比特币网络怎么保证公钥的唯一性

1. ​入门科普:比特币的私钥、公钥和地址是什么

上一篇，我们讲到了币圈要注意防范传销、洗钱等一类的骗局，保护好自己的资产。这一篇，我要告诉大家，进行比特币交易时，都会用到的私钥、公钥与地址，如果你还不了解它们的重要性，随便交易，很容易弄丢自己的资产。那什么是私钥、公钥与地址？三者之间有着什么样的关系呢？

01

私钥

1.导出：

创建钱包后，输入密码可以导出私钥，私钥由很长的字符串组成，且是随机生成的， 一个地址只有一个私钥。

2.用途：

用于控制交易时的签名，拥有私钥才能控制账户的资金，相当于银行账户的交易密码，用来解密公钥加密的信息。

3.注意事项：

私钥是用来证明这笔交易的发起人确实是比特币的所有者。所以 私钥一定不能曝光，私钥一旦泄露，你的比特币将会有被盗的风险。 用户必须保管好私钥，防止泄露或丢失。

02

公钥

1.导出：

公钥是由私钥通过算法生成的，使用了椭圆曲线加密， 通过私钥可以计算出唯一的公钥。

2.用途：

公钥是用来验证交易的签名，一个私钥签名的数据，只有对应的公钥才能对其进行验证，公钥相当于银行账户，公开后无风险。

03

地址

1.导出：

地址由公钥生成的，使用了哈希运算。创建钱包后会生成一个以“0x” 开头的 42 位字符串，这个字符串就是钱包地址，一个钱包对应一个钱包地址， 地址唯一且不能修改，也就是说一个钱包中所有代币的转账收款地址都是一样的。

2.用途：

由于公钥太长，在交易中不方便使用，所以就有了地址，地址是由公钥生成的，地址相当于银行卡号，用来发送和接收比特币。

3.注意事项：

平台上不同代币的转账收款地址一般都不同，因此，转币到交易平台前一定要确认好地址。

总结

私钥 → 公钥 → 钱包地址 （不可逆）

私钥用来签名交易，公钥用来验证私钥签名的交易，地址用来收款。

公钥、私钥以及地址都在比特币交易中起到了不同的作用，所以才能顺利的完成一笔数字货币的交易。 所以用户必须好好保存，防止泄露重要信息。

2. 比特币私钥、公钥和地址如何确保一一对应

比特币真相：
1、研究炒作比特币谁获益最大？
2、实质上是USA的阴疼饵(INTEL)、阴伪呆(NVIDIA)、挨骂的+挨踢（AMD+ATI）
3、挖比特币需要巨量CPU、GPU、内存、主板、电源、线材、场地。
4、自从炒作比特币以来，CPU、GPU、内存、主板、电源、线材销量最高。
5、真正赚大头的是USA的CPU、GPU产业，别国的零售、服务只是中间商赚差价。
6、炒作比特币的策划案：助推了USA的高端、核心、基础芯片产业能力，别国是买办而已。
7、危害：丧失发展本国高端、核心、基础芯片的能力，沦为只能替USA卖芯片的零售商。

3. 4. 比特币的密钥、地址和钱包 - 精通比特币笔记

比特币的所有权是通过密钥、比特币地址和数字签名共同确定的。密钥不存在于比特币网络中，而是用户自己保存，或者利用管理私钥的软件-钱包来生成及管理。

比特币的交易必须有有效签名才会被存储在区块中，因此拥有密钥就拥有对应账户中的比特币。密钥都是成对出现的，由一个公钥和一个私钥组成。公钥相当于银行账号，私钥就相当于银行卡密码。通常情况下密钥由钱包软件管理，用户不直接使用密钥。

比特币地址通常是由公钥计算得来，也可以由比特币脚本得来。

比特币私钥通常是数字，由比特币系统随机( 因为算法的可靠性与随机性正相关，所以随机性必须是真随机，不是伪随机，因此比特币系统可以作为随机源来使用 )生成，然后将私钥作为输入，使用椭圆曲线算法这个单向加密函数生成对应的公钥，再将公钥作为输入，使用单向加密哈希函数生成地址。例如，通过公钥K得到地址A的计算方式为：

其中SHA256和PIPEMD160被称为双哈希或者HASH160，Base58Check是带有验证功能的Base58编码，验证方式为先计算原始数据(编码前)的验证码，再比较编码后数据的验证码，相同则地址有效，否则无效。而在使用Base58Check编码前，需要对数据做处理。
处理方式为： 版本前缀 + 双哈希后的数据 + 校验码
其中版本前缀是自定义的，如比特币私钥的前缀是0x80，校验码是把版本前缀和双哈希后的数据拼接起来，进行两次SHA256计算，取前4字节。得到处理的数据后，再进行Base58编码，得到最终的结果。

