区块链的两个核心概念之一签名，另一个是共识.

关注

原创最新推荐文章于 2026-06-25 18:43:19 发布 1.5k 阅读 AI 写同款· GEO 优化 ›

区块链基本概念及核心技术文章目录基本概念一、区块链是现有技术的组合二、区块链分类三、区块链技术演进四、区块内容（以BTC为例）**block header****block body**核心技术一、密码学哈希算法 Hash Algorithm签名 Signature零知识证明 zkSNARK同态隐藏 HH二、数据结构区块链 Block Chain默克尔树 Merkle tree默克尔前缀树 Merkle Patricia tree三、共识机制分布式理论分布式共识算法比特币共识协议挖矿难度调整挖矿概率四、智能合约基本概念一、区块阅读详情

Alice的公私钥，签名和验证签名仅仅确定了Alice对数字资产A所有权的宣言. 之后, Bob也可以用自己的私钥对资产A进行签名宣誓所有权。区块链中叫双花，即重复宣称所有权，也称重复花费交易。这时候需要共识算法(集体成员pow或委员会代表pos监督数据的变化,达成一致意见即共识)去确保数据的唯一性和不可逆。

大话密码技术（五）数字签名与数字证书原理 - 知乎

证书是为了解决公钥派送过程中被拦截的问题. 即保证公钥在传递过程中没有被替换.

数字签名流程中接收者需要用公钥验签发送者的签名，若中间人用自己的公钥替换了发送者的公钥，则他就可以用自己的私钥签名信息，而接受者使用被攻击者替换的公钥验签数据就可以被通过。为了解决公钥派送问题，可以通过数字证书来对发送者的公钥做认证。

找一个第三方公认机构对公钥进行签名.

1 数字签名

　　数字签名是使用hash算法与公钥加密技术实现，用于鉴别数字信息真实性和不可抵赖性的方法。它有以下几个特征：
（1）报文鉴别：接收者能校验发送者对报文的签名
（2）报文完整性：接收者不能伪造报文签名或更改报文内容
（3）不可抵赖：发送者事后不能抵赖对报文的签名

　　数字签名流程如下：

接下来分析该流程是否符合以上三个特征
（1）报文鉴别：数字签名中的私钥具有唯一性，除签名者之外都不能伪造签名，并防止被假冒
（2）报文完整性：由于数字签名中包含hash算法，对签名文档的任何未经授权的修改将立即被显见
（3）不可抵赖性：由于报文经过了发送者的私钥签名，他人无法获取其私钥，故无法伪造其签名，因此发送者也无法抵赖

2 数字证书
　　数字签名流程中接收者需要用公钥验签发送者的签名，若中间人用自己的公钥替换了发送者的公钥，则他就可以用自己的私钥签名信息，而接受者使用被攻击者替换的公钥验签数据就可以被通过。为了解决公钥派送问题，可以通过数字证书来对发送者的公钥做认证。

2.1 数字证书的构成
数字证书格式遵循ITUTX.509标准，X509证书包含以下内容：
（1）证书版本
（2）证书序列号
（3）证书所使用的签名算法
（4）证书的发行机构名称，一般采用X500格式
（5）证书的有效期，通常采用UTC时间
（6）证书所有人名称，一般采用X500格式
（7）证书所有人的公钥
（8）证书发行者对证书的签名

2.2 数字证书的颁发

　　数字证书是由数字证书认证中心（CA）颁发，用于认证证书持有者身份的，其核心是使用认证中心的私钥对证书申请人身份（主要是公钥）进行签名认证。认证中心可以形成以下的层级结构，即根证书认证机构可为二级认证机构颁发证书，二级认证机构可为三级认证机构颁发证书，同时他们都可以为用户颁发证书。

　　本质上，数字证书是数字证书认证中心对证书申请者的信息和公钥做签名，以自身的权威性为其身份做背书。　　
　　以上数字证书的层级结构叫做数字证书链，其中顶层的证书被称为根证书，它是由根证书中心自签名的。在验证数字证书时可按照该证书链逐级验证证书的合法性。根证书的合法性是由其自身保证的，因此一般会被预先安装到操作系统或浏览器等软件中。

