比特币密码学 非对称密码学如何应用于区块链或比特币？

区块链如何应用非对称加密技术？

在百度上搜索这个问题，除了广告比特币钱包使用了非对称加密技术，大部分都是讲解非对称加密原理的文章。 我还没有找到任何关于区块链如何使用非对称密码学的解释。

我在知乎上搜索了一下，发现了一个关于这个问题的问题，但是还没有答案。

嗯，我好像明白了，暧昧，这个问题怎么解决？

看源码！

所以比特币加密技术，我找了一个区块链项目，找到了非对称加密的代码。 下面结合代码来解释一下区块链是如何应用非对称加密的。

以Python代码为例，我们先看main函数。

def client ( a, m, f, t, p ):
    if a:
        if a == "n":
            public_key, private_key = generate_ECDSA_keys()
            click.echo("")
            click.echo("address:{0}".format(public_key))
            click.echo("")
            click.echo("private_key:{0}".format(private_key))
            click.echo("")
            print("ok!")
        if a == "s":
            if ( m and f and t and p ):
                print(send_transaction(f, t, m, p))

这部分是生成公钥​​和私钥。 公钥和私钥是非对称加密中的一对密钥，但公钥是公开的，私钥是私人持有的。 用公钥加密的密文可以用私钥解密。

公钥在广泛的广播中发布。 例如，公钥类似于银行卡号，私钥类似于银行卡密码。

也就是说，公钥也可以理解为一个地址，私钥可以理解为这个地址的密码。

我们先看看公钥和私钥的生成函数。

def generate_ECDSA_keys():
    sk = ecdsa.SigningKey.generate(curve=ecdsa.SECP256k1) 
    private_key = sk.to_string().hex() 
    vk = sk.get_verifying_key() 
    public_key = vk.to_string().hex()
    public_key = base64.b64encode(bytes.fromhex(public_key))
    return public_key.decode(),private_key

可以看出sk是一个签名，私钥是由签名转换而来的。

其中，这段代码表示公钥是从私钥推导出来的。

vk = sk.get_verifying_key()

它是怎么来的？ 让我们看看功能。

def get_verifying_key(self):
    """
    Return the VerifyingKey associated with this private key.
    Equivalent to reading the `verifying_key` field of an instance.
:return: a public key that can be used to verify the signatures made
        with this SigningKey
:rtype: VerifyingKey

    """

可以看出，这个函数的返回值指的是：

可用于验证由此生成的公钥

用于验证使用此签名密钥生成的签名的公钥。

因此，您应该能够理解私钥和公钥是如何生成的。

该函数的输出类似于以下内容：

address:Z/qsNWOAAWULpqvtM/OMHmJE+6PG0oPUsOMGk2ySYgrUB5noaZsD6b0NbbPgslr1cdninkqYKcJ+sx74/Mhn2A==
private_key:196f72bf05e307458a0691ca73a2981d859e499ef9fc264183feddde5bd47217

地址（公钥）和私钥。

接下来需要启动节点查看区块链的信息。

if __name__ == '__main__':
    make_a_genesis_block()
    parser = ArgumentParser()
    parser.add_argument('-p', '--port', default=8080, type=int, help='port to listen on')
    args = parser.parse_args()
    port = args.port
    app.run(debug=True, host='0.0.0.0', port=port)

然后，根据下面的代码，使用签名将消息发送到链上。 -f是发送消息的节点地址，-t是接收消息的节点地址，-p是私钥。

@click.option('-f', help='from address')
@click.option('-t', help='to address')
@click.option('-p', help='private_key')

那么，我们就来看看如何上链吧。

if a == "s":
    if ( m and f and t and p ):
        print(send_transaction(f, t, m, p))

可以看出这个函数是上传消息到链上的函数，也就是发送交易信息的函数，然后我们进入这个函数。

def send_transaction(from_address, to_address, memo, private_key, private_key_own):
    if private_key == private_key_own:
        signature, message = sign_ECDSA_msg(private_key)
        url = "http://localhost:8080/post"
        d = {"from_address": from_address, "to_address": to_address,"memo":memo,
             "signature":signature,"message":message}
        r = requests.post(url, data=d)
        return r.text
    else:
        return ("Wrong address or key length! Verify and try again.")

大致分析一下这个功能的设计思路。

    if private_key == private_key_own:

这是验证收到的私钥是否与持有的私钥匹配的链接。 如果不匹配，直接跳转到else，不能进行链式操作。

如果它们匹配，则执行该函数。

当私钥对加密信息进行解密时，生成和消息，即签名和消息。 那么私钥解密函数就是这个函数。 更进一步，我们进入这个函数，看看私钥是如何解密的。

def sign_ECDSA_msg(private_key):
    message = str(round(time()))
    bmessage = message.encode()
    sk = ecdsa.SigningKey.from_string(bytes.fromhex(private_key), 
                                      curve=ecdsa.SECP256k1)
    signature = base64.b64encode(sk.sign(bmessage))
    return signature, message

我们看到消息是Get Time Series。 这里的核心函数是函数，也就是导入的第三方库中的函数。 我们来看看这个函数的解释。

def from_string(cls, string, curve=NIST192p, hashfunc=sha1):
    """
    Decode the private key from :term:`raw encoding`.
    Note: the name of this method is a misnomer coming from days of
    Python 2, when binary strings and character strings shared a type.
    In Python 3, the expected type is `bytes`.
:param string: the raw encoding of the private key
:type string: bytes like object
:param curve: The curve on which the point needs to reside
:type curve: ecdsa.curves.Curve
:param hashfunc: The default hash function that will be used for
        signing, needs to implement the same interface
        as hashlib.sha1

:type hashfunc: callable
:raises MalformedPointError: if the length of encoding doesn't match
        the provided curve or the encoded values is too large
:raises RuntimeError: if the generation of public key from private
        key failed
:return: Initialised SigningKey object
:rtype: SigningKey
    """

可以看出输入是key，输出是. 什么是签名？ 这里没有必要深入研究比特币密码学，因为输出也被输入到下一个函数中。 另外，让我们看看这个函数的作用。

def b64encode(s, altchars=None):
    """Encode the bytes-like object s using Base64 and return a bytes object.
    Optional altchars should be a byte string of length 2 which specifies an
    alternative alphabet for the '+' and '/' characters.  This allows an
    application to e.g. generate url or filesystem safe Base64 strings.
    """

如您所见，这是一个对字节进行编码的函数。 即通过函数获取存储信息和签名。

然后，在，上传函数得到的信息中，节点为8080。

这样就可以明确公钥、私钥和非对称加密技术在区块链中的工作机制。

当然，这段代码比较简单比特币钱包使用了非对称加密技术，介绍了最基本的区块链原理。 您还可以通过学习过程逐步了解更复杂的区块链技术。

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