下图是Base58Check版本前缀和Base58编码后的结果

密钥可以采用不同的编码格式，得到的编码后结果虽然不同，但密钥本身没有任何变化，采用哪种编码格式，就看情况而论了，最终目的都是方便人们准确无误的使用和识别密钥。
下图是相同私钥采用不同编码方式的结果：

公钥也有很多种格式，不过最重要的是公钥被分为压缩格式和非压缩格式，带04前缀的公钥为非压缩格式的公钥，而03，02开头的标识压缩格式的公钥。

前面说过，公钥是椭圆曲线上的一个点，由一对坐标(x, y)表示，再加上前缀，公钥可以表示为：前缀 x y。
比如一个公钥的坐标为：

以非压缩格式为例，公钥为(略长)：

压缩格式的公钥可以节省一定的存储，对于每天成千上万的比特币交易记录来说，这一点点的节省能起到很大效果。

因为椭圆曲线实际上是一个方程(y2 mod p = (x3 + 7)mod P, y2是y的平方，x3是x的立方)，而公钥是椭圆曲线上的一个点，那么公钥即为方程的一个解，如果公钥中只保留x，那么可以通过解方程得到y，而压缩公钥格式有两个前缀是因为对y2开方，会得到正负两个解，在素数p阶的有限域上使用二进制算术计算椭圆曲线的时候，y坐标或奇或偶，所以用02表示y为奇数，03表示y为偶数。

所以压缩格式的公钥可以表示为：前缀x
以上述公钥的坐标为准，y为奇数为例，公钥K为：

不知道大家发现没有，这种压缩方式存在一个问题，即一个私钥可以得出两个公钥，压缩和非压缩公钥，而这两个公钥都对应同一个私钥，都合法，但生成的比特币地址却不相同，这就涉及到钱包软件的实现方式，是使用压缩公钥还是非压缩公钥，或者二者皆用，这个问题后面来介绍。

比特币钱包最主要的功能就是替用户保管比特币私钥，比特币钱包有很多种，比如非确定性(随机)钱包，确定性(种子)钱包。所谓的非确定性是指钱包运行时会生成足够的私钥(比如100个私钥)，每个私钥仅会使用一次，这样私钥管理就很麻烦。确定性钱包拥有一个公共种子，单向离散方程使用种子生成私钥，种子足够回收所有私钥，所以在钱包创建时，简单备份下，就可以在钱包之间转移输入。

这里要特别介绍下助记码词汇。助记码词汇是英文单词序列，在BIP0039中提出。这些序列对应着钱包中的种子，种子可以生成随机数，随机数生成私钥，私钥生成公钥，便有了你需要的一切。所以单词的顺序就是钱包的备份，通过助记码词汇能重建钱包，这比记下一串随机数要强的多。

BIP0039定义助记码和种子的创建过程如下:

另外一种重要的钱包叫做HD钱包。HD钱包提供了随机(不确定性) 钥匙有两个主要的优势。
第一，树状结构可以被用来表达额外的组织含义。比如当一个特定分支的子密钥被用来接收交易收入并且有另一个分支的子密钥用来负责支付花费。不同分支的密钥都可以被用在企业环境中，这就可以支配不同的分支部门，子公司，具体功能以及会计类别。
第二，它可以允许让使用者去建立一个公共密钥的序列而不需要访问相对应的私钥。这可允许HD钱包在不安全的服务器中使用或者在每笔交易中发行不同的公共钥匙。公共钥匙不需要被预先加载或者提前衍生，但是在服务器中不具有可用来支付的私钥。

BIP0038提出了一个通用标准，使用一个口令加密私钥并使用Base58Check对加密的私钥进行编码，这样加密的私钥就可以安全地保存在备份介质里，安全地在钱包间传输，保持密钥在任何可能被暴露情况下的安全性。这个加密标准使用了AES,这个标准由NIST建立，并广泛应用于商业和军事应用的数据加密。

BIP0038加密方案是: 输入一个比特币私钥，通常使用WIF编码过，base58chek字符串的前缀“5”。此外BIP0038加密方案需要一个长密码作为口令，通常由多个单词或一段复杂的数字字母字符串组成。BIP0038加密方案的结果是一个由base58check编码过的加密私钥，前缀为6P。如果你看到一个6P开头的的密钥，这就意味着该密钥是被加密过，并需个口令来转换(解码) 该密钥回到可被用在任何钱包WIF格式的私钥(前缀为5)。许多钱包APP现在能够识别BIP0038加密过的私钥，会要求用户提供口令解码并导入密钥。

最通常使用BIP0038加密的密钥用例是纸钱包一一张纸张上备份私钥。只要用户选择了强口令，使用BIP0038加密的私钥的纸钱包就无比的安全，这也是一种很棒的比特币离线存储方式(也被称作“冷存储”)。

