區塊鏈中簽名演算法什麼意思

A. 區塊鏈的密碼技術有

密碼學技術是區塊鏈技術的核心。區塊鏈的密碼技術有數字簽名演算法和哈希演算法。
數字簽名演算法
數字簽名演算法是數字簽名標準的一個子集，表示了只用作數字簽名的一個特定的公鑰演算法。密鑰運行在由SHA-1產生的消息哈希：為了驗證一個簽名，要重新計算消息的哈希，使用公鑰解密簽名然後比較結果。縮寫為DSA。

數字簽名是電子簽名的特殊形式。到目前為止，至少已經有 20 多個國家通過法律 認可電子簽名，其中包括歐盟和美國，我國的電子簽名法於 2004 年 8 月 28 日第十屆全 國人民代表大會常務委員會第十一次會議通過。數字簽名在 ISO 7498-2 標准中定義為： 「附加在數據單元上的一些數據，或是對數據單元所作的密碼變換，這種數據和變換允許數據單元的接收者用以確認數據單元來源和數據單元的完整性，並保護數據，防止被人（例如接收者）進行偽造」。數字簽名機制提供了一種鑒別方法，以解決偽造、抵賴、冒充和篡改等問題，利用數據加密技術、數據變換技術，使收發數據雙方能夠滿足兩個條件：接收方能夠鑒別發送方所宣稱的身份；發送方以後不能否認其發送過該數據這一 事實。
數字簽名是密碼學理論中的一個重要分支。它的提出是為了對電子文檔進行簽名，以 替代傳統紙質文檔上的手寫簽名，因此它必須具備 5 個特性。
（1）簽名是可信的。
（2）簽名是不可偽造的。
（3）簽名是不可重用的。
（4）簽名的文件是不可改變的。
（5）簽名是不可抵賴的。
哈希（hash）演算法
Hash，就是把任意長度的輸入（又叫做預映射， pre-image），通過散列演算法，變換成固定長度的輸出，該輸出就是散列值。這種轉換是一種壓縮映射，其中散列值的空間通常遠小於輸入的空間，不同的輸入可能會散列成相同的輸出，但是不可逆向推導出輸入值。簡單的說就是一種將任意長度的消息壓縮到某一固定長度的消息摘要的函數。
哈希（Hash）演算法，它是一種單向密碼體制，即它是一個從明文到密文的不可逆的映射，只有加密過程，沒有解密過程。同時，哈希函數可以將任意長度的輸入經過變化以後得到固定長度的輸出。哈希函數的這種單向特徵和輸出數據長度固定的特徵使得它可以生成消息或者數據。
以比特幣區塊鏈為代表，其中工作量證明和密鑰編碼過程中多次使用了二次哈希，如SHA(SHA256(k))或者RIPEMD160(SHA256(K)),這種方式帶來的好處是增加了工作量或者在不清楚協議的情況下增加破解難度。
以比特幣區塊鏈為代表，主要使用的兩個哈希函數分別是：
1.SHA-256，主要用於完成PoW（工作量證明）計算；
2.RIPEMD160，主要用於生成比特幣地址。如下圖1所示，為比特幣從公鑰生成地址的流程。

B. 什麼是區塊鏈加密演算法

區塊鏈加密演算法（EncryptionAlgorithm）
非對稱加密演算法是一個函數，通過使用一個加密鑰匙，將原來的明文文件或數據轉化成一串不可讀的密文代碼。加密流程是不可逆的，只有持有對應的解密鑰匙才能將該加密信息解密成可閱讀的明文。加密使得私密數據可以在低風險的情況下，通過公共網路進行傳輸，並保護數據不被第三方竊取、閱讀。
區塊鏈技術的核心優勢是去中心化，能夠通過運用數據加密、時間戳、分布式共識和經濟激勵等手段，在節點無需互相信任的分布式系統中實現基於去中心化信用的點對點交易、協調與協作，從而為解決中心化機構普遍存在的高成本、低效率和數據存儲不安全等問題提供了解決方案。
區塊鏈的應用領域有數字貨幣、通證、金融、防偽溯源、隱私保護、供應鏈、娛樂等等，區塊鏈、比特幣的火爆，不少相關的top域名都被注冊，對域名行業產生了比較大的影響。

C. 什麼是數字簽名

數字簽名是用於驗證數字和數據真實性和完整性的加密機制。我們可以將其視為傳統手寫簽名方式的數字化版本，並且相比於簽字具有更高的復雜性和安全性。

簡而言之，我們可以將數字簽名理解為附加到消息或文檔中的代碼。在生成數字簽名之後，其可以作為證明消息從發送方到接收方的傳輸過程中沒有被篡改的證據。

雖然使用密碼學保護通信機密性的概念可以追溯到古代，但隨著公鑰密碼學（PKC）的發展，數字簽名方案在20世紀70年代才成為現實。因此，要了解數字簽名的工作原理，我們首先需要了解散列函數和公鑰加密的基礎知識。

