不懂程式，也能理解的區塊鏈錢包技術原理(二)創建地址＆數位簽章

私鑰、公鑰與助記詞是怎麼生成的？訊息又是如何傳遞的呢？本篇將介紹其運作原理。

7 min readDec 4, 2019

你好！新手上路，有錯還請指正。

上一篇開場談到了錢包軟體的角色與功能，本篇將開始談其背後的技術，將分成兩篇，此篇先說明❶ ❷ 功能。

❶ 創建私鑰、地址
❷ 傳遞訊息

這邊就先略過了兩個功能的需求與目的，直接介紹其背後的技術原理。當然，你也可以回上一篇看一下，幫助後續的理解。

創建私鑰、地址

創建流程

以創建地址的角度來說，整體是一個流程，過程中會有三個產物：私鑰、公鑰與地址。

[1]透過密碼學SHA-256算法隨機生成一個隨機數，把它用來當作密碼，稱作私鑰 Private Key。
[2]將私鑰，透過橢圓曲線密碼學對應生成公鑰 Public Key。
[3]再將公鑰，進行SHA-256散列等編碼得到地址 Address。

生成的流程是單向運算的，是不可逆的，公鑰無法反推出私鑰，地址無法反推出公鑰。這樣的特性，讓錢包軟體所生成的公鑰與地址，可以在區塊鏈上公開使用，即使任何人取得某個公鑰或是地址，也無法推算出其私鑰。

你可能早已知道私鑰與地址的作用，那公鑰是幹嘛的呢？後面會提到 😜

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

地址生成方式會有不同

從區塊鏈的角度來看，不同的區塊鏈或是同一個區塊鏈，都會有地址協議的不同的狀況，於是錢包軟體就需要針對性的設計，不同的地址生成方式。

不同的區塊鏈，例如：比特幣與以太坊，兩者的地址協議是不同的，

比特幣地址：1Bn3YxHMpQod86v1kUKQDtgzqJSoWqNpax
以太坊地址：0x9f8b6c492cb8e97c77fbdb6cb2e31d6c808148a2

若某區塊鏈進行節點軟體更新時，新版有著不同於舊版的地址協議，並且新舊版本互相兼容(新版本向後兼容/軟分叉)，就會造成同一個主鏈有著不同的地址協議。

比特幣有三種地址協議
Legacy(1開頭)：1Bn3YxHMpQod86v1kUKQDtgzqJSoWqNpax
Nested SegWit(3開頭)：3FnuwRTns9VMBD3JQwVJyGRLEosGKY8tqn
Native SegWit(bc1開頭)：bc1qlaf8k2xqj64dxszgzmh8x7uqzawe0x5va6ykvl

對於錢包軟體而言，一個私鑰只會生成一個公鑰，至於公鑰生成地址時，是可以用同一個公鑰，對應不同地址協議，而生成不同地址的。

傳遞訊息

要了解錢包軟體與區塊鏈的訊息溝通方面，需要先知道區塊鏈的運作方式。

開放的點對點網絡

區塊鏈是一個開放的資訊交換網路體系(P2P Network)，任何參與者都可以發出交易訊息，也可以自由承接鏈上的任何交易需求，進行處理，也因為開放的網路環境之下，需要可靠且安全的驗證訊息機制。

密碼雜湊函數：確保收到的交易訊息是正確或完整的。
數位簽章：確保交易訊息非假冒身份者所發出的。

假冒身份
惡意者佯裝成A地址的所有者，發出交易訊息，要求將A地址的加密貨幣轉入自己的地址中。

密碼雜湊函數 Cryptographic Hash Function

訊息透過運算函數計算出一組字串，而這組字串可用於驗證訊息是否有被修改過，或是訊息是不完整的。

我先說明驗證流程，假設A端要傳一封訊息給B端：

❶ A端將訊息Message，透過雜湊函數運Hash( )運算出訊息摘要Message Digest。
❷ A端將訊息與訊息摘要一同傳送給B端。
❸ B端拿到訊息後，將訊息透過雜湊函數運算出訊息摘要。
❹ B端比對收到訊息摘要跟自己運算出來的，是否是一樣的。

雜湊函數算出來的訊息摘要，具有一個特性，不管來源訊息有多小的更動，只要有更動，就會運算出不一樣訊息摘要，請見以下範例：

原來的訊息：王小明轉100元謝小美
訊息摘要：3009980c55ae9a33b175612866c0a7b0bfe01298aeea0ca4631bf3007d38caac將王與小之間，增加空格。修改後的訊息：王 小明轉100元謝小美
訊息摘要：6203d40e264b1d24a4b03c0f5e6c26e0dbdbf4692d8bfea5b2de6411f6fcd24b

所以利用比對訊息摘要，就可以辨識收到的訊息，是否在傳輸層Transport Layer中有被修改過，或是有不完整的情形，但它也僅為這樣作用而已，它無法確認訊息來源是否為假冒身份者，例如：謝小美可以發出「王小明轉100元謝小美」交易訊息，並附上可成功比對的訊息摘要。

數位簽章 Digital Signature

來源端在傳遞訊息時，一並提供自己的數位簽章，讓接收端透數位簽章確認，訊息是來源端所授權的，並非假冒身份者。

對應前述的驗證流程，其實就是在傳輸層中，利用數位簽章替代訊息摘要，如下：

❶ A端先將自己的公鑰Public Key提供給B端。
❷ A端將運算出的訊息摘要，透過自己的私鑰Private Key，執行簽章運算Sign( )，產生了數位簽章Signature。
❸ A端將訊息與數位簽章一同傳送給B端。(上圖省略了訊息的傳輸示意)
❹ B端利用收到的數位簽章與A端公鑰，解密出訊息摘要。

透過A端私鑰所運算出的數位簽章，只有A端公鑰能解開，反面來說，A端公鑰是解不開其他人的數位簽章，所以B端就能確保簽章來源是A端所發出的，非假冒身份者。當然，最後一個解密運算步驟，是算不出A端私鑰的，可以保全A端不會外流私鑰。