P2SH函数最常见的实现时用于多重签名地址脚本。顾名思义，底层脚本需要多个签名来证明所有权，然后才能消费资金。这类似在银行开设一个联合账户。

你可以通过计算，生成特殊的比特币地址，例如我需要一个Hello开头的地址，你可以通过脚本来生成这样一个地址。但是每增加一个字符，计算量会增加58倍，超过7个字符，需要专门的硬件或者矿机来生成，如果是8~10个字符，那么计算量将无法想象。

4. 公钥、私钥、哈希、加密算法基础概念

生活中我们对文件要签名，签名的字迹每个人不一样，确保了独特性，当然这还会有模仿，那么对于重要文件再加盖个手印，指纹是独一无二的，保证了这份文件是我们个人所签署的。

那么在区块链世界里，对应的就是数字签名，数字签名涉及到公钥、私钥、哈希、加密算法这些基础概念。

首先加密算法分为对称加密算法、非对称加密算法、哈希函数加密算法三类。

所谓非对称加密算法，是指加密和解密用到的公钥和私钥是不同的，非对称加密算法依赖于求解一数学问题困难而验证一数学问题简单。

非对称加密系统，加密的称为公钥，解密的称为私钥，公钥加密，私钥解密、私钥签名，公钥验证。

比特币加密算法一共有两类：非对称加密算法（椭圆曲线加密算法）和哈希算法（SHA256，RIMPED160算法）

举一个例子来说明这个加密的过程：A给B发一个文件，B怎么知道他接收的文件是A发的原始文件？

A可以这样做，先对文件进行摘要处理（又称Hash，常见的哈希算法有MD5、SHA等）得到一串摘要信息，然后用自己的私钥将摘要信息加密同文件发给B，B收到加密串和文件后，再用A的公钥来解密加密串，得到原始文件的摘要信息，与此同时，对接收到的文件进行摘要处理，然后两个摘要信息进行对比，如果自己算出的摘要信息与收到的摘要信息一致，说明文件是A发过来的原始文件，没有被篡改。否则，就是被改过的。

数字签名有两个作用：
一是能确定消息确实是由发送方签名并发出来的；
二是数字签名能确定消息的完整性。

私钥用来创建一个数字签名，公钥用来让其他人核对私人密钥，
而数字签名做为一个媒介，证明你拥有密码，同时并不要求你将密码展示出来。

以下为概念的定义：

哈希（Hash）:
二进制输入数据的一种数字指纹。
它是一种函数，通过它可以把任何数字或者字符串输入转化成一个固定长度的输出，它是单向输出，即非常难通过反向推导出输入值。
举一个简单的哈希函数的例子，比如数字17202的平方根是131.15639519291463，通过一个简单的哈希函数的输出，它给出这个计算结果的后面几位小数，如后几位的9291463，通过结果9291463我们几乎不可能推算出它是哪个输入值的输出。
现代加密哈希比如像SHA-256，比上面这个例子要复杂的多，相应它的安全性也更高，哈希用于指代这样一个函数的输出值。

私钥（Private key）:
用来解锁对应（钱包）地址的一串字符，例如+。

公钥（Public keycryptography）：
加密系统是一种加密手段，它的每一个私钥都有一个相对应的公钥，从公钥我们不能推算出私钥，并且被用其中一个密钥加密了的数据，可以被另外一个相对应的密钥解密。这套系统使得你可以先公布一个公钥给所有人，然后所有人就可以发送加密后的信息给你，而不需要预先交换密钥。

数字签名（Digital signature）：
Digital signature数字签名是这样一个东西，它可以被附着在一条消息后面，证明这条消息的发送者就是和某个公钥相对应的一个私钥的所有人，同时可以保证私钥的秘密性。某人在检查签名的时候，将会使用公钥来解密被加密了的哈希值（译者注：这个哈希值是数据通过哈希运算得到的），并检查结果是否和这条信息的哈希值相吻合。如果信息被改动过，或者私钥是错误的话，哈希值就不会匹配。在比特币网络以外的世界，签名常常用于验证信息发送者的身份 – 人们公布他们自己的公钥，然后发送可以被公钥所验证的，已经通过私钥加密过的信息。

加密算法（encryption algorithm）：
是一个函数，它使用一个加密钥匙，把一条信息转化成一串不可阅读的看似随机的字符串，这个流程是不可逆的，除非是知道私钥匙的人来操作。加密使得私密数据通过公共的因特网传输的时候不需要冒严重的被第三方知道传输的内容的风险。

哈希算法的大致加密流程
1、对原文进行补充和分割处理（一般分给为多个512位的文本，并进一步分割为16个32位的整数）。
2、初始化哈希值（一般分割为多个32位整数，例如SHA256就是256位的哈希值分解成8个32位整数）。
3、对哈希值进行计算（依赖于不同算法进行不同轮数的计算，每个512位文本都要经过这些轮数的计算）。