哈希是數字簽名中的核心要素之一。哈希值的運算過程是指將任意長度的數據轉換為固定長度。這是通過稱為散列函數的特殊運算實現的。經過散列函數運算而生成的值稱為哈希值或消息摘要。

當哈希值與加密演算法相結合，即使用加密散列函數的方法來生成散列值（摘要），該值可作為唯一的數字指紋。這意味著對於輸入數據（消息）的任何更改都會導致有完全不同的輸出值（散列值）。這就是加密散列函數被廣泛用於驗證數字和數據真實性的原因。

公鑰加密或PKC是指使用一對密鑰的加密系統：公鑰和私鑰。這兩個密鑰在數學上是相關的，可用於數據加密和數字簽名。

作為一種加密工具，PKC相比於對稱加密具有更高的安全性。對稱加密系統依賴於相同的密鑰進行加密和解密信息，但PKC則使用公鑰進行數據加密，並使用相應的私鑰進行數據解密。

除此之外，PKC還可以應用於生成數字簽名。本質上，該過程發送方使用自己的私鑰對消息（數據）的哈希值進行加密。接下來，消息的接收者可以使用簽名者提供的公鑰來檢查該數字簽名是否有效。

在某些情況下，數字簽名本身可能包括了加密的過程，但並非總是這樣。例如，比特幣區塊鏈使用PKC和數字簽名，而並不像大多數人所認為的，這個過程中並沒有進行加密。從技術上講，比特幣又部署了所謂的橢圓曲線數字簽名演算法（ECDSA）來驗證交易。

在加密貨幣的背景下，數字簽名系統通常包含三個基本流程：散列、簽名和驗證。

第一步是對消息或數據進行散列。通過散列演算法對數據進行運算，生成哈希值（即消息摘要）來完成的。如上所述，消息的長度可能會有很大差異，但是當消息被散列後，它們的哈希值都具有相同的長度。這是散列函數的最基本屬性。

但是，僅僅將消息進行散列並不是生成數字簽名的必要條件，因為也可以使用私鑰對沒有進行過散列的消息進行加密。但對於加密貨幣，消息是需要經過散列函數處理的，因為處理固定長度的哈希值有助於加密貨幣的程序運行。

對信息進行散列處理後，消息的發件人需要對其消息進行簽名。這里就用到了公鑰密碼學。有幾種類型的數字簽名演算法，每種演算法都有自己獨特的運行機制。本質上，都是使用私鑰對經過散列的消息（哈希值）進行簽名，然後消息的接收者可以使用相應的公鑰（由簽名者提供）來檢查其有效性。

換句話說，如果在生成簽名時不使用私鑰，則消息的接收者將不能使用相應的公鑰來驗證其有效性。公鑰和私鑰都是由消息的發送者生成的，但僅將公鑰共享給接收者。

需要注意的是，數字簽名與每條消息的內容相關聯。因此，與手寫簽名所不同，每條消息的數字簽名都是不同的。

讓我們舉一個例子說明下整個過程，包括從開始直到最後一步的驗證。我們假設Alice向Bob發送一條消息、並將該消息進行散列得到哈希值，然後將哈希值與她的私鑰結合起來生成數字簽名。數字簽名將作為該消息的唯一數字指紋。

當Bob收到消息時，他可以使用Alice提供的公鑰來檢查數字簽名的有效性。這樣，Bob可以確定簽名是由Alice創建的，因為只有她擁有與該公鑰所對應的私鑰（至少這與我們所假設的一致）。

因此，Alice需要保管好私鑰至關重要。如果另一個人拿到了Alice的私鑰，他們就同樣可以創建數字簽名並偽裝成Alice。在比特幣的背景下，這意味著有人可以使用Alice的私鑰，並可在未經她知曉的情況下轉移或使用她的比特幣。

數字簽名通常用於實現以下三方面目標：數據完整性、身份驗證和不可否認性。

數字簽名可以應用於各種數字文檔和證書。因此，他們有幾個應用程序。一些最常見的案例包括：

數字簽名方案面臨的主要挑戰主要局限於以下三方面因素：

簡而言之，數字簽名可以理解為是一種特定類型的電子簽名，特指使用電子化的方式簽署文檔和消息。因此，所有數字簽名都可認為是電子簽名，但反之並非如此。

它們之間的主要區別在於身份驗證方式。數字簽名需要部署加密系統，例如散列函數、公鑰加密和加密技術。

散列函數和公鑰加密是數字簽名系統的核心，現已在各種案例中使用。如果實施得當，數字簽名可以提高安全性，確保完整性，便於對各類數據進行身份驗證。

在區塊鏈領域，數字簽名用於簽署和授權加密貨幣交易。它們對比特幣尤為重要，因為數字簽名能夠確保代幣只能由擁有相應私鑰的人使用。

雖然我們多年來一直使用電子和數字簽名，但仍有很大的發展空間。如今大部分的公文仍然還是基於紙質材料，但隨著更多的系統遷移到數字化中，我們還會看到更多的數字簽名方案。