2.3 数字证书CRL和OCSP

　　数字证书在颁发时即设置了有效时间，但若需要在有效时间内撤销证书，则可向证书颁发机构申请撤销证书，证书被撤销后将被保存到证书撤销列表（CAL）中。
　　证书验证时需要验证其是否位于证书撤销列表中，OCSP（在线证书状态协议）就是用于在线查询证书状态的。

根据X509标准，CRL的内容如下：
（1）版本
（2）签名算法
（3）签发者
（4）更新时间
（5）下一次更新时间
（6）废止的证书列表
（7）用户证书序列号
（8）废止时间
（9）CRL入口扩展

2.4 数字证书相关文件格式

　　在数字证书申请和使用流程中，有几种常见的文件格式：
（1）der格式证书：.cer，.crt
（2）pem格式证书：.pem
（3）pkcs12格式：.pfx，.p12
（4）pkcs10证书申请格式：.p10
（5）pkcs7证书申请应答格式：.p7r
（6）pkcs7二进制格式：.p7b

2.5 创建自己的CA

　　所有公司都可以颁发数字证书，公司颁发的证书不一定能在国际上得到广泛认可。但若在自己生产的终端中安装自己建立的CA根证书，则可以建立自身的CA信任链。

３. 密钥交换

　　非对称加解密公钥可以公开交换，但其加解密速度比对称加解密慢得多（大概为几百分之一）。而对称加解密双方的密钥若通过明文传输，则很容易受到中间人攻击，因此需要采用特定的方法实现双方密钥的交换。

３.1 PSK密钥交换

　　PSK方案通信双方使用预先共享的密钥进行通信，以下为汽车网络安全项目EVITA中一个PSK方案的例子。

　　上图每个ecu都将其密钥预置到keymaster中，在需要通信时，keymaster产生一个session key，并分别用ecu1的密钥k1加密后发给ecu1，用ecu2的密钥k2加密后发给ecu2。ecu1和ecu2接收到信息后用各自的密钥解密后得到session key，此后双方可使用该session key实现加密通信。

３.2 非对称方式密钥交换

　　该方法通信双方需要先交换公钥，在通信前用非对称算法进行session密钥协商。即通信一方使用随机数创建一个密钥，然后用自己的私钥加密后发送给对方，接收方用发送方的公钥解密出密钥后。双方可使用该session key执行加密通信。
　　TLS通信方式的基础即是上述方式，只是其中增加了通过数字证书进行身份认证，以及使用更复杂的密钥协商策略等。

３.3 DH算法密钥交换

　　DH算法是一种密钥交换算法，它可以在双方不直接传递密钥的情况下完成密钥交换。其流程如下图所示：

1 Alice选择一个素数p，底数g和随机数a，并执行如下计算

   A = g^a mod p

2 Alice把p，g和A发送给Bob
3 Bob接收到数据后，选择一个随机数b，并执行以下计算

  B = g ^b mod p
  s = A^b mod p

4 Bob将B发送给Alice
5 Alice执行如下计算

   B^a mod p
= (g^b mod p)^a mod p
= g^ab mod p
= (g^a mod p)^b mod p
= A^b mod p
= s

6 因此Alice和Bob都计算得到了共享密钥s，此后可以用该密钥进行加密通信

理解开发HD 钱包涉及的 BIP32、BIP44、BIP39 | 登链社区 | 区块链技术社区

理解开发HD 钱包涉及的 BIP32、BIP44、BIP39

如果你还在被HD钱包(分层确定性钱包)、BIP32、BIP44、BIP39搞的一头雾水，来看看这边文章吧。

数字钱包概念

钱包用来存钱的，在区块链中，我们的数字资产都会对应到一个账户地址上，只有拥有账户的钥匙（私钥）才可以对资产进行消费（用私钥对消费交易签名）。
私钥和地址的关系如下：