区块链中每一个数据块中包含了一次网络交易的信息，产生相关联数据块所使用的就是非对称加密技术。非对密加密技术的作用是验证信息的有效性和生成下一个区块，区块链上网络交易的信息是公开透明的，但是用户的身份信息是被高度加密的，只有经过用户授权，区块链才能得到该身份信息，从而保证了数据的安生性和个人信息的隐私性。

公钥和私钥在非对称加密机制里是成对存在的，公钥和私钥可以去相互验证对方，那么在比特币的世界里面，我们可以把地址理解为公钥，可以把签名、输密码的过程理解为私钥的签名。
每个矿工在拿到一笔转账交易时候都可以验证公钥和私钥到底是不是匹配的，如果他们是匹配的，这笔交易就是合法的，这样每一个人只需要保管好TA自己的私钥，知道自己的比特币地址和对方的比特币地址就能够安全的将比特币进行转账，不需要一个中心化的机构来验证对方发的比特币是不是真的。

5. 【猫说】打开比特币钱包的两把钥匙：私钥、公钥

如果不了解区块链，不知道公钥、私钥这些最基本的概念，拥有钱包对币圈新人来讲，就好像拿手指头去捅鳄鱼的脑袋，风险极高。此文谨献给币圈新朋友，帮助大家梳理比特币钱包的基本常识。

区块链观察网在 《区块链是什么》 一文中提到过，在区块链世界里，每个人都拥有两把独一无二的虚拟钥匙：公钥和私钥。

“公钥”，可以简单理解为银行卡，这是可以发给交易对方看的，银行卡号则相当于比特币转账中要用到的“地址”。

讲得专业一点，公钥就是一个65字节的字符串，多长呢？130个字母和数字堆在一起。公钥太长的话，第一交易起来忒麻烦，第二干嘛非得暴露公钥的真实内容呢，这就好像把自己的银行卡拿出来到处给人看。因此，我们现在看到的地址，就是经过摘要算法生成的、更短一点的公钥。

对方知道你的地址才能给你打钱；而且，任何人有了你的地址，都能在Blockchain.info官网查询这个钱包地址交易了多少次（No. Transactions），收过多少个比特币（Total Received），以及钱包里还剩下多少个比特币（Final Balance），如下图：

“私钥”，就像打死不能告诉别人的银行卡密码。它是一串256位的随机数。因为让非IT用户去记住这个满屏0 和 1的二进制私钥是特别不人道的事儿，所以对这一大串私钥进行了处理，最后私钥就以5 ／ K ／ L 开头的字符串呈现在我们面前。

公钥、私钥、地址之间的关系是：

1）私钥 → 公钥 → 地址

私钥生成唯一对应的公钥，公钥再生成唯一对应的地址；

2）私钥加密，公钥解密

也就是说，A使用私钥对交易信息进行加密（数字签名），B则使用A的公钥对这个数字签名进行解密。

其中，私钥是极度私密的东西。如果你把私钥发给别人，现在就开始写一部长篇小说吧，名字都帮你想好了，就叫《永别了，比特币》。

如果是李笑来老师（网传拥有数十万个BTC）这类币圈大佬，强烈建议使用冷钱包（离线钱包），分开储存；电视里的富豪在银行有自己的保险箱，有条件的话也可以参考。

当时，上述方法是安全系数最高的做法。但作为韭菜接班人，暂且假设我们最初只用闲置资金、持有少量的比特币，比如，小于5个。那么，动辄上千成本、操作复杂的冷钱包就有点杀鸡用牛刀了；因此，区块链观察网把选择范围限定在交易所和轻钱包2项：

在交易平台上买了（极少量）比特币，可以先不提出来，继续存在交易所。这种方式最适合币圈新手。在没有深入了解每种加密货币背后的故事之前，鲜嫩的我们总是充满了好奇，而放在交易所的比特币，可以直接进行币币交易，交易简单快捷，不用经数字钱包导来导去；另一方面，平台上币种齐全，可以满足我们的尝鲜心理，方便随时小试牛刀。

而且像火币、币安（已被墙）这些大型交易所，不仅安全等级比某些专为收割韭菜而生的小平台高很多，而且操作简单，很快就能上手，只需保管好自己的账号、密码就行了（再安全一级的话，开启谷歌二次验证），其他的就交给平台。

值得注意的是，存在交易所上的资产并不完全属于自己，更确切地说是借给平台的，我们在资产那一栏看到的数字，相当于平台向我们借钱而打的白条。此外，交易平台本身不是去中心化的，如果安全措施不到位，用户的账号密码有可能被黑客拿到。

