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比特币的交易(一)

Blackjun / 3404人阅读

摘要:在比特币白皮书中,有三段话很关键的话,解释了交易是什么。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,对交易和下一个人的公钥进行数字签名,并将数字签名附在这枚电子货币数字签名链的后面。

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。

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。

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。

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。

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)

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。

Alice 写好交易信息 data: Alice 给 Bob 100 元电子货币。

Alice 使用哈希算法生成交易信息的哈希值 x = hash(data)。

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。

Alice 使用私钥 c 对交易信息 x 进行签名,得到数字签名 c(x)。

Alice 使用互联网将数字签名 c(x) 和交易信息 data 传递给 Bob。

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。

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。

Bob 用哈希算法生成交易信息的哈希值 hash(data)。

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。

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。

电子货币

那么如何定义这 100 元的电子货币呢?回到比特币白皮书。

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,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。

在比特币源码中,将电子货币定义为数字签名链,只要 Alice 在电子货币后签名,就相当于这枚电子货币属于了 Bob。这个过程基于的就是前面提到的数字签名。

到现在为止,基本已经把比特币交易的整体思路讲清楚了。还有很多细节问题,要深入到源码层面去讲,比如

如何把电子货币分割?比如,Alice 给 Bob 100 元,Bob 要找给 Alice 90 元。

如何把电子货币整合起来?比如,Alice 有两个 50 元电子货币,想换成一个 100 元的电子货币。

如何统计现存有效的电子货币?比如,Alice 和 Bob 分别有多少电子货币。

如何创建、销毁电子货币?比如,Alice 支付给了 Bob 100 元,交易结束后那么 Alice 的电子货币就要被销毁,而 Bob 的电子货币需要被创建。

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