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#9比特币地址算法详解

下载imtoken钱包 2023-01-18 19:44:22

标题图

在学习了私钥和公钥的生成算法之后，在密钥和地址的环节还剩下一个重要的算法，那就是地址生成算法。在学习之前，我们还是要问一个问题。

拥有公钥后为什么还需要比特币地址？毕竟，公钥和地址的本质是一样的，都是为了证明一笔交易是由私钥持有者发起的，没有传递私钥。

其实这就像我们可以从名字、性别、身高和体重来描述一个人，我们也可以通过这个人唯一的特征——指纹来识别他。比特币的公钥是椭圆曲线上的一个点。这个点的x和y值往往很大，这无疑让我们很难使用公钥，所以有一个地址，就是公钥的指纹。它简化了使用比特币的复杂性，我们来看一个例子

# 比特币公钥
0340d2b832dfe3ec2d2b1ff9d0dfdfb9599d12344c6c0308a107a0782ebe21d865
# 比特币地址
1G7cNFwW6tbXah6LBUDn8TPdsMhYvoBT9Y

如你所见，比特币地址的字符长度几乎比公钥Half短，这是怎么做到的，这就是我们今天要学习的内容。

公钥的生成步骤

从比特币公钥和地址这两个字符串可以看出，公钥的生成算法无非就是将一个长字符串转换成另一个。一个短字符串，这个转换过程分为两步

比特币算法原理

通过哈希算法将公钥转化为定长字符串比特币算法原理，对第一步的结果进行压缩编码，输出地址

下图中的蓝色矩形对应每一步

哈希过程

哈希（hash）函数是计算机科学中广泛使用的一种函数。它可以将任意数据映射到指定范围的数据字段。此映射过程是单向的。例如，我们可以将一个 4GB 的视频文件映射到一个 8 个字节数，但反过来，我们不能使用这个数来恢复视频。评价哈希函数好坏的标准是映射集越分散越好，越集中越差。

在比特币中，哈希函数用于比特币地址、脚本地址和工作量证明。比特币地址的生成使用了两种哈希函数，一种是SHA256（安全哈希算法），另一种是RIPEMD160（RACE Integrity Primitives Evaluation Message Digest）。这个过程是先用SHA256把公钥映射成一个32字节的数字，再用RIPEMD160把生成的数字映射成一个20字节的数字，如上大括号所示。因为这两种算法都是公开可用的，所以很容易在计算机上模拟这个过程。

$ python
Python 2.7.10 (default, Jul 15 2017, 17:16:57)
[GCC 4.2.1 Compatible Apple LLVM 9.0.0 (clang-900.0.31)] on darwin
Type "help", "copyright", "credits" or "license" for more information.
>>> import hashlib
>>> public_key = "0340d2b832dfe3ec2d2b1ff9d0dfdfb9599d12344c6c0308a107a0782ebe21d865"
>>> step1 = hashlib.sha256(public_key).hexdigest()
>>> hashlib.new('ripemd160', step1).hexdigest()
'36239c6ea5a1bcc8d60f03a334c935993f689e5d'

以上是分别用 Python 命令行对公钥执行 SHA256 和 RIPEMD160 的结果。建议您也操作它来加深图像。

压缩编码过程

比特币算法原理

至此，生成比特币地址的工作已经完成了大半，还有一步压缩编码。所谓压缩编码，就是用更少的字符来表示一个数字。这里的压缩原理也很简单，和“十六进制比十进制短，十进制比二进制短”的原理是一样的。

10001000     # 2进制表示法，8个字符
136          # 10进制表示法，3个字符
0x88         # 16进制表示法，2个字符

比特币地址使用的压缩算法是base58算法，58表示每个比特可以代表58个字符集，为什么58个字符集这么奇怪？ base64我们都听说过，没听说过也没关系，相信你一定见过。

thunder://aHR0cDovL3Rvb2wubHUvdGVzdC56aXA=

以上是迅雷专属的下载链接，链接aHR0cDovL3Rvb2wubHUvdGVzdC56aXA=部分是用base64编码的，现在可以打开一个在线的base64解码器，解码这串字符，看看原来的字符串是什么样子的

理解了base64之后，理解base58就没那么难了。 base58 是一个字符集，从 base64 中删除了 6 个字符。去掉的6个字符分别是0（零）、大O、小l（低L）、大I（大i）、符号+和/，去掉这些字符的原因是在某些情况下很难区分，比如比如你给转账方发送一个包含0（零）的地址，对方将其视为大写字母O，最终导致财产损失。

Base58 编码用于比特币地址、私钥和脚本散列的上下文中。

Base58Check

比特币算法原理

尽管 base58 比 base64 更难出错，但它仍然不能保证你不会出错。有什么办法可以避免这些错误吗？是的，在计算机中，我们通常使用校验和来验证数字内容，校验和会作为内容的一部分提供，所以一旦内容有任何变化，从这个内容计算出来的校验和就会和原来的校验和不一致，同样是的，比特币地址也包含校验和，用于检查地址是否被复制错误或被修改。

为了直观的展示这个过程，我们来看一个简单的例子。假设一串数字的内容是“1215309”，校验和算法是每个数字的数字之和比特币算法原理，即“21”，那么这两个字符串拼接在一起形成一个自检查字符串“121530921”。假设我们在传输这串内容的时候不小心把第二个字符的2写成了5，然后check，会计算出校验和是24，和最后提供的21不匹配，说明内容发生了变化。

有了这些基础，我们可以看一下Base58Check的编码过程，分为4步，如下图所示