轻钱包是相对于“全节点”钱包来说的。

全节点钱包，比如 Bitcoin-Core（核心钱包），运行时需要同步所有区块链数据，占用相当大内存空间（目前至少50GB以上），完全去中心化；

轻钱包虽然也依赖比特币网络上其他全节点，但其仅仅同步跟自己有关的交易数据，基本实现去中心化的同时，也提升了用户体验。

根据不同的设备类型，我们把轻钱包分为：

1）PC钱包：适用于电脑桌面操作系统（如Windows／MacOS／Linus）；

2）手机钱包：适用于安卓、iOS智能手机，比如比太钱包（以太也有PC端）；

3）网页钱包：通过浏览器访问，比如上文提过的blockchain网页版。

轻钱包操作比较简单，一般是免费获取。申请钱包的时候，系统会生成一个私钥。准备敲黑板！

1）不要截图、拍照存在手机里；

2）不要把私钥信息发给任何人；

3）最好手写（几份）抄下，藏在你觉得最安全的地方。

总之一句话，谁掌握了钱包的私钥，谁就拥有钱包的绝对控制权。私钥只要掌握在你的手里，比特币就绝不会丢。

最后多说几句，作为普通投资者，我们需要做的并不多：

1）走点心，不要把手机弄丢了，毕竟丢了对手机里的比特币钱包有风险；

2）不要手痒删掉设备上的钱包应用，除非你决定再也不用这个钱包了，否则后期很麻烦；

3）设置复杂的密码（原因见第1点），并用心去记牢，这是私钥弄丢以后留的一手。

对于记不住密码，又懒得科学备份私钥的朋友，咱还是把钱存在银行里吧。

6. 比特币的安全性到底有多高，你有怀疑比特币的安全性吗

近期，比特币突破新高，一枚比特币价值近26万人民币，一枚比特币换一辆特斯拉。对于刚入圈的新人来说，你肯定很关心比特币的安全问题。

那么，比特币安全吗？换句话说， 钱包里的比特币，容易被黑客盗走吗？

01
私钥、公钥、地址

就像银行取款、网银转账需要输入密码一样， 动用钱包里的比特币也需要密码，这个密码被称之为“私钥”。

与“私钥”对应的是“公钥”，“公钥”就像你的银行账户。 每个银行账户都有唯一的账户编号，也就是银行卡号。 在比特币网络中，这个银行卡号就是“地址”。 别人只要知道你的“银行卡号”（即地址），就可以给你转比特币了。

在银行，开户流程基本是“开设银行账户——给银行卡号——设置银行卡密码——开户成功”。但在区块链世界里，是先设置“密码”（私钥），再开设“银行账户”（公钥），最后给“银行卡号”（地址）。

如果你路上捡到了一张纸条，上面只写着银行卡密码，但没写银行卡号，即便这个银行卡密码是真的，你也无法取走相关账户里的钱。

但在区块链世界，你只要知道了别人的“银行卡密码”（私钥），就可以知道别人的“银行账户”（公钥）和“银行卡号”（地址），可以取走里面的币。

为什么会这样呢？

这是因为在区块链中，私钥通过加密生成公钥，公钥转换一下格式生成地址。也就是说， 私钥可以推导出公钥，公钥可以推导出地址。

02
反向推导？没门！

既然“私钥可以推导出公钥，公钥可以推导出地址”，动用账户里的比特币又必须输入“密码（私钥）”， 那黑客要窃取你钱包里的比特币，必须、也只需拿到“私钥”即可。

理论上，黑客有2种方法窃取你的私钥：

第一种方法并不可行，因为比特币采用的加密算法，“失之毫厘，差之千里！”。 输入的内容，稍稍变动哪怕一丁点的东西，加密后输出的结果和之前输出的结果也有 天壤之别 ，而且这些结果没有规律可循。

所以，这种加密算法是“单向的”、“不可逆的”，黑客无法通过输出（地址/公钥）推导出输入（私钥）。

03
暴力破解比特币私钥有多难？

既然第一种方法不可行，那第二种方法如何？在回答这个问题之前，我们先看下私钥是怎么产生的。

假设你抛硬币，正面朝上为1，反面朝上为0，连续抛256次，把每次抛的结果记录下来，再转换成十六进制数，就是一个比特币私钥。

What? 这么简单？这么任性？

没错，比特币的私钥就是通过程序“抛256次硬币”，随机生成的。所以， 比特币私钥的本质是256位二进制数 。

每次抛硬币，都有正反2面，所以抛256次，一共可以出现「2 x 2 x2 x 2……2 x 2x2」，即256个2相乘，也就是「2的256次方」种结果。 所以，比特币的私钥总数，理论上有「2的256次方」个。

注： 私钥总数的实际值比上面的理论值略低，因为有一小部分私钥不可用，但对总数影响微乎其微。

「2的256次方」是多大呢？它约等于「10的77次方」。那「10的77次方」又是多大呢？

如果我们居住的这个地球，海洋、岩石、地底下的岩浆全部用沙子来填充的话，整个地球的沙子数量大概是「10的30次方」。也就是说， 一个和地球一样大，全部由沙子组成的星球，需要用到「10的30次方」粒沙子。