D. 怎麼解讀區塊鏈的數字簽名

在區塊鏈的分布式網路里，節點之間進行通訊並達成信任，需要依賴數字簽名技術，它主要實現了身份確認以及信息真實性、完整性驗證。

數字簽名

數字簽名(又稱公鑰數字簽名、電子簽章)是一種類似寫在紙上的普通的物理簽名，但是使用了公鑰加密領域的技術實現，用於鑒別數字信息的方法。一套數字簽名通常定義兩種互補的運算，一個用於簽名，另一個用於驗證。就是只有信息的發送者才能產生的別人無法偽造的一段數字串，這段數字串同時也是對信息的發送者發送信息真實性的一個有效證明。簡單證明 「我就是我」。

E. 【深度知識】區塊鏈之加密原理圖示(加密,簽名)

先放一張以太坊的架構圖：

在學習的過程中主要是採用單個模塊了學習了解的，包括P2P,密碼學，網路，協議等。直接開始總結：

秘鑰分配問題也就是秘鑰的傳輸問題，如果對稱秘鑰，那麼只能在線下進行秘鑰的交換。如果在線上傳輸秘鑰，那就有可能被攔截。所以採用非對稱加密，兩把鑰匙，一把私鑰自留，一把公鑰公開。公鑰可以在網上傳輸。不用線下交易。保證數據的安全性。

如上圖，A節點發送數據到B節點，此時採用公鑰加密。A節點從自己的公鑰中獲取到B節點的公鑰對明文數據加密，得到密文發送給B節點。而B節點採用自己的私鑰解密。

2、無法解決消息篡改。

如上圖，A節點採用B的公鑰進行加密，然後將密文傳輸給B節點。B節點拿A節點的公鑰將密文解密。

1、由於A的公鑰是公開的，一旦網上黑客攔截消息，密文形同虛設。說白了，這種加密方式，只要攔截消息，就都能解開。

2、同樣存在無法確定消息來源的問題，和消息篡改的問題。

如上圖，A節點在發送數據前，先用B的公鑰加密，得到密文1，再用A的私鑰對密文1加密得到密文2。而B節點得到密文後，先用A的公鑰解密，得到密文1，之後用B的私鑰解密得到明文。

1、當網路上攔截到數據密文2時， 由於A的公鑰是公開的，故可以用A的公鑰對密文2解密，就得到了密文1。所以這樣看起來是雙重加密，其實最後一層的私鑰簽名是無效的。一般來講，我們都希望簽名是簽在最原始的數據上。如果簽名放在後面，由於公鑰是公開的，簽名就缺乏安全性。

2、存在性能問題，非對稱加密本身效率就很低下，還進行了兩次加密過程。

如上圖，A節點先用A的私鑰加密，之後用B的公鑰加密。B節點收到消息後，先採用B的私鑰解密，然後再利用A的公鑰解密。

1、當密文數據2被黑客攔截後，由於密文2隻能採用B的私鑰解密，而B的私鑰只有B節點有，其他人無法機密。故安全性最高。
2、當B節點解密得到密文1後， 只能採用A的公鑰來解密。而只有經過A的私鑰加密的數據才能用A的公鑰解密成功，A的私鑰只有A節點有，所以可以確定數據是由A節點傳輸過來的。

經兩次非對稱加密，性能問題比較嚴重。

基於以上篡改數據的問題，我們引入了消息認證。經過消息認證後的加密流程如下：

當A節點發送消息前，先對明文數據做一次散列計算。得到一個摘要, 之後將照耀與原始數據同時發送給B節點。當B節點接收到消息後，對消息解密。解析出其中的散列摘要和原始數據，然後再對原始數據進行一次同樣的散列計算得到摘要1, 比較摘要與摘要1。如果相同則未被篡改，如果不同則表示已經被篡改。

在傳輸過程中，密文2隻要被篡改，最後導致的hash與hash1就會產生不同。

無法解決簽名問題，也就是雙方相互攻擊。A對於自己發送的消息始終不承認。比如A對B發送了一條錯誤消息，導致B有損失。但A抵賴不是自己發送的。

在(三)的過程中，沒有辦法解決交互雙方相互攻擊。什麼意思呢？ 有可能是因為A發送的消息，對A節點不利，後來A就抵賴這消息不是它發送的。

為了解決這個問題，故引入了簽名。這里我們將(二)-4中的加密方式，與消息簽名合並設計在一起。

在上圖中，我們利用A節點的私鑰對其發送的摘要信息進行簽名，然後將簽名+原文，再利用B的公鑰進行加密。而B得到密文後，先用B的私鑰解密，然後 對摘要再用A的公鑰解密，只有比較兩次摘要的內容是否相同。這既避免了防篡改問題，有規避了雙方攻擊問題。因為A對信息進行了簽名，故是無法抵賴的。

