摘要：比特幣地址這就是一個(gè)真實(shí)的比特幣地址。這是史上第一個(gè)比特幣地址，據(jù)說(shuō)屬于中本聰。當(dāng)你安裝一個(gè)錢包應(yīng)用，或是使用一個(gè)比特幣客戶端來(lái)生成一個(gè)新地址時(shí)，它就會(huì)為你生成一對(duì)密鑰。在被放入到一個(gè)塊之前，必須要對(duì)每一筆交易進(jìn)行驗(yàn)證。

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在上一篇文章中，我們已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了交易。相信你應(yīng)該了解了交易中的一些天然屬性，這些屬性沒(méi)有絲毫“個(gè)人”色彩的存在：在比特幣中，沒(méi)有用戶賬戶，不需要也不會(huì)在任何地方存儲(chǔ)個(gè)人數(shù)據(jù)（比如姓名，護(hù)照號(hào)碼或者 SSN）。但是，我們總要有某種途徑識(shí)別出你是交易輸出的所有者（也就是說(shuō)，你擁有在這些輸出上鎖定的幣）。這就是比特幣地址（address）需要完成的使命。在上一篇中，我們把一個(gè)由用戶定義的任意字符串當(dāng)成是地址，現(xiàn)在我們將要實(shí)現(xiàn)一個(gè)跟比特幣一樣的真實(shí)地址。

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這就是一個(gè)真實(shí)的比特幣地址：1A1zP1eP5QGefi2DMPTfTL5SLmv7DivfNa。這是史上第一個(gè)比特幣地址，據(jù)說(shuō)屬于中本聰。比特幣地址是完全公開的，如果你想要給某個(gè)人發(fā)送幣，只需要知道他的地址就可以了。但是，地址（盡管地址也是獨(dú)一無(wú)二的）并不是用來(lái)證明你是一個(gè)“錢包”所有者的信物。實(shí)際上，所謂的地址，只不過(guò)是將公鑰表示成人類可讀的形式而已，因?yàn)樵墓€人類很難閱讀。在比特幣中，你的身份（identity）就是一對(duì)（或者多對(duì)）保存在你的電腦（或者你能夠獲取到的地方）上的公鑰（public key）和私鑰（private key）。比特幣基于一些加密算法的組合來(lái)創(chuàng)建這些密鑰，并且保證了在這個(gè)世界上沒(méi)有其他人能夠取走你的幣，除非拿到你的密鑰。下面，讓我們來(lái)討論一下這些算法到底是什么。

公鑰加密（public-key cryptography）算法使用的是成對(duì)的密鑰：公鑰和私鑰。公鑰并不是敏感信息，可以告訴其他人。但是，私鑰絕對(duì)不能告訴其他人：只有所有者（owner）才能知道私鑰，能夠識(shí)別，鑒定和證明所有者身份的就是私鑰。在加密貨幣的世界中，你的私鑰代表的就是你，私鑰就是一切。

本質(zhì)上，比特幣錢包也只不過(guò)是這樣的密鑰對(duì)而已。當(dāng)你安裝一個(gè)錢包應(yīng)用，或是使用一個(gè)比特幣客戶端來(lái)生成一個(gè)新地址時(shí)，它就會(huì)為你生成一對(duì)密鑰。在比特幣中，誰(shuí)擁有了私鑰，誰(shuí)就可以控制所以發(fā)送到這個(gè)公鑰的幣。

私鑰和公鑰只不過(guò)是隨機(jī)的字節(jié)序列，因此它們無(wú)法在屏幕上打印，人類也無(wú)法通過(guò)肉眼去讀取。這就是為什么比特幣使用了一個(gè)轉(zhuǎn)換算法，將公鑰轉(zhuǎn)化為一個(gè)人類可讀的字符串（也就是我們看到的地址）。

如果你用過(guò)比特幣錢包應(yīng)用，很可能它會(huì)為你生成一個(gè)助記符。這樣的助記符可以用來(lái)替代私鑰，并且可以被用于生成私鑰。BIP-039 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這個(gè)機(jī)制。

好了，現(xiàn)在我們已經(jīng)知道了在比特幣中證明用戶身份的是私鑰。那么，比特幣如何檢查交易輸出（和存儲(chǔ)在里面的幣）的所有權(quán)呢？