「10的77次方」比「10的30次方」大「10的47次方」倍，整整47个0。在比一个地球的沙子数量还要多「10的47次方」倍的比特币私钥集里，一个一个地试，破解出某个地址对应的私钥，简直比大海捞针还难。

所以，即便黑客有超级计算机，都无法暴力破解比特币私钥。

这就是为什么很多人说 ， “比特币第一次通过技术手段，保证了个人的私有财产神圣不可侵犯”。

04
如果比超级计算机还要厉害？

虽然未来的 科技 如何发展谁都无法准确预测，但如果有一天，人类发明了比超级计算机、量子计算机还要厉害的计算机，比特币私钥不就不安全了吗？

确实，很多人想知道量子计算机到底对比特币的安全性有没有威胁，如果有威胁，比特币有哪些措施可以应对。

鉴于这个问题不是三言两语能解释清楚，后面我们会单独开一篇文章，探讨这个问题，敬请期待。

05
结语

当然，安全问题不仅仅牵涉到技术问题，也牵涉到私钥的保存问题。 如果是因为自己私钥保存不当，或是电脑中了病毒，或是使用的钱包软件有漏洞或是有后门，导致私钥被黑客窃走，那钱包里的比特币安全性就无从谈起了。

但是，因为自己的失误导致私钥被盗，这锅不能让比特币背，不是吗？

所以，如果有人拿比特币被盗事件来质疑比特币的安全性，你会怎么回答他呢？

7. 2018-07-13小白学区块链——私钥·公钥

在生活中移动支付和无现金支付已经相对普及了，它方便了我们的日常生活，也降低了我们随身携带现金的风险。无论是移动端支付还是银行卡类支付，我们都要绑定或输入银行卡号和支付密码才能支付，那么在比特币的交易中是如何达成支付的呢？

1.私钥

在比特币网络中的私钥可以对应我们现实世界银行卡号加支付密码，也就是： 私钥=银行卡号+取款密码。 私钥是比特币网络中根据密码学上的一种伪随机算法生成一种不可预算的一串字符，由于生成的私钥是256位数的二进制密码。因为私钥太长，识别率不高。所以系统又对于原始的随机数进行一定的转换，转换为识别率高的字符串形式的私钥，比如：也可以把私钥转换其他形式，比如以单词的形式(12或者24个单词）的助记词。还有一种是经过加密的私钥Keystore,是以文件形式存在的，导出时需要设置密码，导入也一样的需要输入密码，即使别人知道了你的Keystore，没有你设的密码也是得不到你的私钥的。

2.公钥

公钥也就是我们通常所说的转账地址。公钥是由私钥生成的，通过椭圆曲线算法生成，一个私钥经过椭圆曲线变换之后能够得到公钥，公钥也是一组转换后的字符串，比如：。公钥是用来验证私钥的签名，私钥和公钥是成对出现的，一个私钥签名的数据，只有对应的公钥才能对其进行验证，而地址也是从公钥生成的，这样就可以验证花费的交易是不是属于这个地址。简单理解也就是： 公钥=银行卡账号。

总结

1.是私钥生成公钥也是成对出现的，公钥可以生成对应的唯一地址，验证发送交易的地址是否和该公钥生成的地址一致

2.公钥验证私钥的签名，用来验证该交易是否使用了正确的私钥签名，这样就能确认了该地址发送的交易是否使用了对应的私钥。

8. 公钥与私钥的区别与应用。

现实生活中，我要给依依转1个比特币，我需要在比特币交易平台、比特币钱包或者比特币客户端里面，输入我的比特币钱包地址、依依的钱包地址、转出比特币的数量、手续费。然后，我们等十分钟左右，矿工处理完交易信息之后，这1个比特币就成功地转给依依了。

这个过程看似很简单也很便捷，跟我们现在的银行卡转账没什么区别，但是，你知道这个过程是怎样在比特币系统里面实现的吗？它隐藏了哪些原理呢？又或者，它是如何保证交易能够在一个安全的环境下进行呢？

我们今天就来讲一讲。

对于转出方和接收方来讲，也就是我和依依（我是转出方，依依是接收方）我们都需要出具两个东西：钱包地址、私钥。

我们先说钱包地址。比特币钱包地址其实就相当于银行卡、支付宝账号、微信钱包账号，是比特币支付转账的“凭证”，记录着平台与平台、钱包与钱包、钱包与平台之间的转账信息。

我们在使用银行卡、支付宝、微信转账时都需要密码，才能够支付成功。那么，在比特币转账中，同样也有这么一个“密码”，这个“密码“被称作“私钥”。掌握了私钥，就掌握了其对应比特币地址上的生杀大权。

