比特币的交易-数字签名(一)

在比特币白皮书中，有三段话很关键的话，解释了交易 Transactions 是什么。

1. 虽然数字签名（Digital signatures）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才能防止双重支付（double-spending）的话，那么这种系统也就失去了存在的价值。
2. 将一枚电子货币定义为数字签名链( a chain of digital signatures)。电子货币从所有者转移给下一个人是通过，所有者使用私钥，对交易 Transactions 和下一个人的公钥进行数字签名 digital signatures，并将数字签名附在这枚电子货币（数字签名链）的后面。收款人对数字签名进行检验，就能校验自己是否收到了电子货币。
3. 在每一笔交易 Transactions 结束后，这枚电子货币就要被造币厂回收，而造币厂将发行一枚新的电子货币；而只有造币厂直接发行的电子货币，才算作有效，这样就能够防止双重支付 double-spend。

第一段话，讲清楚了诞生的电子货币交易的土壤是数字签名。

第二段话，讲清楚了比特币中的电子货币是什么、如何交易的原理。

第三段话，讲清楚了比特币创建和销毁电子货币流程，保证电子货币唯一。

数字签名

在密码学上，喜欢用 Alice 和 Bob 两个虚拟人物来举例的。Alice 代表路人 A，Bob 代表路人 B。后文会经常用到。

在现实世界中，交易达成基于的是文字形式的签名。比如，Alice 给一张 "Alice 给 Bob 的 100 元" 的支票签名后，并把通过秘书，将这张签名后的支票给了 Bob， Bob 找专家验证签名无误后，确认了本次交易。在互联网上，交易达成基于的是数字签名。

数字签名（digital signatures）是基于非对称加密实现的。先来看下维基百科关于非对称加密的定义：

非对称加密（asymmetric cryptography），是密码学的一种算法，它需要两个密钥，一个是公钥，另一个是私钥；一个用作加密的时候，另一个则用作解密。使用其中一个密钥把明文加密后所得的密文，只能用相对应的另一个密钥才能解密得到原本的明文；甚至连最初用来加密的密钥也不能用作解密。

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数字签名是非对称加密的一种应用方式。数学上，可以通过一个简单公式来表示，整个数字签名的大概流程如下：

hash:    x = hash(data)
send:    c(x) and data
------- network -------
receive: c(x) and data
verify:  d(c(x)) = x = hash(data)

1. Alice 需要转 100 元电子货币给 Bob。Bob 需要一种手段，验证该交易是来自 Alice，且 Alice 不能抵赖。
2. Alice 写好交易信息 data: Alice 给 Bob 100 元电子货币。
3. Alice 使用哈希算法生成交易信息的哈希值 x = hash(data)。
4. Alice 通过通过随机数生成器生成一对秘钥，其中一个作为公钥 d，一个作为私钥 c。
5. Alice 使用私钥 c 对交易信息 x 进行签名，得到数字签名 c(x)。
6. Alice 使用互联网将数字签名 c(x) 和交易信息 data 传递给 Bob。
7. Bob 使用公钥 d，对数字签名进行解密 d(c(x)) 得到交易信息哈希值 x。
8. Bob 用公钥 d 解密数字签名 c(x) 的值得到交易信息的哈希值 x。
9. Bob 用哈希算法生成交易信息的哈希值 hash(data)。
10. 如果 Bob 生成的交易信息的哈希值 hash(data) 等于 Alice 生成的交易信息的哈希值 x ，那么 Alice 拥有私钥，否则 Alice 没有私钥。
11. 如果 Alice 抵赖，任何人都可重复 Bob 的校验步骤，并确认交易 data：Alice 给 Bob 100 元电子货币。

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区块链研习社源码研读班 蒋宏伟