為了解決非對稱加密數據時的性能問題，故往往採用混合加密。這里就需要引入對稱加密，如下圖:

在對數據加密時，我們採用了雙方共享的對稱秘鑰來加密。而對稱秘鑰盡量不要在網路上傳輸，以免丟失。這里的共享對稱秘鑰是根據自己的私鑰和對方的公鑰計算出的，然後適用對稱秘鑰對數據加密。而對方接收到數據時，也計算出對稱秘鑰然後對密文解密。

以上這種對稱秘鑰是不安全的，因為A的私鑰和B的公鑰一般短期內固定，所以共享對稱秘鑰也是固定不變的。為了增強安全性，最好的方式是每次交互都生成一個臨時的共享對稱秘鑰。那麼如何才能在每次交互過程中生成一個隨機的對稱秘鑰，且不需要傳輸呢？

那麼如何生成隨機的共享秘鑰進行加密呢？

對於發送方A節點，在每次發送時，都生成一個臨時非對稱秘鑰對，然後根據B節點的公鑰 和 臨時的非對稱私鑰 可以計算出一個對稱秘鑰(KA演算法-Key Agreement)。然後利用該對稱秘鑰對數據進行加密，針對共享秘鑰這里的流程如下：

對於B節點，當接收到傳輸過來的數據時，解析出其中A節點的隨機公鑰，之後利用A節點的隨機公鑰 與 B節點自身的私鑰 計算出對稱秘鑰(KA演算法)。之後利用對稱秘鑰機密數據。

對於以上加密方式，其實仍然存在很多問題，比如如何避免重放攻擊(在消息中加入 Nonce )，再比如彩虹表(參考 KDF機制解決 )之類的問題。由於時間及能力有限，故暫時忽略。

那麼究竟應該採用何種加密呢？

主要還是基於要傳輸的數據的安全等級來考量。不重要的數據其實做好認證和簽名就可以，但是很重要的數據就需要採用安全等級比較高的加密方案了。

密碼套件 是一個網路協議的概念。其中主要包括身份認證、加密、消息認證(MAC)、秘鑰交換的演算法組成。

在整個網路的傳輸過程中，根據密碼套件主要分如下幾大類演算法：

秘鑰交換演算法：比如ECDHE、RSA。主要用於客戶端和服務端握手時如何進行身份驗證。

消息認證演算法：比如SHA1、SHA2、SHA3。主要用於消息摘要。

批量加密演算法：比如AES, 主要用於加密信息流。

偽隨機數演算法：例如TLS 1.2的偽隨機函數使用MAC演算法的散列函數來創建一個 主密鑰 ——連接雙方共享的一個48位元組的私鑰。主密鑰在創建會話密鑰（例如創建MAC）時作為一個熵來源。

在網路中，一次消息的傳輸一般需要在如下4個階段分別進行加密，才能保證消息安全、可靠的傳輸。

握手/網路協商階段：

在雙方進行握手階段，需要進行鏈接的協商。主要的加密演算法包括RSA、DH、ECDH等

身份認證階段：

身份認證階段，需要確定發送的消息的來源來源。主要採用的加密方式包括RSA、DSA、ECDSA(ECC加密，DSA簽名)等。

消息加密階段：

消息加密指對發送的信息流進行加密。主要採用的加密方式包括DES、RC4、AES等。

消息身份認證階段/防篡改階段：

主要是保證消息在傳輸過程中確保沒有被篡改過。主要的加密方式包括MD5、SHA1、SHA2、SHA3等。

ECC ：Elliptic Curves Cryptography，橢圓曲線密碼編碼學。是一種根據橢圓上點倍積生成 公鑰、私鑰的演算法。用於生成公私秘鑰。

ECDSA ：用於數字簽名,是一種數字簽名演算法。一種有效的數字簽名使接收者有理由相信消息是由已知的發送者創建的，從而發送者不能否認已經發送了消息(身份驗證和不可否認)，並且消息在運輸過程中沒有改變。ECDSA簽名演算法是ECC與DSA的結合，整個簽名過程與DSA類似，所不一樣的是簽名中採取的演算法為ECC，最後簽名出來的值也是分為r,s。 主要用於身份認證階段 。

ECDH ：也是基於ECC演算法的霍夫曼樹秘鑰，通過ECDH，雙方可以在不共享任何秘密的前提下協商出一個共享秘密，並且是這種共享秘鑰是為當前的通信暫時性的隨機生成的，通信一旦中斷秘鑰就消失。 主要用於握手磋商階段。