在數(shù)學(xué)和密碼學(xué)中，有一個(gè)數(shù)字簽名（digital signature）的概念，算法可以保證：

當(dāng)數(shù)據(jù)從發(fā)送方傳送到接收方時(shí)，數(shù)據(jù)不會(huì)被修改；

數(shù)據(jù)由某一確定的發(fā)送方創(chuàng)建；

發(fā)送方無(wú)法否認(rèn)發(fā)送過(guò)數(shù)據(jù)這一事實(shí)。

通過(guò)在數(shù)據(jù)上應(yīng)用簽名算法（也就是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名），你就可以得到一個(gè)簽名，這個(gè)簽名晚些時(shí)候會(huì)被驗(yàn)證。生成數(shù)字簽名需要一個(gè)私鑰，而驗(yàn)證簽名需要一個(gè)公鑰。簽名有點(diǎn)類似于印章，比方說(shuō)我做了一幅畫，完了用印章一蓋，就說(shuō)明了這幅畫是我的作品。給數(shù)據(jù)生成簽名，就是給數(shù)據(jù)蓋了章。

為了對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名，我們需要下面兩樣?xùn)|西：

要簽名的數(shù)據(jù)

私鑰

應(yīng)用簽名算法可以生成一個(gè)簽名，并且這個(gè)簽名會(huì)被存儲(chǔ)在交易輸入中。為了對(duì)一個(gè)簽名進(jìn)行驗(yàn)證，我們需要以下三樣?xùn)|西：

被簽名的數(shù)據(jù)

簽名

公鑰

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，驗(yàn)證過(guò)程可以被描述為：檢查簽名是由被簽名數(shù)據(jù)加上私鑰得來(lái)，并且公鑰恰好是由該私鑰生成。

數(shù)據(jù)簽名并不是加密，你無(wú)法從一個(gè)簽名重新構(gòu)造出數(shù)據(jù)。這有點(diǎn)像哈希：你在數(shù)據(jù)上運(yùn)行一個(gè)哈希算法，然后得到一個(gè)該數(shù)據(jù)的唯一表示。簽名與哈希的區(qū)別在于密鑰對(duì)：有了密鑰對(duì)，才有簽名驗(yàn)證。但是密鑰對(duì)也可以被用于加密數(shù)據(jù)：私鑰用于加密，公鑰用于解密數(shù)據(jù)。不過(guò)比特幣并不使用加密算法。

在比特幣中，每一筆交易輸入都會(huì)由創(chuàng)建交易的人簽名。在被放入到一個(gè)塊之前，必須要對(duì)每一筆交易進(jìn)行驗(yàn)證。除了一些其他步驟，驗(yàn)證意味著：

檢查交易輸入有權(quán)使用來(lái)自之前交易的輸出

檢查交易簽名是正確的

如圖，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名和對(duì)簽名進(jìn)行驗(yàn)證的過(guò)程大致如下：

現(xiàn)在來(lái)回顧一個(gè)交易完整的生命周期：

起初，創(chuàng)世塊里面包含了一個(gè) coinbase 交易。在 coinbase 交易中，沒(méi)有輸入，所以也就不需要簽名。coinbase 交易的輸出包含了一個(gè)哈希過(guò)的公鑰（使用的是
RIPEMD16(SHA256(PubKey)) 算法）

當(dāng)一個(gè)人發(fā)送幣時(shí)，就會(huì)創(chuàng)建一筆交易。這筆交易的輸入會(huì)引用之前交易的輸出。每個(gè)輸入會(huì)存儲(chǔ)一個(gè)公鑰（沒(méi)有被哈希）和整個(gè)交易的一個(gè)簽名。

比特幣網(wǎng)絡(luò)中接收到交易的其他節(jié)點(diǎn)會(huì)對(duì)該交易進(jìn)行驗(yàn)證。除了一些其他事情，他們還會(huì)檢查：在一個(gè)輸入中，公鑰哈希與所引用的輸出哈希相匹配（這保證了發(fā)送方只能花費(fèi)屬于自己的幣）；簽名是正確的（這保證了交易是由幣的實(shí)際擁有者所創(chuàng)建）。

當(dāng)一個(gè)礦工準(zhǔn)備挖一個(gè)新塊時(shí)，他會(huì)將交易放到塊中，然后開始挖礦。

當(dāng)新塊被挖出來(lái)以后，網(wǎng)絡(luò)中的所有其他節(jié)點(diǎn)會(huì)接收到一條消息，告訴其他人這個(gè)塊已經(jīng)被挖出并被加入到區(qū)塊鏈。