（图来自精通比特币）
一句话概括下就是：私钥通过椭圆曲线生成公钥，公钥通过哈希函数生成地址，这两个过程都是单向的。

因此实际上，数字钱包实际是一个管理私钥（生成、存储、签名）的工具，注意钱包并不保存资产，资产是在链上的。

如何创建账号

创建账号关键是生成一个私钥，私钥是一个32个字节的数， 生成一个私钥在本质上在1到2^256之间选一个数字。
因此生成密钥的第一步也是最重要的一步，是要找到足够安全的熵源，即随机性来源，只要选取的结果是不可预测或不可重复的，那么选取数字的具体方法并不重要。

比如可以掷硬币256次，用纸和笔记录正反面并转换为0和1，随机得到的256位二进制数字可作为钱包的私钥。

从编程的角度来看，一般是通过在一个密码学安全的随机源(不建议大家自己去写一个随机数)中取出一长串随机字节，对其使用SHA256哈希算法进行运算，这样就可以方便地产生一个256位的数字。

实际过程需要比较下是否小于n-1（n = 1.158 * 10^77, 略小于2^256），我们就有了一个合适的私钥。否则，我们就用另一个随机数再重复一次。这样得到的私钥就可以根据上面的方法进一步生成公钥及地址。

BIP32

钱包也是一个私钥的容器，按照上面的方法，我们可以生成一堆私钥（一个人也有很多账号的需求，可以更好保护隐私），而每个私钥都需要备份就特别麻烦的。

最早期的比特币钱包就是就是这样，还有一个昵称：“Just a Bunch Of Keys(一堆私钥)“

为了解决这种麻烦，就有了BIP32 提议：根据一个随机数种子通过分层确定性推导的方式得到n个私钥，这样保存的时候，只需要保存一个种子就可以，私钥可以推导出来，如图：

（图来自精通比特币）上图中的孙秘钥就可以用来签发交易。

补充说明下 BIP: Bitcoin Improvement Proposals 比特币改进建议, bip32是第32个改进建议。
BIP32提案的名字是：Hierarchical Deterministic Wallets，就是我们所说的HD钱包。

来分析下这个分层推导的过程，第一步推导主秘钥的过程：

推导主秘钥的过程

根种子输入到HMAC-SHA512算法中就可以得到一个可用来创造主私钥(m) 和一个主链编码（ a master chain code)这一步生成的秘钥（由私钥或公钥）及主链编码再加上一个索引号，将作为HMAC-SHA512算法的输入继续衍生出下一层的私钥及链编码，如下图：

衍生推导的方案其实有两个：一个用父私钥推导（称为强化衍生方程），一个用父公钥推导。同时为了区分这两种不同的衍生，在索引号也进行了区分，索引号小于2^31用于常规衍生，而2^31到2^32-1之间用于强化衍生，为了方便表示索引号i'，表示2^31+i。

因此增加索引（水平扩展）及通过子秘钥向下一层（深度扩展）可以无限生成私钥。

注意，这个推导过程是确定（相同的输入，总是有相同的输出）也是单向的，子密钥不能推导出同层级的兄弟密钥，也不能推出父密钥。如果没有子链码也不能推导出孙密钥。现在我们已经对分层推导有了认识。

一句话概括下BIP32就是：为了避免管理一堆私钥的麻烦提出的分层推导方案。

秘钥路径及BIP44

通过这种分层（树状结构）推导出来的秘钥，通常用路径来表示，每个级别之间用斜杠 / 来表示，由主私钥衍生出的私钥起始以“m”打头。因此，第一个母密钥生成的子私钥是m/0。第一个公共钥匙是M/0。第一个子密钥的子密钥就是m/0/1，以此类推。

BIP44则是为这个路径约定了一个规范的含义(也扩展了对多币种的支持)，BIP0044指定了包含5个预定义树状层级的结构：
m / purpose' / coin' / account' / change / address_index
m是固定的, Purpose也是固定的，值为44（或者 0x8000002C）
Coin type
这个代表的是币种，0代表比特币，1代表比特币测试链，60代表以太坊
完整的币种列表地址：https://github.com/satoshilabs/slips/blob/master/slip-0044.md
Account
代表这个币的账户索引，从0开始
Change
常量0用于外部(收款地址)，常量1用于内部（也称为找零地址）。外部用于在钱包外可见的地址（例如，用于接收付款）。内部链用于在钱包外部不可见的地址，用于返回交易变更。 (所以一般使用0)
address_index
这就是地址索引，从0开始，代表生成第几个地址，官方建议，每个account下的address_index不要超过20

