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區(qū)塊鏈中的DCDSA:橢圓曲線數(shù)字簽名

dack / 1871人閱讀

摘要：既然我們已經(jīng)可以產(chǎn)生橢圓曲線密鑰對(duì)，我們接下來(lái)就用使用它來(lái)進(jìn)行消息的簽名和驗(yàn)證。簽名橢圓曲線簽名算法就是在中，各方必須約定一個(gè)共同的哈希函數(shù)因?yàn)槲覀儗⒁灻膶?duì)象是消息，而不是消息本身。這種行為也是造成交易可塑性的原因之一。

既然我們已經(jīng)可以產(chǎn)生橢圓曲線密鑰對(duì)，我們接下來(lái)就用使用它來(lái)進(jìn)行消息的簽名和驗(yàn)證。我所指的消息是任何形式，無(wú)論是文本還是二進(jìn)制形式，只要它們有被驗(yàn)證合法性的需要。特別的是，bitcoin客戶端通過(guò)簽名來(lái)證明交易的有效性，反之，礦工則是通過(guò)驗(yàn)證這樣的簽名，來(lái)批準(zhǔn)并廣播合法的交易。

ECDSA 簽名

橢圓曲線簽名算法就是ECDSA(Elliptic-Curve Digital Signature Algorithm).在ECDSA中，各方必須約定一個(gè)共同的哈希函數(shù)H, 因?yàn)槲覀儗⒁灻膶?duì)象是H(消息)，而不是消息本身。值得注意的是，只有簽名方S有私鑰的權(quán)限，驗(yàn)證方V只需要拿到相應(yīng)的公鑰就可以進(jìn)行驗(yàn)證。本文中，我將使用上一章所創(chuàng)建的密鑰對(duì)。

下面的案例中，我們簽名的對(duì)象是SHA-256摘要。但bitcoin中指定的H函數(shù)是HASH256，也就是指雙重SHA-256。

簽名

第一步把我們的消息存入文件，命名ex-message.txt。

This is a very confidential message

之后，我們用私鑰對(duì)其SHA-256摘要進(jìn)行簽名。

$ openssl dgst -sha256 -sign ec-priv.pem ex-message.txt >ex-signature.der

ex-signature.der文件是簽名的DER格式。OpenSSL使用DER編碼任何二進(jìn)制輸出，但這里我們忽略這個(gè)細(xì)節(jié)。你不需要了解ECDSA簽名的語(yǔ)法，只需要記住它僅僅是一組的大數(shù)對(duì)(r,s)。

你可能會(huì)注意到，每一次你執(zhí)行程序，簽名都發(fā)生變化，也就是說(shuō)默認(rèn)的簽名過(guò)程是不具有確定性的。這就給序列化區(qū)塊鏈交易時(shí)帶來(lái)了問(wèn)題，因?yàn)楹灻?b>交易字節(jié)序列中的一部分，并且你一定知道txid是對(duì)交易進(jìn)行哈希得來(lái)的。因此，每當(dāng)你簽名一筆交易，txid就會(huì)隨之變化。這種行為也是造成交易可塑性的原因之一。

為了顯示十六進(jìn)制編碼的簽名，只需添加-hex參數(shù)。

$ openssl dgst -sha256 -hex -sign ec-priv.pem ex-message.txt

為了重用剛剛輸出的結(jié)果，最好使用hexdup已生成的DER文件。

$ hexdump ex-signature.der
驗(yàn)證

無(wú)論什么時(shí)候?qū)⒑戏ㄏl(fā)布到網(wǎng)絡(luò)，接收者都希望能夠得到一個(gè)附件的簽名。在假設(shè)我們已經(jīng)得到作者公鑰的情況下，無(wú)論是原消息還是簽名，都必須作為驗(yàn)證流程的輸入數(shù)據(jù)：

$ openssl dgst -sha256 -verify ec-pub.pem -signature ex-signature.der ex-message.txt
代碼版本

我們使用代碼來(lái)完成上文中在命令行中完成的同樣的工作。

簽名

OpenSSL使簽名流程變得簡(jiǎn)單，這一部分可以在 ex-ecdsa-sign.c中查看。

uint8_t priv_bytes[32] = { ... };
const char message[] = "This is a very confidential message
";

EC_KEY *key;
uint8_t digest[32];
ECDSA_SIG *signature;
uint8_t *der, *der_copy;
size_t der_len;

...

key = bbp_ec_new_keypair(priv_bytes);
bbp_sha256(digest, (uint8_t *)message, strlen(message));
signature = ECDSA_do_sign(digest, sizeof(digest), key);

ECDSA_SIG是一個(gè)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，用于存儲(chǔ)上文所說(shuō)的(r,s)對(duì)：

struct {
    BIGNUM *r;
    BIGNUM *s;
} ECDSA_SIG;

使用i2d_ECDSA_SIG函數(shù)，我們也可以得到DER編碼的簽名：

der_len = ECDSA_size(key);
der = calloc(der_len, sizeof(uint8_t));
der_copy = der;
i2d_ECDSA_SIG(signature, &der_copy);
驗(yàn)證

驗(yàn)證同樣很簡(jiǎn)單，可以在ex-ecdsa-verify.c中查看:

uint8_t pub_bytes[33] = { ... };
uint8_t der_bytes[] = { ... };
const char message[] = "This is a very confidential message
";

EC_KEY *key;
const uint8_t *der_bytes_copy;
ECDSA_SIG *signature;
uint8_t digest[32];
int verified;

...

key = bbp_ec_new_pubkey(pub_bytes);
der_bytes_copy = der_bytes;
signature = d2i_ECDSA_SIG(NULL, &der_bytes_copy, sizeof(der_bytes));

因?yàn)闊o(wú)法得到私鑰，我們利用使用下面的輔助函數(shù)將pub_bytes解碼為壓縮形式。

EC_KEY *bbp_ec_new_pubkey(const uint8_t *pub_bytes, size_t pub_len);

另一方面，der_bytes是簽名程序返回的DER格式的簽名。我們將解碼DER簽名到更方便的ECDSA_SIG結(jié)構(gòu)中，然后與消息摘要比較進(jìn)行驗(yàn)證。

ECDSA_do_verify函數(shù)的返回值:

1，簽名合法

0，簽名不合法

-1，出現(xiàn)未知錯(cuò)誤

注意：使用ECDSA_verify可以跳過(guò)簽名的解碼過(guò)程，因?yàn)樗枰妮斎胫凳?b>DER形式的簽名。

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