當(dāng)一個(gè)塊被加入到區(qū)塊鏈以后，交易就算完成，它的輸出就可以在新的交易中被引用。

正如之前提到的，公鑰和私鑰是隨機(jī)的字節(jié)序列。私鑰能夠用于證明持幣人的身份，需要有一個(gè)條件：隨機(jī)算法必須生成真正隨機(jī)的字節(jié)。因?yàn)闆](méi)有人會(huì)想要生成一個(gè)私鑰，而這個(gè)私鑰意外地也被別人所有。

比特幣使用橢圓曲線來(lái)產(chǎn)生私鑰。橢圓曲線是一個(gè)復(fù)雜的數(shù)學(xué)概念，我們并不打算在這里作太多解釋（如果你真的十分好奇，可以查看這篇文章，注意：有很多數(shù)學(xué)公式！）我們只要知道這些曲線可以生成非常大的隨機(jī)數(shù)就夠了。在比特幣中使用的曲線可以隨機(jī)選取在 0 與 2 ^ 2 ^ 56（大概是 10^77, 而整個(gè)可見(jiàn)的宇宙中，原子數(shù)在 10^78 到 10^82 之間） 的一個(gè)數(shù)。有如此高的一個(gè)上限，意味著幾乎不可能發(fā)生有兩次生成同一個(gè)私鑰的事情。

比特幣使用的是 ECDSA（Elliptic Curve Digital Signature Algorithm）算法來(lái)對(duì)交易進(jìn)行簽名，我們也會(huì)使用該算法。

回到上面提到的比特幣地址：1A1zP1eP5QGefi2DMPTfTL5SLmv7DivfNa ?，F(xiàn)在，我們已經(jīng)知道了這是公鑰用人類可讀的形式表示而已。如果我們對(duì)它進(jìn)行解碼，就會(huì)看到公鑰的本來(lái)面目（16 進(jìn)制表示的字節(jié)）：

0062E907B15CBF27D5425399EBF6F0FB50EBB88F18C29B7D93

比特幣使用 Base58 算法將公鑰轉(zhuǎn)換成人類可讀的形式。這個(gè)算法跟著名的 Base64 很類似，區(qū)別在于它使用了更短的字母表：為了避免一些利用字母相似性的攻擊，從字母表中移除了一些字母。也就是，沒(méi)有這些符號(hào)：0(零)，O(大寫的 o)，I(大寫的i)，l(小寫的 L)，因?yàn)檫@幾個(gè)字母看著很像。另外，也沒(méi)有 + 和 / 符號(hào)。

下圖是從一個(gè)公鑰獲得一個(gè)地址的過(guò)程：

因此，上面提到的公鑰解碼后包含三個(gè)部分：

Version  Public key hash                           Checksum
00       62E907B15CBF27D5425399EBF6F0FB50EBB88F18  C29B7D93

由于哈希函數(shù)是單向的（也就說(shuō)無(wú)法逆轉(zhuǎn)回去），所以不可能從一個(gè)哈希中提取公鑰。不過(guò)通過(guò)執(zhí)行哈希函數(shù)并進(jìn)行哈希比較，我們可以檢查一個(gè)公鑰是否被用于哈希的生成。

好了，所有細(xì)節(jié)都已就緒，來(lái)寫代碼吧。很多概念只有當(dāng)寫代碼的時(shí)候，才能理解地更透徹。

我們先從錢包 Wallet 結(jié)構(gòu)開始：

type Wallet struct {
    PrivateKey ecdsa.PrivateKey
    PublicKey  []byte
}

type Wallets struct {
    Wallets map[string]*Wallet
}

func NewWallet() *Wallet {
    private, public := newKeyPair()
    wallet := Wallet{private, public}

    return &wallet
}

func newKeyPair() (ecdsa.PrivateKey, []byte) {
    curve := elliptic.P256()
    private, err := ecdsa.GenerateKey(curve, rand.Reader)
    pubKey := append(private.PublicKey.X.Bytes(), private.PublicKey.Y.Bytes()...)

    return *private, pubKey
}

一個(gè)錢包只有一個(gè)密鑰對(duì)而已。我們需要 Wallets 類型來(lái)保存多個(gè)錢包的組合，將它們保存到文件中，或者從文件中進(jìn)行加載。Wallet 的構(gòu)造函數(shù)會(huì)生成一個(gè)新的密鑰對(duì)。newKeyPair 函數(shù)非常直觀：ECDSA 基于橢圓曲線，所以我們需要一個(gè)橢圓曲線。接下來(lái)，使用橢圓生成一個(gè)私鑰，然后再?gòu)乃借€生成一個(gè)公鑰。有一點(diǎn)需要注意：在基于橢圓曲線的算法中，公鑰是曲線上的點(diǎn)。因此，公鑰是 X，Y 坐標(biāo)的組合。在比特幣中，這些坐標(biāo)會(huì)被連接起來(lái)，然后形成一個(gè)公鑰。