ECIES： 是一種集成加密方案,也可稱為一種混合加密方案，它提供了對所選擇的明文和選擇的密碼文本攻擊的語義安全性。ECIES可以使用不同類型的函數：秘鑰協商函數(KA)，秘鑰推導函數(KDF)，對稱加密方案(ENC)，哈希函數(HASH), H-MAC函數(MAC)。

ECC 是橢圓加密演算法，主要講述了按照公私鑰怎麼在橢圓上產生，並且不可逆。 ECDSA 則主要是採用ECC演算法怎麼來做簽名， ECDH 則是採用ECC演算法怎麼生成對稱秘鑰。以上三者都是對ECC加密演算法的應用。而現實場景中，我們往往會採用混合加密(對稱加密，非對稱加密結合使用，簽名技術等一起使用)。 ECIES 就是底層利用ECC演算法提供的一套集成(混合)加密方案。其中包括了非對稱加密，對稱加密和簽名的功能。

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這個先訂條件是為了保證曲線不包含奇點。

所以，隨著曲線參數a和b的不斷變化，曲線也呈現出了不同的形狀。比如:

所有的非對稱加密的基本原理基本都是基於一個公式 K = k G。其中K代表公鑰，k代表私鑰，G代表某一個選取的基點。非對稱加密的演算法 就是要保證 該公式 不可進行逆運算( 也就是說G/K是無法計算的 )。 *

ECC是如何計算出公私鑰呢？這里我按照我自己的理解來描述。

我理解，ECC的核心思想就是：選擇曲線上的一個基點G，之後隨機在ECC曲線上取一個點k(作為私鑰)，然後根據k G計算出我們的公鑰K。並且保證公鑰K也要在曲線上。*

那麼k G怎麼計算呢？如何計算k G才能保證最後的結果不可逆呢？這就是ECC演算法要解決的。

首先，我們先隨便選擇一條ECC曲線，a = -3, b = 7 得到如下曲線：

在這個曲線上，我隨機選取兩個點，這兩個點的乘法怎麼算呢？我們可以簡化下問題，乘法是都可以用加法表示的，比如2 2 = 2+2，3 5 = 5+5+5。 那麼我們只要能在曲線上計算出加法，理論上就能算乘法。所以，只要能在這個曲線上進行加法計算，理論上就可以來計算乘法，理論上也就可以計算k*G這種表達式的值。

曲線上兩點的加法又怎麼算呢？這里ECC為了保證不可逆性，在曲線上自定義了加法體系。

現實中，1+1=2，2+2=4，但在ECC演算法里，我們理解的這種加法體系是不可能。故需要自定義一套適用於該曲線的加法體系。

ECC定義，在圖形中隨機找一條直線，與ECC曲線相交於三個點(也有可能是兩個點)，這三點分別是P、Q、R。

那麼P+Q+R = 0。其中0 不是坐標軸上的0點，而是ECC中的無窮遠點。也就是說定義了無窮遠點為0點。

同樣，我們就能得出 P+Q = -R。 由於R 與-R是關於X軸對稱的，所以我們就能在曲線上找到其坐標。

P+R+Q = 0, 故P+R = -Q , 如上圖。

以上就描述了ECC曲線的世界裡是如何進行加法運算的。

從上圖可看出，直線與曲線只有兩個交點，也就是說 直線是曲線的切線。此時P,R 重合了。

也就是P = R, 根據上述ECC的加法體系，P+R+Q = 0, 就可以得出 P+R+Q = 2P+Q = 2R+Q=0

於是乎得到 2 P = -Q (是不是與我們非對稱演算法的公式 K = k G 越來越近了)。

於是我們得出一個結論，可以算乘法，不過只有在切點的時候才能算乘法，而且只能算2的乘法。

假若 2 可以變成任意個數進行想乘，那麼就能代表在ECC曲線里可以進行乘法運算，那麼ECC演算法就能滿足非對稱加密演算法的要求了。

那麼我們是不是可以隨機任何一個數的乘法都可以算呢？ 答案是肯定的。 也就是點倍積 計算方式。

選一個隨機數 k, 那麼k * P等於多少呢？

我們知道在計算機的世界裡，所有的都是二進制的，ECC既然能算2的乘法，那麼我們可以將隨機數k描 述成二進制然後計算。假若k = 151 = 10010111

由於2 P = -Q 所以 這樣就計算出了k P。 這就是點倍積演算法 。所以在ECC的曲線體系下是可以來計算乘法，那麼以為這非對稱加密的方式是可行的。

至於為什麼這樣計算 是不可逆的。這需要大量的推演，我也不了解。但是我覺得可以這樣理解：

我們的手錶上，一般都有時間刻度。現在如果把1990年01月01日0點0分0秒作為起始點，如果告訴你至起始點為止時間流逝了 整1年，那麼我們是可以計算出現在的時間的，也就是能在手錶上將時分秒指針應該指向00：00：00。但是反過來，我說現在手錶上的時分秒指針指向了00：00：00,你能告訴我至起始點算過了有幾年了么？

ECDSA簽名演算法和其他DSA、RSA基本相似，都是採用私鑰簽名，公鑰驗證。只不過演算法體系採用的是ECC的演算法。交互的雙方要採用同一套參數體系。簽名原理如下：

在曲線上選取一個無窮遠點為基點 G = (x,y)。隨機在曲線上取一點k 作為私鑰， K = k*G 計算出公鑰。

簽名過程：

生成隨機數R, 計算出RG.

