比特币地址:一串神秘的数字背后的密码学原理

2023-11-29 09:32:20 1303 0
比特神

比特币是一种去中心化的数字货币,它不依赖于任何中央机构或权威机构来发行和管理,而是通过一个开放的、分布式的、点对点的网络来实现交易的验证和记录。在比特币网络中,每个参与者都有一个或多个比特币地址,用来接收或发送比特币。比特币地址看起来是一串随机的数字和字母,例如 17JsmEygbbEUEpvt4PFtYaTeSqfb9ki1F1,但实际上,它是经过一系列复杂的密码学运算而生成的。那么,比特币地址的生成过程是怎样的呢?本文将从私钥、公钥和地址三个层面,简要介绍比特币地址的生成流程和原理。

私钥:随机数的选择

私钥是比特币地址的核心,它是一个32字节(256位)的随机数,用来对交易进行签名,证明交易的发起者拥有比特币的使用权。私钥必须是正数,并且小于一个特定的值,这个值是 FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFEBAAEDCE6AF48A03BBFD25E8CD0364141,它是一个非常大的数,绝大部分的256位随机数都要比它小。私钥的选择范围是由比特币使用的椭圆曲线数字签名算法(ECDSA)决定的,这是一种基于椭圆曲线数学的签名算法,比特币选择的曲线被叫做 secp256k1。私钥的选择必须保证足够的随机性,以防止被猜测或暴力破解。私钥可以有不同的格式表示,例如二进制、十六进制、Base64、WIF(Wallet Import Format)或助记词,但它们都对应相同的256位随机数。

公钥:椭圆曲线的运算

公钥是由私钥通过椭圆曲线运算而得到的,它是一个64字节(512位)的整数,由两个32字节的坐标值(X和Y)拼接而成。公钥可以用来验证交易的签名,证明交易的发起者拥有私钥。公钥的生成过程是不可逆的,也就是说,不能从公钥推算出私钥。公钥可以有两种格式,完整版和压缩版。完整版的公钥是在64字节的整数前面加上一个字节的前缀 0x04,表示它是完整的。压缩版的公钥是只保留X坐标值,并根据Y坐标值的奇偶性,在X坐标值前面加上一个字节的前缀 0x02 或 0x03,表示它是压缩的。压缩版的公钥可以节省空间,因为可以通过X坐标值和椭圆曲线方程计算出Y坐标值。现在大部分的钱包都使用压缩版的公钥。

地址:哈希运算的转换

地址是由公钥经过一系列的哈希运算和编码而得到的,它是一个20字节(160位)的数字,用来标识比特币的所有者。地址的生成过程是这样的:

对公钥进行两次哈希运算,第一次使用 SHA-256 算法,第二次使用 RIPEMD-160 算法,得到一个20字节的哈希值,称为公钥哈希(Public Key Hash)。

在公钥哈希前面加上一个字节的版本号,用来区分不同的网络,比特币主网的版本号是 0x00,测试网的版本号是 0x6F。

对上一步得到的21字节的数据进行两次 SHA-256 哈希运算,取最终哈希值的前四个字节,作为校验码(Checksum),用来检测地址是否有误。

把校验码拼接在21字节的数据后面,得到一个25字节的数据。

对25字节的数据进行 Base58 编码,得到一个由数字和字母组成的字符串,这就是比特币地址。

Base58 编码是一种去掉了容易混淆的字符(如 0, O, I, l)的 Base64 编码,它可以把二进制数据转换成可读的文本。比特币地址通常以 1 开头,表示它是一个普通地址,也有以 3 开头的地址,表示它是一个多重签名地址,还有以 bc1 开头的地址,表示它是一个隔离见证地址。这些地址都有不同的版本号和编码方式,但它们的生成原理都是类似的。

比特币地址的生成过程是一个从私钥到公钥,再从公钥到地址的转换过程,其中涉及了椭圆曲线运算、哈希运算和编码运算等密码学技术。比特币地址是比特币网络中的身份标识,它既保证了比特币的安全性,又保证了比特币的匿名性。通过了解比特币地址的生成过程,我们可以更好地理解比特币的工作原理和设计思想。


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