現(xiàn)在，來(lái)生成一個(gè)地址：

func (w Wallet) GetAddress() []byte {
    pubKeyHash := HashPubKey(w.PublicKey)

    versionedPayload := append([]byte{version}, pubKeyHash...)
    checksum := checksum(versionedPayload)

    fullPayload := append(versionedPayload, checksum...)
    address := Base58Encode(fullPayload)

    return address
}

func HashPubKey(pubKey []byte) []byte {
    publicSHA256 := sha256.Sum256(pubKey)

    RIPEMD160Hasher := ripemd160.New()
    _, err := RIPEMD160Hasher.Write(publicSHA256[:])
    publicRIPEMD160 := RIPEMD160Hasher.Sum(nil)

    return publicRIPEMD160
}

func checksum(payload []byte) []byte {
    firstSHA := sha256.Sum256(payload)
    secondSHA := sha256.Sum256(firstSHA[:])

    return secondSHA[:addressChecksumLen]
}

將一個(gè)公鑰轉(zhuǎn)換成一個(gè) Base58 地址需要以下步驟：

使用 RIPEMD160(SHA256(PubKey)) 哈希算法，取公鑰并對(duì)其哈希兩次

給哈希加上地址生成算法版本的前綴

對(duì)于第二步生成的結(jié)果，使用 SHA256(SHA256(payload)) 再哈希，計(jì)算校驗(yàn)和。校驗(yàn)和是結(jié)果哈希的前四個(gè)字節(jié)。

將校驗(yàn)和附加到 version+PubKeyHash 的組合中。

使用 Base58 對(duì) version+PubKeyHash+checksum 組合進(jìn)行編碼。

至此，就可以得到一個(gè)真實(shí)的比特幣地址，你甚至可以在?blockchain.info 查看它的余額。不過(guò)我可以負(fù)責(zé)任地說(shuō)，無(wú)論生成一個(gè)新的地址多少次，檢查它的余額都是 0。這就是為什么選擇一個(gè)合適的公鑰加密算法是如此重要：考慮到私鑰是隨機(jī)數(shù)，生成同一個(gè)數(shù)字的概率必須是盡可能地低。理想情況下，必須是低到“永遠(yuǎn)”不會(huì)重復(fù)。

另外，注意：你并不需要連接到一個(gè)比特幣節(jié)點(diǎn)來(lái)獲得一個(gè)地址。地址生成算法使用的多種開源算法可以通過(guò)很多編程語(yǔ)言和庫(kù)實(shí)現(xiàn)。

現(xiàn)在我們需要修改輸入和輸出來(lái)使用地址：

type TXInput struct {
    Txid      []byte
    Vout      int
    Signature []byte
    PubKey    []byte
}

func (in *TXInput) UsesKey(pubKeyHash []byte) bool {
    lockingHash := HashPubKey(in.PubKey)

    return bytes.Compare(lockingHash, pubKeyHash) == 0
}

type TXOutput struct {
    Value      int
    PubKeyHash []byte
}

func (out *TXOutput) Lock(address []byte) {
    pubKeyHash := Base58Decode(address)
    pubKeyHash = pubKeyHash[1 : len(pubKeyHash)-4]
    out.PubKeyHash = pubKeyHash
}

func (out *TXOutput) IsLockedWithKey(pubKeyHash []byte) bool {
    return bytes.Compare(out.PubKeyHash, pubKeyHash) == 0
}

注意，現(xiàn)在我們已經(jīng)不再需要 ScriptPubKey 和 ScriptSig 字段，因?yàn)槲覀儾粫?huì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)腳本語(yǔ)言。相反，ScriptSig 會(huì)被分為 Signature 和 PubKey 字段，ScriptPubKey 被重命名為 PubKeyHash。我們會(huì)實(shí)現(xiàn)跟比特幣里一樣的輸出鎖定/解鎖和輸入簽名邏輯，不同的是我們會(huì)通過(guò)方法（method）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

UsesKey 方法檢查輸入使用了指定密鑰來(lái)解鎖一個(gè)輸出。注意到輸入存儲(chǔ)的是原生的公鑰（也就是沒(méi)有被哈希的公鑰），但是這個(gè)函數(shù)要求的是哈希后的公鑰。IsLockedWithKey 檢查是否提供的公鑰哈希被用于鎖定輸出。這是一個(gè) UsesKey 的輔助函數(shù)，并且它們都被用于 FindUnspentTransactions 來(lái)形成交易之間的聯(lián)系。

