么是数字签名可以查看这篇文章
这里为什么不讲加密和解密，因为比特币的数据都是公开的，每个人都可以看得见。通过数字签名，保证比特币交易记录的真实性。（安全是相对的）
这篇文章主要讲比特币地址生成，以及比特币交易的基本数字签名和签名验证。
这里为列一下主要的点：
- 比特币地址生成（上图步骤：1）
- 数字签名（上图步骤：2）
- 签名验证（上图步骤：3）
公钥和私钥生成
完成上面的3个步骤的前置条件就是要生成一对钥匙。那非对称加密算法有这么多，使用什么算法合适呢。
这里使用的是：椭圆曲线加密算法 - ECDSA
下面通过ECDSA加密算法生成2把钥匙。
//椭圆算法
curve := elliptic.P256()
//生成私钥,公钥
private, err := ecdsa.GenerateKey(curve, rand.Reader)
if err != nil {
log.Panic(err)
}
d := private.D.Bytes()
b := make([]byte, 0, privKeyBytesLen)
//私钥
priKey := paddedAppend(privKeyBytesLen, b, d)
//公钥
pubKey := append(private.PublicKey.X.Bytes(), private.PublicKey.Y.Bytes()...)
append函数主要目的是将公钥的x和y的值拼接起来。
通过ECDSA 我们的到了一把私钥priKey和一把对应的公钥pubKey。
比特币地址生成
最重要的一个数据就是比特币地址。先来看看地址是如何生成的。
1. 公钥哈希值 = RIMPED160(SHA256(公钥))
2. 校验码 = 前四字节(SHA256(SHA256(0 + 公钥哈希值)))
3. 比特币地址 = 1 + Base58(0 + 公钥哈希值 + 校验码)
可以看到关键的就是如何求出公钥hash，以及校验码。
公钥hash值
先使用sha256计算出哈希值，然后再使用ripemd160进行求值。
//hash公钥
h := sha256.New()
h.Write(pubKey)
fmt.Printf("sha256 pubKey: %02X\n", h.Sum(nil))
//ripemd160 hash
hasher := ripemd160.New()
hasher.Write(h.Sum(nil))
sha256Hash := hasher.Sum(nil)
fmt.Printf("公钥哈希值: ripemd160 sha256 hash: %02X\n", sha256Hash)
最后得到了sha256Hash公钥哈希值。
校验码
通过上面的计算得出了想要的公钥哈希值之后，可以计算校验码。通过2次sha256函数计算得出一个hash值，然后再取前面4字节。
//sha256Hash 公钥哈希值
pubKeyAddrSource := append([]byte{0x00} , sha256Hash...)
//校验码
verifyCode := sha256.New()
verifyCode.Write(pubKeyAddrSource)
verifyCodeHash := sha256.New()
verifyCodeHash.Write(verifyCode.Sum(nil))
verifyCode2 := verifyCodeHash.Sum(nil)
fmt.Printf("校验码: sha256(sha256) pubKey: %02X\n", verifyCode2[0:4])
//地址元数据
pubKeyAddrSource = append(pubKeyAddrSource , verifyCode2[0:4]...)
fmt.Printf("地址元数据: 0+公钥哈希值+校验码 : %02X\n", pubKeyAddrSource)
生成Addr
最后一步就是生成比特币地址，Base58算法则是主要的。
先来看看Base58算法。使用它的主要目的是：
- 避免混淆。在某些字体下，数字0和字母大写O，以及字母大写I和字母小写l会非常相似。
- 不使用”+”和”/”的原因是非字母或数字的字符串作为帐号较难被接受。
- 没有标点符号，通常不会被从中间分行。
- 大部分的软件支持双击选择整个字符串。
// b58encode encodes a byte slice b into a base-58 encoded string.
func b58encode(b []byte) (s string) {
/* See https://en.bitcoin.it/wiki/Base58Check_encoding */
const BITCOIN_BASE58_TABLE = "123456789ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZabcdefghijkmnopqrstuvwxyz"
/* Convert big endian bytes to big int */
x := new(big.Int).SetBytes(b)
/* Initialize */
r := new(big.Int)
m := big.NewInt(58)
zero := big.NewInt(0)
s = ""
/* Convert big int to string */
for x.Cmp(zero) > 0 {
/* x, r = (x / 58, x % 58) */
x.QuoRem(x, m, r)
/* Prepend ASCII character */
s = string(BITCOIN_BASE58_TABLE[r.Int64()]) + s
}
return s
}
使用上面的b58encode生成比特币地址。
//地址
pubKeyAddr := b58encode(pubKeyAddrSource)
for _, v := range pubKeyAddrSource {
if v != 0 {
break
}
pubKeyAddr = "1" + pubKeyAddr
}
fmt.Println("地址: b58encode : ", pubKeyAddr)
到这里，就已经可以得到想要的比特币地址了。
数字签名
有了私钥，你就可以对文本签名。别人拿了你的公钥就可以根据签名认证你是否拥有私钥。在比特币中，这就是证明你拥有存款的办法。
//获取钥匙
key := createKey()
priKey := ecdsa.PrivateKey{}
//椭圆算法
curve := elliptic.P256()
priKey.D = new(big.Int).SetBytes(key.PrivateKey)
pub := ecdsa.PublicKey{}
pub.Curve = curve
pub.X = key.PublicKey.X
pub.Y = key.PublicKey.Y
priKey.PublicKey = pub
//进行数据签名
r , s , hash , err := createSign(&priKey , []byte("这是我的钱"))
签名验证
验证的时候需要提供签名和公钥，算出公钥哈希值并和比特币支出脚本的公钥哈希值对比，最后再验证签名。
if ecdsa.Verify(&pub ,hash , r , s) {
fmt.Println("is ok")
}else {
fmt.Println("is error")
}
到这里比特币基本的基本原理就分析完成来。
效果图
代码：https://github.com/Yi-love/go-demo/blob/master/publickey.go