“私钥”是属于“非对称加密算法”里面的概念，与之对应的还有另一个概念，名叫：“公钥”。

公钥和私钥，从字面意思我们就可以理解：公钥，是可以公开的；而私钥，是私人的、你自己拥有的、需要绝对保密的。

公钥是根据私钥计算形成的，比特币系统使用的是椭圆曲线加密算法，来根据私钥计算出公钥。这就使得，公钥和私钥形成了唯一对应的关系：当你用了其中一把钥匙加密信息时，只有配对的另一把钥匙才能解密。所以，正是基于这种唯一对应的关系，它们可以用来验证信息发送方的身份，还可以做到绝对的保密。

我们举个例子讲一下，在非对称加密算法中，公钥和私钥是怎么运作的。

我们知道，公钥是可以对外公开的，那么，所有人都知道我们的公钥。在转账过程中，我不仅要确保比特币转给依依，而不会转给别人，还得让依依知道，这些比特币是我转给她的，不是鹿鹿，也不是韭哥。

比特币系统可以满足我的上述诉求：比特币系统会把我的交易信息缩短成固定长度的字符串，也就是一段摘要，然后把我的私钥附在这个摘要上，形成一个数字签名。因为数字签名里面隐含了我的私钥信息，所以，数字签名可以证明我的身份。

完成之后，完整的交易信息和数字签名会一起广播给矿工，矿工用我的公钥进行验证、看看我的公钥和我的数字签名能不能匹配上，如果验证成功，都没问题，那么，就能够说明这个交易确实是我发出的，而且信息没有被更改。

接下来，矿工需要验证，这笔交易花费的比特币是否是“未被花费”的交易。如果验证成功，则将其放入“未确认交易”，等待被打包；如果验证失败，则该交易会被标记为“无效交易”，不会被打包。

其实，公钥和私钥，简单理解就是：既然是加密，那肯定是不希望别人知道我的消息，所以只能我才能解密，所以可得出：公钥负责加密，私钥负责解密；同理，既然是签名，那肯定是不希望有人冒充我的身份，只有我才能发布这个数字签名，所以可得出：私钥负责签名，公钥负责验证。

到这里，我们简单概括一下上面的内容。上面我们主要讲到这么几个词：私钥、公钥、钱包地址、数字签名，它们之间的关系我们理一下：

（1）私钥是系统随机生成的，公钥是由私钥计算得出的，钱包地址是由公钥计算得出的，也就是：私钥——公钥——钱包地址，这样一个过程；

（2）数字签名，是由交易信息＋私钥信息计算得出的，因为数字签名隐含私钥信息，所以可以证明自己的身份。

私钥、公钥都是密码学范畴的，属于“非对称加密”算法中的“椭圆加密算法”，之所以采用这种算法，是为了保障交易的安全，二者的作用在于：

（1）公钥加密，私钥解密：公钥全网公开，我用依依的公钥给信息加密，依依用自己的私钥可以解密；

（2）私钥签名，公钥验证：我给依依发信息，我加上我自己的私钥信息形成数字签名，依依用我的公钥来验证，验证成功就证明的确是我发送的信息。

只不过，在比特币交易中，加密解密啦、验证啦这些都交给矿工了。

至于我们现在经常用的钱包APP，只不过是私钥、钱包地址和其他区块链数据的管理工具而已。钱包又分冷钱包和热钱包，冷钱包是离线的，永远不联网的，一般是以一些实体的形式出现，比如小本子什么的；热钱包是联网的，我们用的钱包APP就属于热钱包。

9. 比特币如何防止篡改

比特币网络主要会通过以下两种技术保证用户签发的交易和历史上发生的交易不会被攻击者篡改：

• 非对称加密可以保证攻击者无法伪造账户所有者的签名；

• 共识算法可以保证网络中的历史交易不会被攻击者替换；

非对称加密



• 非对称加密算法3是目前广泛应用的加密技术，TLS 证书和电子签名等场景都使用了非对称的加密算法保证安全。非对称加密算法同时包含一个公钥（Public Key）和一个私钥（Secret Key），使用私钥加密的数据只能用公钥解密，而使用公钥解密的数据也只能用私钥解密。





图 4 - 51% 攻击



• 1使用如下所示的代码可以计算在无限长的时间中，攻击者持有 51% 算力时，改写历史 0 ~ 9 个区块的概率9：


• #include


• #include



• double attackerSuccessProbability(double q, int z) {


• double p = 1.0 - q;


• double lambda = z * (q / p);


• double sum = 1.0;


• int i, k;


• for (k = 0; k <= z; k++) {


• double poisson = exp(-lambda);


• for (i = 1; i <= k; i++)


• poisson *= lambda / i;


• sum -= poisson * (1 - pow(q / p, z - k));