Lock 只是簡(jiǎn)單地鎖定了一個(gè)輸出。當(dāng)我們給某個(gè)人發(fā)送幣時(shí)，我們只知道他的地址，因?yàn)檫@個(gè)函數(shù)使用一個(gè)地址作為唯一的參數(shù)。然后，地址會(huì)被解碼，從中提取出公鑰哈希并保存在 PubKeyHash 字段。

現(xiàn)在，來(lái)檢查一下是否都能如期工作：

$ blockchain_go createwallet
Your new address: 13Uu7B1vDP4ViXqHFsWtbraM3EfQ3UkWXt

$ blockchain_go createwallet
Your new address: 15pUhCbtrGh3JUx5iHnXjfpyHyTgawvG5h

$ blockchain_go createwallet
Your new address: 1Lhqun1E9zZZhodiTqxfPQBcwr1CVDV2sy

$ blockchain_go createblockchain -address 13Uu7B1vDP4ViXqHFsWtbraM3EfQ3UkWXt
0000005420fbfdafa00c093f56e033903ba43599fa7cd9df40458e373eee724d

Done!

$ blockchain_go getbalance -address 13Uu7B1vDP4ViXqHFsWtbraM3EfQ3UkWXt
Balance of "13Uu7B1vDP4ViXqHFsWtbraM3EfQ3UkWXt": 10

$ blockchain_go send -from 15pUhCbtrGh3JUx5iHnXjfpyHyTgawvG5h -to 13Uu7B1vDP4ViXqHFsWtbraM3EfQ3UkWXt -amount 5
2017/09/12 13:08:56 ERROR: Not enough funds

$ blockchain_go send -from 13Uu7B1vDP4ViXqHFsWtbraM3EfQ3UkWXt -to 15pUhCbtrGh3JUx5iHnXjfpyHyTgawvG5h -amount 6
00000019afa909094193f64ca06e9039849709f5948fbac56cae7b1b8f0ff162

Success!

$ blockchain_go getbalance -address 13Uu7B1vDP4ViXqHFsWtbraM3EfQ3UkWXt
Balance of "13Uu7B1vDP4ViXqHFsWtbraM3EfQ3UkWXt": 4

$ blockchain_go getbalance -address 15pUhCbtrGh3JUx5iHnXjfpyHyTgawvG5h
Balance of "15pUhCbtrGh3JUx5iHnXjfpyHyTgawvG5h": 6

$ blockchain_go getbalance -address 1Lhqun1E9zZZhodiTqxfPQBcwr1CVDV2sy
Balance of "1Lhqun1E9zZZhodiTqxfPQBcwr1CVDV2sy": 0

很好！現(xiàn)在我們來(lái)實(shí)現(xiàn)交易簽名。

交易必須被簽名，因?yàn)檫@是比特幣里面保證發(fā)送方不會(huì)花費(fèi)屬于其他人的幣的唯一方式。如果一個(gè)簽名是無(wú)效的，那么這筆交易就會(huì)被認(rèn)為是無(wú)效的，因此，這筆交易也就無(wú)法被加到區(qū)塊鏈中。

我們現(xiàn)在離實(shí)現(xiàn)交易簽名還差一件事情：用于簽名的數(shù)據(jù)。一筆交易的哪些部分需要簽名？又或者說(shuō)，要對(duì)完整的交易進(jìn)行簽名？選擇簽名的數(shù)據(jù)相當(dāng)重要。因?yàn)橛糜诤灻倪@個(gè)數(shù)據(jù)，必須要包含能夠唯一識(shí)別數(shù)據(jù)的信息。比如，如果僅僅對(duì)輸出值進(jìn)行簽名并沒(méi)有什么意義，因?yàn)楹灻粫?huì)考慮發(fā)送方和接收方。

考慮到交易解鎖的是之前的輸出，然后重新分配里面的價(jià)值，并鎖定新的輸出，那么必須要簽名以下數(shù)據(jù)：

存儲(chǔ)在已解鎖輸出的公鑰哈希。它識(shí)別了一筆交易的“發(fā)送方”。

存儲(chǔ)在新的鎖定輸出里面的公鑰哈希。它識(shí)別了一筆交易的“接收方”。

新的輸出值。

在比特幣中，鎖定/解鎖邏輯被存儲(chǔ)在腳本中，它們被分別存儲(chǔ)在輸入和輸出的 ScriptSig 和 ScriptPubKey 字段。由于比特幣允許這樣不同類型的腳本，它對(duì) ScriptPubKey 的整個(gè)內(nèi)容進(jìn)行了簽名。

