区块链钱包技术原理(二)创建地址&数字签名

上一篇开场谈到了区块链钱包软件的角色与功能，本篇将开始谈其背后的技术，将分成两篇，此篇先说明以下功能。

1、创建私钥、地址
2、传递讯息

这边就先略过了两个功能的需求与目的，直接介绍其背后的技术原理。当然，你也可以回上一篇看一下，帮助后续的理解。

创建私钥、地址

创建流程

以创建地址的角度来说，整体是一个流程，过程中会有三个产物：私钥、公钥与地址。

[1]透过密码学SHA-256算法随机生成一个随机数，把它用来当作密码，称作私钥Private Key。
[2]将私钥，透过椭圆曲线密码学对应生成公钥Public Key。
[3]再将公钥，进行SHA-256散列等编码得到地址Address。

生成的流程是单向运算的，是不可逆的，公钥无法反推出私钥，地址无法反推出公钥。这样的特性，让钱包软件所生成的公钥与地址，可以在区块链上公开使用，即使任何人取得某个公钥或是地址，也无法推算出其私钥。

你可能早已知道私钥与地址的作用，那公钥是干嘛的呢？后面会提到

视觉化地址生成器
http://royalforkblog.github.io/2014/08/11/graphical-address-generator/

地址生成方式会有不同

从区块链的角度来看，不同的区块链或是同一个区块链，都会有地址协议的不同的状况，于是钱包软件就需要针对性的设计，不同的地址生成方式。

不同的区块链，例如：比特币与以太坊，两者的地址协议是不同的，

比特币地址：1Bn3YxHMpQod86v1kUKQDtgzqJSoWqNpax 
以太坊地址：0x9f8b6c492cb8e97c77fbdb6cb2e31d6c808148a2

若某区块链进行节点软件更新时，新版有着不同于旧版的地址协议，并且新旧版本互相兼容(新版本向后兼容/软分叉)，就会造成同一个主链有着不同的地址协议。

比特币有三种地址协议
Legacy(1开头)：1Bn3YxHMpQod86v1kUKQDtgzqJSoWqNpax 
Nested SegWit(3开头)：3FnuwRTns9VMBD3JQwVJyGRLEosGKY8tqn 
Native SegWit(bc1开头)：bc1qlaf8k2xqj64dxszgzmh8x7uqzawe0x5va6ykvl

对于钱包软件而言，一个私钥只会生成一个公钥，至于公钥生成地址时，是可以用同一个公钥，对应不同地址协议，而生成不同地址的。

传递讯息

要了解钱包软件与区块链的讯息沟通方面，需要先知道区块链的运作方式。

开放的点对点网络

区块链是一个开放的资讯交换网络体系(P2P Network)，任何参与者都可以发出交易讯息，也可以自由承接链上的任何交易需求，进行处理，也因为开放的网络环境之下，需要可靠且安全的验证讯息机制。

密码哈希函数：确保收到的交易讯息是正确或完整的。
数字签名：确保交易讯息非假冒身份者所发出的。

假冒身份
恶意者佯装成A地址的所有者，发出交易讯息，要求将A地址的加密货币转入自己的地址中。

密码哈希函数Cryptographic Hash Function

讯息透过运算函数计算出一组字串，而这组字串可用于验证讯息是否有被修改过，或是讯息是不完整的。

我先说明验证流程，假设A端要传一封讯息给B端：

❶ A端将讯息Message，透过哈希函数运Hash( )运算出讯息摘要Message Digest。
❷ A端将讯息与讯息摘要一同传送给B端。
❸ B端拿到讯息后，将讯息透过哈希函数运算出讯息摘要。
❹ B端比对收到讯息摘要跟自己运算出来的，是否是一样的。

哈希函数算出来的讯息摘要，具有一个特性，不管来源讯息有多小的更动，只要有更动，就会运算出不一样讯息摘要，请见以下范例：

原来的讯息：王小明转100元谢小美
讯息摘要：3009980c55ae9a33b175612866c0a7b0bfe01298aeea0ca4631bf3007d38caac将王与小之间，增加空格。
修改后的讯息：王小明转100元谢小美
讯息摘要：6203d40e264b1d24a4b03c0f5e6c26e0dbdbf4692d8bfea5b2de6411f6fcd24b

所以利用比对讯息摘要，就可以辨识收到的讯息，是否在传输层Transport Layer中有被修改过，或是有不完整的情形，但它也仅为这样作用而已，它无法确认讯息来源是否为假冒身份者，例如：谢小美可以发出「王小明转100元谢小美」交易讯息，并附上可成功比对的讯息摘要。

数字签名Digital Signature

来源端在传递讯息时，一并提供自己的数字签名，让接收端透数字签名确认，讯息是来源端所授权的，并非假冒身份者。

对应前述的验证流程，其实就是在传输层中，利用数字签名替代讯息摘要，如下：

❶ A端先将自己的公钥Public Key提供给B端。
❷ A端将运算出的讯息摘要，透过自己的私钥Private Key，执行签名运算Sign( )，产生了数字签名Signature。
❸ A端将讯息与数字签名一同传送给B端。(上图省略了讯息的传输示意)
❹ B端利用收到的数字签名与A端公钥，解密出讯息摘要。

透过A端私钥所运算出的数字签名，只有A端公钥能解开，反面来说，A端公钥是解不开其他人的数字签名，所以B端就能确保签名来源是A端所发出的，非假冒身份者。当然，最后一个解密运算步骤，是算不出A端私钥的，可以保全A端不会外流私钥。