根據隨機數R,消息M的HASH值H,以及私鑰k, 計算出簽名S = (H+kx)/R.

將消息M,RG,S發送給接收方。

簽名驗證過程：

接收到消息M, RG,S

根據消息計算出HASH值H

根據發送方的公鑰K,計算 HG/S + xK/S, 將計算的結果與 RG比較。如果相等則驗證成功。

公式推論：

HG/S + xK/S = HG/S + x(kG)/S = (H+xk)/GS = RG

在介紹原理前，說明一下ECC是滿足結合律和交換律的，也就是說A+B+C = A+C+B = (A+C)+B。

這里舉一個WIKI上的例子說明如何生成共享秘鑰，也可以參考 Alice And Bob 的例子。

Alice 與Bob 要進行通信，雙方前提都是基於 同一參數體系的ECC生成的 公鑰和私鑰。所以有ECC有共同的基點G。

生成秘鑰階段：

Alice 採用公鑰演算法 KA = ka * G ，生成了公鑰KA和私鑰ka, 並公開公鑰KA。

Bob 採用公鑰演算法 KB = kb * G ，生成了公鑰KB和私鑰 kb, 並公開公鑰KB。

計算ECDH階段：

Alice 利用計算公式 Q = ka * KB 計算出一個秘鑰Q。

Bob 利用計算公式 Q' = kb * KA 計算出一個秘鑰Q'。

共享秘鑰驗證：

Q = ka KB = ka * kb * G = ka * G * kb = KA * kb = kb * KA = Q'

故 雙方分別計算出的共享秘鑰不需要進行公開就可採用Q進行加密。我們將Q稱為共享秘鑰。

在以太坊中，採用的ECIEC的加密套件中的其他內容：

1、其中HASH演算法採用的是最安全的SHA3演算法 Keccak 。

2、簽名演算法採用的是 ECDSA

3、認證方式採用的是 H-MAC

4、ECC的參數體系採用了secp256k1, 其他參數體系 參考這里

H-MAC 全程叫做 Hash-based Message Authentication Code. 其模型如下：

在 以太坊 的 UDP通信時(RPC通信加密方式不同)，則採用了以上的實現方式，並擴展化了。

首先，以太坊的UDP通信的結構如下：

其中，sig是 經過 私鑰加密的簽名信息。mac是可以理解為整個消息的摘要， ptype是消息的事件類型，data則是經過RLP編碼後的傳輸數據。

其UDP的整個的加密，認證，簽名模型如下：

F. 區塊鏈論文精讀——Pixel: Multi-signatures for Consensus

論文主要提出了一種針對共識機制PoS的多重簽名演算法Pixel。

所有基於PoS的區塊鏈以及允許的區塊鏈均具有通用結構，其中節點運行共識子協議，以就要添加到分類賬的下一個區塊達成共識。這樣的共識協議通常要求節點檢查阻止提議並通過對可接受提議進行數字簽名來表達其同意。當一個節點從特定塊上的其他節點看到足夠多的簽名時，會將其附加到其分類帳視圖中。

由於共識協議通常涉及成千上萬的節點，為了達成共識而共同努力，因此簽名方案的效率至關重要。此外，為了使局外人能夠有效地驗證鏈的有效性，簽名應緊湊以進行傳輸，並應快速進行驗證。已發現多重簽名對於此任務特別有用，因為它們使許多簽名者可以在公共消息上創建緊湊而有效的可驗證簽名。

補充知識： 多重簽名
是一種數字簽名。在數字簽名應用中，有時需要多個用戶對同一個文件進行簽名和認證。比如，一個公司發布的聲明中涉及財務部、開發部、銷售部、售後服務部等部門，需要得到這些部門簽名認可，那麼，就需要這些部門對這個聲明文件進行簽名。能夠實現多個用戶對同一文件進行簽名的數字簽名方案稱作多重數字簽名方案。
多重簽名是數字簽名的升級，它讓區塊鏈相關技術應用到各行各業成為可能。 在實際的操作過程中，一個多重簽名地址可以關聯n個私鑰，在需要轉賬等操作時，只要其中的m個私鑰簽名就可以把資金轉移了，其中m要小於等於n，也就是說m/n小於1，可以是2/3, 3/5等等，是要在建立這個多重簽名地址的時候確定好的。