根据 EIP85提议的讨论以太坊钱包也遵循BIP44标准，确定路径是m/44'/60'/a'/0/n
a 表示帐号，n 是第 n 生成的地址，60 是在 SLIP44 提案中确定的以太坊的编码。所以我们要开发以太坊钱包同样需要对比特币的钱包提案BIP32、BIP39有所了解。

一句话概括下BIP44就是：给BIP32的分层路径定义规范

BIP39

BIP32 提案可以让我们保存一个随机数种子（通常16进制数表示），而不是一堆秘钥，确实方便一些，不过用户使用起来(比如冷备份)也比较繁琐，这就出现了BIP39，它是使用助记词的方式，生成种子的，这样用户只需要记住12（或24）个单词，单词序列通过 PBKDF2 与 HMAC-SHA512 函数创建出随机种子作为 BIP32 的种子。

可以简单的做一个对比，下面那一种备份起来更友好：

// 随机数种子
090ABCB3A6e1400e9345bC60c78a8BE7
// 助记词种子
candy maple cake sugar pudding cream honey rich smooth crumble sweet treat

使用助记词作为种子其实包含2个部分：助记词生成及助记词推导出随机种子，下面分析下这个过程。

生成助记词

助记词生成的过程是这样的：先生成一个128位随机数，再加上对随机数做的校验4位，得到132位的一个数，然后按每11位做切分，这样就有了12个二进制数，然后用每个数去查BIP39定义的单词表，这样就得到12个助记词，这个过程图示如下：

过程图

（图来源于网络）

下面是使用bip39生成生成助记词的一段代码：

var bip39 = require('bip39')
// 生成助记词
var mnemonic = bip39.generateMnemonic()
console.log(mnemonic)

助记词推导出种子

这个过程使用密钥拉伸（Key stretching）函数，被用来增强弱密钥的安全性，PBKDF2是常用的密钥拉伸算法中的一种。
PBKDF2基本原理是通过一个为随机函数(例如 HMAC 函数)，把助记词明文和盐值作为输入参数，然后重复进行运算最终产生生成一个更长的（512 位）密钥种子。这个种子再构建一个确定性钱包并派生出它的密钥。

密钥拉伸函数需要两个参数：助记词和盐。盐可以提高暴力破解的难度。盐由常量字符串 "mnemonic" 及一个可选的密码组成，注意使用不同密码，则拉伸函数在使用同一个助记词的情况下会产生一个不同的种子，这个过程图示图下:

过程图

（图来源于网络）

同样代码来表示一下：

var hdkey = require('ethereumjs-wallet/hdkey')
var util = require('ethereumjs-util')

var seed = bip39.mnemonicToSeed(mnemonic, "pwd");
var hdWallet = hdkey.fromMasterSeed(seed);

var key1 = hdWallet.derivePath("m/44'/60'/0'/0/0");
console.log("私钥："+util.bufferToHex(key1._hdkey._privateKey));

var address1 = util.pubToAddress(key1._hdkey._publicKey, true);
console.log("地址："+util.bufferToHex(address1));
console.log("校验和地址："+ util.toChecksumAddress(address1.toString('hex')));

校验和地址是EIP-55中定义的对大小写有要求的一种地址形式。

密码可以作为一个额外的安全因子来保护种子，即使助记词的备份被窃取，也可以保证钱包的安全（也要求密码拥有足够的复杂度和长度），不过另外一方面，如果我们忘记密码，那么将无法恢复我们的数字资产。

一句话概括下BIP39就是：通过定义助记词让种子的备份更友好

我为大家录制了一个视频：以太坊去中心化网页钱包开发，从如何创建账号开始，深入探索BIP32、BIP44、BIP39等提案，以及如何存储私钥、发送离线签名交易和Token。