可以看到，我們不需要對(duì)存儲(chǔ)在輸入里面的公鑰簽名。因此，在比特幣里， 所簽名的并不是一個(gè)交易，而是一個(gè)去除部分內(nèi)容的輸入副本，輸入里面存儲(chǔ)了被引用輸出的 ScriptPubKey 。

獲取修剪后的交易副本的詳細(xì)過(guò)程在這里. 雖然它可能已經(jīng)過(guò)時(shí)了，但是我并沒(méi)有找到另一個(gè)更可靠的來(lái)源。

看著有點(diǎn)復(fù)雜，來(lái)開始寫代碼吧。先從 Sign 方法開始：

func (tx *Transaction) Sign(privKey ecdsa.PrivateKey, prevTXs map[string]Transaction) {
    if tx.IsCoinbase() {
        return
    }

    txCopy := tx.TrimmedCopy()

    for inID, vin := range txCopy.Vin {
        prevTx := prevTXs[hex.EncodeToString(vin.Txid)]
        txCopy.Vin[inID].Signature = nil
        txCopy.Vin[inID].PubKey = prevTx.Vout[vin.Vout].PubKeyHash
        txCopy.ID = txCopy.Hash()
        txCopy.Vin[inID].PubKey = nil

        r, s, err := ecdsa.Sign(rand.Reader, &privKey, txCopy.ID)
        signature := append(r.Bytes(), s.Bytes()...)

        tx.Vin[inID].Signature = signature
    }
}

這個(gè)方法接受一個(gè)私鑰和一個(gè)之前交易的 map。正如上面提到的，為了對(duì)一筆交易進(jìn)行簽名，我們需要獲取交易輸入所引用的輸出，因?yàn)槲覀冃枰鎯?chǔ)這些輸出的交易。

來(lái)一步一步地分析該方法：

if tx.IsCoinbase() {
    return
}

coinbase 交易因?yàn)闆](méi)有實(shí)際輸入，所以沒(méi)有被簽名。

txCopy := tx.TrimmedCopy()

將會(huì)被簽署的是修剪后的交易副本，而不是一個(gè)完整交易：

func (tx *Transaction) TrimmedCopy() Transaction {
    var inputs []TXInput
    var outputs []TXOutput

    for _, vin := range tx.Vin {
        inputs = append(inputs, TXInput{vin.Txid, vin.Vout, nil, nil})
    }

    for _, vout := range tx.Vout {
        outputs = append(outputs, TXOutput{vout.Value, vout.PubKeyHash})
    }

    txCopy := Transaction{tx.ID, inputs, outputs}

    return txCopy
}

這個(gè)副本包含了所有的輸入和輸出，但是 TXInput.Signature 和 TXIput.PubKey 被設(shè)置為 nil。

接下來(lái)，我們會(huì)迭代副本中每一個(gè)輸入：

for inID, vin := range txCopy.Vin {
    prevTx := prevTXs[hex.EncodeToString(vin.Txid)]
    txCopy.Vin[inID].Signature = nil
    txCopy.Vin[inID].PubKey = prevTx.Vout[vin.Vout].PubKeyHash

在每個(gè)輸入中，Signature 被設(shè)置為 nil (僅僅是一個(gè)雙重檢驗(yàn))，PubKey 被設(shè)置為所引用輸出的 PubKeyHash?，F(xiàn)在，除了當(dāng)前交易，其他所有交易都是“空的”，也就是說(shuō)他們的 Signature 和 PubKey 字段被設(shè)置為 nil。因此，輸入是被分開簽名的，盡管這對(duì)于我們的應(yīng)用并不十分緊要，但是比特幣允許交易包含引用了不同地址的輸入。

    txCopy.ID = txCopy.Hash()
    txCopy.Vin[inID].PubKey = nil

Hash 方法對(duì)交易進(jìn)行序列化，并使用 SHA-256 算法進(jìn)行哈希。哈希后的結(jié)果就是我們要簽名的數(shù)據(jù)。在獲取完哈希，我們應(yīng)該重置 PubKey 字段，以便于它不會(huì)影響后面的迭代。

現(xiàn)在，關(guān)鍵點(diǎn)：

    r, s, err := ecdsa.Sign(rand.Reader, &privKey, txCopy.ID)
    signature := append(r.Bytes(), s.Bytes()...)