本文提出了Pixel簽名方案，這是一種基於配對的前向安全多簽名方案，可用於基於PoS的區塊鏈，可大幅節省帶寬和存儲要求。為了支持總共T個時間段和一個大小為N的委員會，多重簽名僅包含兩個組元素，並且驗證僅需要三對配對，一個乘冪和N -1個乘法。像素簽名幾乎與BLS多重簽名一樣有效，而且還滿足前向安全性。此外，就像在BLS多簽名中一樣，任何人都可以非交互地將單個簽名聚合到一個多簽名中。

有益效果：
為了驗證Pixel的設計，將Pixel的Rust實施的性能與以前的基於樹的前向安全解決方案進行了比較。展示了如何將Pixel集成到任何PoS區塊鏈中。接下來，在Algorand區塊鏈上評估Pixel，表明它在存儲，帶寬和塊驗證時間方面產生了顯著的節省。我們的實驗結果表明，Pixel作為獨立的原語並在區塊鏈中使用是有效的。例如，與一組128位安全級別的N = 1500個基於樹的前向安全簽名（對於T = 232）相比，可以認證整個集合的單個Pixel簽名要小2667倍，並且可以被驗證快40倍。像素簽名將1500次事務的Algorand塊的大小減少了約35％，並將塊驗證時間減少了約38％。

對比傳統BLS多重簽名方案最大的區別是BLS並不具備前向安全性。

對比基於樹的前向安全簽名，基於樹的前向安全簽名可滿足安全性，但是其構造的簽名太大，驗證速度有待提升。 本文設計減小了簽名大小、降低了驗證時間。

補充知識： 前向安全性
是密碼學中通訊協議的安全屬性，指的是長期使用的主密鑰泄漏不會導致過去的會話密鑰泄漏。前向安全能夠保護過去進行的通訊不受密碼或密鑰在未來暴露的威脅。如果系統具有前向安全性，就可以保證在主密鑰泄露時歷史通訊的安全，即使系統遭到主動攻擊也是如此。

構建基於分層身份的加密（HIBE）的前向安全簽名，並增加了在同一消息上安全地聚合簽名以及生成沒有可信集的公共參數的能力。以實現：
1、生成與更新密鑰
2、防止惡意密鑰攻擊的安全性
3、無效的信任設置

對於常見的後攻擊有兩種變體：
1、短程變體：對手試圖在共識協議達成之前破壞委員會成員。解決：通過假設攻擊延遲長於共識子協議的運行時間來應對短距離攻擊。
2、遠程變體：通過分叉選擇規則解決。
前向安全簽名為這兩種攻擊提供了一種干凈的解決方案，而無需分叉選擇規則或有關對手和客戶的其他假設。（說明前向安全簽名的優勢）。

應用於許可的區塊鏈共識協議（例如PBFT）也是許多許可鏈（例如Hyperledger）的核心，在這些區塊鏈中，只有經過批準的方可以加入網路。我們的簽名方案可以類似地應用於此設置， 以實現前向保密性，減少通信帶寬並生成緊湊的塊證書。

傳統Bellare-Miner 模型，消息空間M的前向安全簽名方案FS由以下演算法組成：
1、Setup
pp ←Setup(T), pp為各方都同意的公共參數，Setup(T)表示在T時間段內對於固定參數的分布設置。

2、Key generation
(pk,sk1) ←Kg
簽名者在輸入的最大時間段T上運行密鑰生成演算法，以為第一時間段生成公共驗證密鑰pk和初始秘密簽名密鑰sk1。

3、Key update
skt+1←Upd(skt) 簽名者使用密鑰更新演算法將時間段t的秘密密鑰skt更新為下一個周期的skt + 1。該方案還可以為任何t0> t提供 「快速轉發」更新演算法 skt0←$ Upd0（skt，t0），該演算法比重復應用Upd更有效。

4、Signing
σ ←Sign(skt,M),在輸入當前簽名密鑰skt消息m∈M時，簽名者使用此演算法來計算簽名σ。

5、Verification
b ← Vf(pk,t,M,σ)任何人都可以通過運行驗證演算法來驗證消息M在公共密鑰pk下的時間段t內的簽名M的簽名，該演算法返回1表示簽名有效，否則返回0。

1、依靠非對稱雙線性組來提高效率，我們的簽名位於G2×G1中而不是G2 ^2中。這樣，就足以給出公共參數到G1中（然後我們可以使用散列曲線實例化而無需信任設置），而不必生成「一致的」公共參數（hi，h0 i）=（gxi 1，gxi 2）∈G1× G2。

2、密鑰生成演算法，公鑰pk更小，參數設置提升安全性。

除了第3節中的前向安全簽名方案的演算法外，密鑰驗證模型中的前向安全多重簽名方案FMS還具有密鑰生成，該密鑰生成另外輸出了公鑰的證明π。
新增Key aggregation密鑰匯總、Signature aggregation簽名匯總、Aggregate verification匯總驗證。滿足前向安全的多重簽名功能的前提下也證明了其正確性和安全性。

