区块链入门 | 比特币中的密码学：数字签名和转账基本原理

我们一步一步的讲，先以最简单的发电子邮件为例。

现在A向B发出一封email，这封邮件是加密的，根据之前的公钥加密原理也就是非对称加密原理，B是收email的，那么，A就拿着B的公钥加密这个email信息，B收到后用自己的私钥就可以解开这个email信息，知道里面的内容。

大家对这个非对称加密的流程已经比较熟悉了，这里面有一个问题，如果这个email的信息很重要，当然，不重要也不需要非对称加密了。我是说如果这个信息里面是关于钱的，最直接的说就是A在邮件里写了，“我欠了B十万块钱”，这时候这个email就有了一点点类似欠条的法律效用。

问题来了，欠条都需要有个签字签名手印等凭证，这个email有什么凭证呢？没有，只能说这个email是写给B的，因为是B的公钥加密的，也只有B能用自己的私钥解开看到，但是没有什么凭证说明是谁写的。

长亭科技张景驰：区块链为自由创业提供了公平透明的环境:金色财经现场报道，9月20日，由金色财经主办，水桥区块链总冠名的“共为·创业者大会”在厦门举办。在主题为《区块链如何推动数字经济时代的发展》的圆桌对话环节，长亭科技区块链高级安全研究员张景驰表示，区块链可以提供透明的环境，不存在现实生活中信息不对称的情况，普通人可以更放心的使用区块链技术，对于个体户或者企业，区块链降低了融资门槛，企业有机会通过区块链让市场上更多的人了解。所以，它顺应了整个潮流，解决了自由创业的问题和现实生活受到限制的矛盾。[2020/9/20]

这个时候就需要一个东西，叫做数字签名，就像是现实世界的亲笔签名、按手印。

动态 | 三菱电机等日本主要制造商将利用区块链共享生产数据:据日经新闻报道，三菱电机和安川电机等100家日本主要制造商将利用区块链技术确保信息安全，彼此共享生产数据，以提高效率。共享内容包括产品设计数据、生产设备状态和质量检验信息。与管理服务器上的信息相比，引入区块链技术有望降低数据泄漏的风险，并降低运营成本。该项目预计将于明年春季启动，将由“产业价值链倡议”(Industrial Value Chain Initiative)监督。“产业价值链倡议”是一家制造商集团，于2015年启动，旨在推动日本的“物联网”。[2019/6/17]

数字签名如同指纹一样独一无二。怎么做呢？

A发信息给B，用自己的私钥去加密这段信息，这时候B收到后，拿着A的公钥，去验证下是A发出的，这就是数字签名。

动态 | 马来西亚槟城将使用区块链技术更好地跟踪生产商:据thestar报道，马来西亚槟城农业与农基工业部副部长Sim Tze Tzin表示，槟城不久将使用区块链技术来追踪生产商。[2019/3/1]

这时候结合之前的方法，A发出的时候用A自己的私钥对信息进行签名，然后用B的公钥进行加密，B收到后有B自己的私钥解密看到信息，又可以用A的公钥验证签名，整个流程就完成了。

北京银行年报提及构建北京银行区块链服务平台:北京银行近日发布了2017年年报，年报显示在新技术研发创新方面，构建北京银行区块链服务平台，实现区块链平台与贵宾权益、供应链金融等业务场景对接，提升客户服务体验。[2018/5/2]

用公钥加密就是上图，公钥密码的基本流程，用私钥加密就是下图，其实是一样的，只不过翻了过来，一个用公钥，一个用私钥。

而私钥加密相当于生成签名，而用公钥加密相当于验证签名。

公钥和私钥是成对出现的，有严谨的数学逻辑，用公钥加密的密文只能用与之对应的私钥进行解密；同样的，用私钥加密的密文需要与之对应的公钥进行解密。也就是说用某个公钥如果成功解密了密文，说明这个密文就是用和这个公钥对应的私钥加密得到的，而世界上掌握这个私钥的人只有一个，也就是这个私钥的主人。

讲到这里，你就知道了，比特币的交易信息传递，也是这样的。

以上摘自比特币的白皮书，相信各位读者第一次看到这图的时候，也是比较懵逼的状态，因为不理解非对称加密的话，理解这个图有一定困难。

从创始区块开始的转账都在这一个链条上，产生新的比特币的方法就是挖矿，也就是生成货币的过程。而每一个交易比特币的人，或者说转账，我转给你10个比特币，这个信息就是我的私钥对之数字签名，收到比特币的人拿我的公钥进行验证，就知道是我转的，而我转给你的信息就是我拿着你的公钥加密的，这个别人看得到对应的地址，别人也知道我这个地址转给你的地址，但是能使用这个地址上的比特币的只有拥有私钥的你一个人。地址对应的人具体是谁不知道，也就是公开透明的转账，但是又保护隐私的原理。

至于私钥推出公钥，公钥推出公钥哈希，公钥哈希推出地址，这个过程不是很难的东西，随意去网上搜索就可以知道。公钥私钥加密解密的过程在比特币网络上自动就完成了，你看到的就是比特币从一个地址转到另一个地址。

所以，整个密码学系列文章讲到这里就打通了整个知识链条，从隐藏法、移位替换法到维基尼亚加密法到恩尼格玛机，然后讲到非对称加密、哈希函数，以及利用哈希函数的挖矿原理，利用非对称加密的数字签名。比特币就是建构在这个密码学之树上的一个重要果实。

如果你认真读过这一个系列的文章，相信会超过很多人对密码学和比特币的认知，而如果能做到这一点，我的工作就没有白费，我也希望看到文章的你，当有朋友问你比特币是什么的时候，比特币怎么转账的时候甩出一句“你知道非对称加密法吗？你知道哈希函数的作用吗？我来给你讲讲吧”，当然，你也可以把我的系列文章发给朋友，先搞清楚基本原理，后面的都好理解。

作者：村头二旧

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