    tx.Vin[inID].Signature = signature

我們通過(guò) privKey 對(duì) txCopy.ID 進(jìn)行簽名。一個(gè) ECDSA 簽名就是一對(duì)數(shù)字，我們對(duì)這對(duì)數(shù)字連接起來(lái)，并存儲(chǔ)在輸入的 Signature 字段。

現(xiàn)在，驗(yàn)證函數(shù)：

func (tx *Transaction) Verify(prevTXs map[string]Transaction) bool {
    txCopy := tx.TrimmedCopy()
    curve := elliptic.P256()

    for inID, vin := range tx.Vin {
        prevTx := prevTXs[hex.EncodeToString(vin.Txid)]
        txCopy.Vin[inID].Signature = nil
        txCopy.Vin[inID].PubKey = prevTx.Vout[vin.Vout].PubKeyHash
        txCopy.ID = txCopy.Hash()
        txCopy.Vin[inID].PubKey = nil

        r := big.Int{}
        s := big.Int{}
        sigLen := len(vin.Signature)
        r.SetBytes(vin.Signature[:(sigLen / 2)])
        s.SetBytes(vin.Signature[(sigLen / 2):])

        x := big.Int{}
        y := big.Int{}
        keyLen := len(vin.PubKey)
        x.SetBytes(vin.PubKey[:(keyLen / 2)])
        y.SetBytes(vin.PubKey[(keyLen / 2):])

        rawPubKey := ecdsa.PublicKey{curve, &x, &y}
        if ecdsa.Verify(&rawPubKey, txCopy.ID, &r, &s) == false {
            return false
        }
    }

    return true
}

這個(gè)方法十分直觀。首先，我們需要同一筆交易的副本：

txCopy := tx.TrimmedCopy()

然后，我們需要相同的區(qū)塊用于生成密鑰對(duì)：

curve := elliptic.P256()

接下來(lái)，我們檢查每個(gè)輸入中的簽名：

for inID, vin := range tx.Vin {
    prevTx := prevTXs[hex.EncodeToString(vin.Txid)]
    txCopy.Vin[inID].Signature = nil
    txCopy.Vin[inID].PubKey = prevTx.Vout[vin.Vout].PubKeyHash
    txCopy.ID = txCopy.Hash()
    txCopy.Vin[inID].PubKey = nil

這個(gè)部分跟 Sign 方法一模一樣，因?yàn)樵隍?yàn)證階段，我們需要的是與簽名相同的數(shù)據(jù)。

    r := big.Int{}
    s := big.Int{}
    sigLen := len(vin.Signature)
    r.SetBytes(vin.Signature[:(sigLen / 2)])
    s.SetBytes(vin.Signature[(sigLen / 2):])

    x := big.Int{}
    y := big.Int{}
    keyLen := len(vin.PubKey)
    x.SetBytes(vin.PubKey[:(keyLen / 2)])
    y.SetBytes(vin.PubKey[(keyLen / 2):])

這里我們解包存儲(chǔ)在 TXInput.Signature 和 TXInput.PubKey 中的值，因?yàn)橐粋€(gè)簽名就是一對(duì)數(shù)字，一個(gè)公鑰就是一對(duì)坐標(biāo)。我們之前為了存儲(chǔ)將它們連接在一起，現(xiàn)在我們需要對(duì)它們進(jìn)行解包在 crypto/ecdsa 函數(shù)中使用。

    rawPubKey := ecdsa.PublicKey{curve, &x, &y}
    if ecdsa.Verify(&rawPubKey, txCopy.ID, &r, &s) == false {
        return false
    }
}

return true

在這里：我們使用從輸入提取的公鑰創(chuàng)建了一個(gè) ecdsa.PublicKey，通過(guò)傳入輸入中提取的簽名執(zhí)行了 ecdsa.Verify。如果所有的輸入都被驗(yàn)證，返回 true；如果有任何一個(gè)驗(yàn)證失敗，返回 false.

現(xiàn)在，我們需要一個(gè)函數(shù)來(lái)獲得之前的交易。由于這需要與區(qū)塊鏈進(jìn)行交互，我們將它放在了 Blockchain 的方法里面：

func (bc *Blockchain) FindTransaction(ID []byte) (Transaction, error) {
    bci := bc.Iterator()

    for {
        block := bci.Next()

        for _, tx := range block.Transactions {
            if bytes.Compare(tx.ID, ID) == 0 {
                return *tx, nil
            }
        }

        if len(block.PrevBlockHash) == 0 {
            break
        }
    }

    return Transaction{}, errors.New("Transaction is not found")
}

func (bc *Blockchain) SignTransaction(tx *Transaction, privKey ecdsa.PrivateKey) {
    prevTXs := make(map[string]Transaction)

