区块链深度学习系列｜椭圆曲线数字签名（ECDSA）的应用

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本系列内容包含：基本概念及原理、密码学、共识算法、钱包及节点原理、挖矿原理及实现。

 

区块链中哪些地方使用了ECDSA?

 

通过前面系列的区块链原理和技术，大家应该都熟悉交易是如何在区块链系统或者在比特币、以太坊系统里面开展的。

在进行交易的环节当中，有一个很重要的消息，那就是需要进行签名。

也就是说一笔交易至少涉及到三项内容：付款人、收款人、付款金额。

例如，张三给李四付款的时候，张三付款人，李四是收款人，付款金额假设是5个 Token。

当张三准备好这笔交易之后，需要发给全网，当其他人看到这笔交易的时候，他们需要去认证这笔交易是否由张三发起的，这个环节中就使用到了数字签名技术。

 

交易签名如何运用ECDSA？

 

以特币为例，具体流程如下图所示。

交易的模块分为：交易输入和交易输出，一笔交易由多个输入或者多个输出组成。

交易输入代表付款信息，交易输出代表收款信息。当然里面还会有付款金额，付款金额的字段是在交易输出里面显示的。

这种交易类型和我们正常理解的交易是非常类似的，其资金的流向是从交易输入流向交易输出，即从付款人流向收款人。

图的右边有一个虚线的框，里面的 ScriptSig 是一个脚本签名，这个字段属于交易输入。同理，ScriptPubKey属于交易输出。脚本里面包含一些数据和操作码来支持这个脚本语言的运行。

ScriptSig  和 ScriptPubKey  可以直观的用中文解释为：解锁脚本和锁定脚本。

为什么 ScriptSig 又叫解锁脚本呢？是因为 ScriptSig 在之前相关连接的交易输出里面 锁定了一些资金。

如果张三要花费之前已有的 Token，也就是要花费一个未花费的交易输出，那么其需要在另一笔交易里面 构造一笔交易输入，在这个交易输入里面 会设置签名字段和公钥，以此证明张三有资格花费 未花费的交易输出。

这种情况叫做解锁脚本，即把之前已有的资金打开进行使用。

这个过程中，解锁脚本里面有两个字段数据，<sig> 和 <PubK>（PubKey的简写）。这两个字段分别代表：签名和公钥。两者由使用者提供，用以解决阻碍。

锁定脚本里面也有一些字段和操作码：DUP 是复制操作码；HASH160 是哈希操作码；<PubkHash> 是字段；EQUALVRTIFY 是验证操作码；CHECKSIG 也是验证操作码。

其整体意思是：执行复制——进行哈希——执行字段——验证是否相等——校验签名是否正确。

在验证签名的环节，就会调用ECDSA里面的验签算法。

 

如何使用ECDSA

 

 我们知道了签名在交易里面的具体使用位置，那么 ScriptSig 和 ScriptPubKey 这两个脚本语言，是如何执行，以及在执行的过程当中如何使用 ECDSA 呢？

如上图所示，这里会将两个脚本语言进行堆栈处理，即所有字段和操作码全部罗列在右边，解锁脚本里面有2个，锁定脚本里面有5个。

第一步，将第一个字段 <sig>  解锁，置于堆栈的底部；

第二步，向右移动一格，将 <PubK>  解锁推送至堆栈顶部，置于 <sig>  的上面；

第三步，DUP 是复制操作码，它会将刚刚解锁脚本里面的 <PubK> （公钥）进行复制，此时会有两个 <PubK>，结果被推送至堆栈顶部；

第四步，HASH160 将复制的公钥进行哈希，使之变成 <PubKHash>， 公钥哈希；

第五步，EQUALVRTIFY 操作码将 PubKHash 和用户的 PubKHash 对比，如果一致，则都被移除，然后继续执行（这里是为了对公钥进行认证，来表明公钥或者地址是否相同）；

如果第五步匹配的话，继续执行第六步——验证签名，这里就用到了 ECDSA，也是交易中很关键的一步。

在图中会看到，在执行最后一个操作码的时候，堆栈里面有两个字段。

此时 CHECKSIG 操作码会核查签名 <sig>  是否与公钥的 <sig> 匹配，如果匹配，则会在顶部显示 TRUE，如果不匹配会显示 FLOSE。

如果返回值是TRUE 的话，此时发送者也表明了其对发送 Token 的所有权和使用权。

以上就是椭圆曲线数字签名（ECDSA）在区块链中的主要应用位置和场景。