1、PoS在後繼損壞中得到保護
後繼損壞：後驗證的節點對之前的共識驗證狀態進行攻擊破壞。
在許多用戶在同一條消息上傳播許多簽名（例如交易塊）的情況下，可以將Pixel應用於所有這些區塊鏈中，以防止遭受後繼攻擊並潛在地減少帶寬，存儲和計算成本。

2、Pixel整合
為了對區塊B進行投票，子協議的每個成員使用具有當前區塊編號的Pixel簽署B。當我們看到N個委員會成員在同一塊B上簽名的集合時，就達成了共識，其中N是某個固定閾值。最後，我們將這N個簽名聚合為單個多重簽名Σ，而對（B，Σ）構成所謂的 區塊證書 ，並將區塊B附加到區塊鏈上。

3、注冊公共密鑰
希望參與共識的每個用戶都需要注冊一個參與簽名密鑰。用戶首先採樣Pixel密鑰對並生成相應的PoP。然後，用戶發出特殊交易（在她的消費密鑰下簽名）， 注冊新的參與密鑰 。交易包括PoP。選擇在第r輪達成協議的PoS驗證者，檢查（a）特殊交易的有效性和（b）PoP的有效性。如果兩項檢查均通過，則 使用新的參與密鑰更新用戶的帳戶 。從這一點來看，如果選中，則用戶將使用Pixel登錄塊。
即不斷更換自己的參與密鑰，實現前向安全性。

4、傳播和聚集簽名
各個委員會的簽名將通過網路傳播，直到在同一塊B上看到N個委員會成員的簽名為止。請注意，Pixel支持非互動式和增量聚合：前者意味著簽名可以在廣播後由任何一方聚合，而無需與原始簽名者，而後者意味著我們可以將新簽名添加到多重簽名中以獲得新的多重簽名。實際上，這意味著傳播的節點可以對任意數量的委員會簽名執行中間聚合並傳播結果，直到形成塊證書為止。或者，節點可以在將塊寫入磁碟之前聚合所有簽名。也就是說，在收到足夠的區塊證明票後，節點可以將N個委員會成員的簽名聚集到一個多重簽名中，然後將區塊和證書寫入磁碟。

5、密鑰更新
在區塊鏈中使用Pixel時，時間對應於共識協議中的區塊編號或子步驟。將時間與區塊編號相關聯時，意味著所有符合條件的委員會成員都應在每次形成新區塊並更新輪回編號時更新其Pixel密鑰。

在Algorand 項目上進行實驗評估，與Algorand項目自帶的防止後腐敗攻擊的解決方案BM-Ed25519以及BLS多簽名解決方案做對比。

存儲空間上：

節省帶寬：
Algorand使用基於中繼的傳播模型，其中用戶的節點連接到中繼網路（具有更多資源的節點）。如果在傳播過程中沒有聚合，則中繼和常規節點的帶寬像素節省來自較小的簽名大小。每個中繼可以服務數十個或數百個節點，這取決於它提供的資源。

節省驗證時間

G. 什麼是數字簽名演算法

數字簽名的演算法是根據某種計算方式，結合文件或者其他元素，算出一個固定的數值，這個數值可以確保文件並沒有被篡改 。

H. 數字簽名的原理

數字簽名的文件的完整性是很容易驗證的（不需要騎縫章，騎縫簽名，也不需要筆跡專家），而且數字簽名具有不可抵賴性（不需要筆跡專家來驗證）。
簡單地說,所謂數字簽名就是附加在數據單元上的一些數據,或是對數據單元所作的密碼變換。這種數據或變換允許數據單元的接收者用以確認數據單元的來源和數據單元的完整性並保護數據,防止被人(例如接收者)進行偽造。它是對電子形式的消息進行簽名的一種方法,一個簽名消息能在一個通信網路中傳輸。基於公鑰密碼體制和私鑰密碼體制都可以獲得數字簽名,主要是基於公鑰密碼體制的數字簽名。包括普通數字簽名和特殊數字簽名。普通數字簽名演算法有RSA、ElGamal、Fiat-Shamir、Guillou- Quisquarter、Schnorr、Ong-Schnorr-Shamir數字簽名演算法、Des/DSA,橢圓曲線數字簽名演算法和有限自動機數字簽名演算法等。特殊數字簽名有盲簽名、代理簽名、群簽名、不可否認簽名、公平盲簽名、門限簽名、具有消息恢復功能的簽名等,它與具體應用環境密切相關。顯然,數字簽名的應用涉及到法律問題,美國聯邦政府基於有限域上的離散對數問題制定了自己的數字簽名標准(DSS)。