比特币所有权及隐私问题-非对称加密应用

比特币系统是如何确定某个账户的比特币是属于谁的?谁可以支付这个账户比特币?
如果你对这个问题还不是很明白,那就一起来看看吧。

银行系统

我们先来回顾下现实的银行系统:

  1. 首先我们需要把我们的个人信息(如身份证)给银行,银行给我们开立相对应的账户,银行在开户的时候确立了对账户的所有权。

  2. 进行支付的时候,银行对交易双方完成转账(银行在开户的时候已经知道我们对应的账户)。

同时银行会对账户信息进行保密(这点其实不能保证)。

匿名账本

那么比特币如何在没有第三方银行的参与下,在确保隐私的同时如何确定账户所有权的呢?

实际上比特币的账户是用地址来表示,账本上不显示个人信息,转账是把比特币从一个地址转移到另一个地址。
转账记录如这样:

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

接下来问题就变为了 谁有权用某个地址进行付款。

支付和所有权 实际是同一个问题,如果此比特币只有我可以用来支付,那么说明我拥有所有权

地址与私钥

比特币的解决方案是,谁拥有某个地址的私钥(如果完全没有加密概念的人,可以简单的把私钥当作密码),谁就能用这个地址进行支付。(所以私钥一定保管好,如果私钥泄漏,比特币就可能丢失)

比特币地址和私钥是一个非对称的关系,私钥经过一序列运算(其中有两次Hash)之后,可以得到地址, 但是无法从地址反推得到私钥。

地址: 2A39CBa2390FDe
私钥: sdgHsdniNIhdsgaKIhkgnakgaihNKHIskdgal

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

银行系统银行账号和密码是完全独立的,无法互相推导,转出时需要同时验证账号和密码

还是上面交易的例子:

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

只有拥有地址2A39CBa2390FDe的私钥才能进行支付。

非对称加密技术

这个时候问题就变为了,如何证明你拥有某个地址的私钥(在不泄漏私钥的情况下)。

对交易信息进行签名

实际在签名之前,会先对交易信息进行Hash运算的到摘要信息,然后对摘要信息进行签名。过程大概是这样:
1.对交易进行hash, 得到一个摘要信息(Hash值)

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

2.用私钥对交易摘要进行签名(付款方在安全的环境下进行,以避免私钥泄密), 用代码表示大概是这样。

#参数1为交易摘要
#参数2为私钥
#返回签名信息
sign("8aDB23CDEA6", "J78sknJhidhLIqdngalket") -> "3cdferdadgadg"

广播

在签名运算之后,付款节点就开始在全网进行广播:我支付了0.2btc到AAC9CBa239aFcc,签名信息是3cdferdadgadg,你们来确认一下吧。

广播过程实际上是发信息到相连的其它节点,其它节点在验证通过后再转发到与之相连的节点,这样的扩散过程。

广播的信息包含了交易原始信息和签名信息

验证

其它节点在收到广播信息之后,会验证签名信息是不是付款方用私钥对交易原始信息签名产生的,如果验证通过说明确实是付款方本人发出的交易,说明交易有效,才会记录到账本中去。
(实际还会验证付款账号有没有足够的余额,我们暂时忽略这点)
验证过程实际是签名过程的逆运算,用代码表示大概过程是这样的:

#参数1为签名信息
#参数2为付款方地址
#返回交易摘要
verify("3cdferdadgadg", "2A39CBa2390FDe") -> "8aDB23CDEA6"

如果验证输出的信息和原始交易信息的hash一致,则验证通过,记录账本,用代码表示大概是这样:

if(verify("3cdferdadgadg", "2A39CBa2390FDe")
    == hash('{"付款地址":"2A39CBa2390FDe",
              "收款地址":"AAC9CBa239aFcc",
              "金额":"0.2btc"}')) :
    # 写入账本 
    # 广播
else:
   # donothing

大家可以理解为付款地址为公钥,签名过程即为用私钥对交易摘要的加密过程,验证过程为用公钥解密的过程(为方便大家理解,严格来讲是不准确的)。

补充说明

上面为了更好的理解,我对一些信息进行了简化。

比特币系统使用了椭圆曲线签名算法,算法的私钥由32个字节随机数组成,通过私钥可以计算出公钥,公钥经过一序列哈希算法和编码算法得到比特币地址,地址也可以理解为公钥的摘要。

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