    for _, vin := range tx.Vin {
        prevTX, err := bc.FindTransaction(vin.Txid)
        prevTXs[hex.EncodeToString(prevTX.ID)] = prevTX
    }

    tx.Sign(privKey, prevTXs)
}

func (bc *Blockchain) VerifyTransaction(tx *Transaction) bool {
    prevTXs := make(map[string]Transaction)

    for _, vin := range tx.Vin {
        prevTX, err := bc.FindTransaction(vin.Txid)
        prevTXs[hex.EncodeToString(prevTX.ID)] = prevTX
    }

    return tx.Verify(prevTXs)
}

這幾個(gè)比較簡(jiǎn)單：FindTransaction 通過(guò) ID 找到一筆交易（這需要在區(qū)塊鏈上迭代所有區(qū)塊）；SignTransaction 傳入一筆交易，找到它引用的交易，然后對(duì)它進(jìn)行簽名；VerifyTransaction 做的是相同的事情，不過(guò)是對(duì)交易進(jìn)行驗(yàn)證。

現(xiàn)在，我們需要實(shí)際簽名和驗(yàn)證交易。簽名在 NewUTXOTransaction 中進(jìn)行：

func NewUTXOTransaction(from, to string, amount int, bc *Blockchain) *Transaction {
    ...

    tx := Transaction{nil, inputs, outputs}
    tx.ID = tx.Hash()
    bc.SignTransaction(&tx, wallet.PrivateKey)

    return &tx
}

在一筆交易被放入一個(gè)塊之前進(jìn)行驗(yàn)證：

func (bc *Blockchain) MineBlock(transactions []*Transaction) {
    var lastHash []byte

    for _, tx := range transactions {
        if bc.VerifyTransaction(tx) != true {
            log.Panic("ERROR: Invalid transaction")
        }
    }
    ...
}

就是這些了！讓我們?cè)賮?lái)檢查一下所有內(nèi)容：

$ blockchain_go createwallet
Your new address: 1AmVdDvvQ977oVCpUqz7zAPUEiXKrX5avR

$ blockchain_go createwallet
Your new address: 1NE86r4Esjf53EL7fR86CsfTZpNN42Sfab

$ blockchain_go createblockchain -address 1AmVdDvvQ977oVCpUqz7zAPUEiXKrX5avR
000000122348da06c19e5c513710340f4c307d884385da948a205655c6a9d008

Done!

$ blockchain_go send -from 1AmVdDvvQ977oVCpUqz7zAPUEiXKrX5avR -to 1NE86r4Esjf53EL7fR86CsfTZpNN42Sfab -amount 6
0000000f3dbb0ab6d56c4e4b9f7479afe8d5a5dad4d2a8823345a1a16cf3347b

Success!

$ blockchain_go getbalance -address 1AmVdDvvQ977oVCpUqz7zAPUEiXKrX5avR
Balance of "1AmVdDvvQ977oVCpUqz7zAPUEiXKrX5avR": 4

$ blockchain_go getbalance -address 1NE86r4Esjf53EL7fR86CsfTZpNN42Sfab
Balance of "1NE86r4Esjf53EL7fR86CsfTZpNN42Sfab": 6

一切正常！

現(xiàn)在來(lái)注釋掉 NewUTXOTransaction 里面的bc.SignTransaction(&tx, wallet.PrivateKey) 的調(diào)用，因?yàn)槲春灻慕灰谉o(wú)法被打包：

func NewUTXOTransaction(from, to string, amount int, bc *Blockchain) *Transaction {
   ...
    tx := Transaction{nil, inputs, outputs}
    tx.ID = tx.Hash()
    // bc.SignTransaction(&tx, wallet.PrivateKey)

    return &tx
}

$ go install
$ blockchain_go send -from 1AmVdDvvQ977oVCpUqz7zAPUEiXKrX5avR -to 1NE86r4Esjf53EL7fR86CsfTZpNN42Sfab -amount 1
2017/09/12 16:28:15 ERROR: Invalid transaction

到目前為止，我們已經(jīng)完成了比特幣中的許多關(guān)鍵特性！除了網(wǎng)絡(luò)外的所有事情都已基本完成，在下一篇文章中，我們將會(huì)完成交易部分。

鏈接：

Full source codes

Public-key cryptography

Digital signatures

Elliptic curve

Elliptic curve cryptography

ECDSA

Technical background of Bitcoin addresses

Address

Base58

A gentle introduction to elliptic curve cryptography

原文：Building Blockchain in Go. Part 5: Addresses