• }


• return sum;


• }



• int main() {


• for (int i = 0; i < 10; i++) {


• printf("z=%d, p=%f\n", i, attackerSuccessProbability(0.51, i));


• }


• return 0;


• }



• 通过上述的计算我们会发现，在无限长的时间中，占有全网算力的节点能够发起 51% 攻击修改历史的概率是 100%；但是在有限长的时间中，因为比特币中的算力是相对动态的，比特币网络的节点也在避免出现单节点占有 51% 以上算力的情况，所以想要篡改比特币的历史还是比较困难的，不过在一些小众的、算力没有保证的一些区块链网络中，51% 攻击还是极其常见的10。



• 防范 51% 攻击方法也很简单，在多数的区块链网络中，刚刚加入区块链网络中的交易都是未确认的，只要这些区块后面追加了数量足够的区块，区块中的交易才会被确认。比特币中的交易确认数就是 6 个，而比特币平均 10 分钟生成一个块，所以一次交易的确认时间大概为 60 分钟，这也是为了保证安全性不得不做出的牺牲。不过，这种增加确认数的做法也不能保证 100% 的安全，我们也只能在不影响用户体验的情况下，尽可能增加攻击者的成本。



总结



• 研究比特币这样的区块链技术还是非常有趣的，作为一个分布式的数据库，它也会遇到分布式系统经常会遇到的问题，例如节点不可靠等问题；同时作为一个金融系统和账本，它也会面对更加复杂的交易确认和验证场景。比特币网络的设计非常有趣，它是技术和金融两个交叉领域结合后的产物，非常值得我们花时间研究背后的原理。



• 比特币并不能 100% 防止交易和数据的篡改，文中提到的两种技术都只能从一定概率上保证安全，而降低攻击者成功的可能性也是安全领域需要面对的永恒问题。我们可以换一个更严谨的方式阐述今天的问题 — 比特币使用了哪些技术来增加攻击者的成本、降低交易被篡改的概率：



• 比特币使用了非对称加密算法，保证攻击者在有限时间内无法伪造账户所有者的签名；

• 比特币使用了工作量证明的共识算法并引入了记账的激励，保证网络中的历史交易不会被攻击者快速替换；



• 通过上述的两种方式，比特币才能保证历史的交易不会被篡改和所有账户中资金的安全。

10. 比特币的地址、公钥、私钥，你都了解了吗

了解比特币，就不可避免地要掌握什么是比特币的地址、公钥、私钥，下面我们一个一个来解释。

地址，就好比是银行账（卡）号，在创建数字钱包后就会自动生成，简单来说，就是创建钱包的时候，先产生一对私钥和公钥，然后公钥通过一套算法生成地址，这个地址实质上是一串字符，比如。

像银行账（卡）号可以用来收款一样，比特币地址也可以用来接收比特币。

这个比特币地址不单单给你转币的人知道，连整个比特币网络的人都能查看，可以说，全球所有用户的地址都可以被任何人知道。为什么这样说呢？因为比特币本质就是一个大型的公开账本，所有交易对所有人都是可见的。而交易记录中包括了交易流水单号、发币人的发币地址、收币人地址、发币人的找零地址。

私钥，可以看作是银行密码，是一串很长的由钱包生成的随机数，比如， LBB9ZXMCJ。私钥是唯一能够证明你拥有的比特币是属于你的，也只有用私钥才能转账、交易和使用数字钱包里的比特币。

我们都知道了，银行密码绝对不能泄露给别人，私钥也一样，打死也不要告诉他人，否则你的比特币很容易就被转走。银行的钱被盗了，因为有国家监管和第三方信用，还有可能被追回，但比特币是去中心化的，没有第三方，自己的币只能自己负责看管，丢了，或被他人转走了，就永远拿不回来了。所以千万千万不要把私钥告诉他人，不要把私钥保存在手机或者电脑上，不要通过网络传输你的私钥，那怎么办？记住了，要用笔写在纸上，写两到三份分别放在不同的地方，保管好。

公钥，顾名思义，是可以公开的，也是像地址和私钥一样，是一串长长的字符。公钥由私钥通过椭圆曲线加密算法生成，通过私钥可以算出唯一一个公钥，但公钥不能逆向推导出私钥。

那到底比特币地址、公钥、私钥在交易中起什么作用的呢？

首先，钱包通过加密算法把私钥加密成字符串（也叫作签名），然后把这个字符串，和公钥一起写到交易信息里，再发给矿工。矿工收到信息后，就会将签名、公钥写入一个验证函数，如果得出的结果为“true”，那么这个交易会被确认为真实有效，就能被验证通过。而结果为“false”，则说明这笔交易存在问题，不能被验证通过。

通过以上浅显的文字，希望能帮到你对比特币的地址、公钥和私钥有一个初步的了解吧！感谢你的阅读！