大家好，首先感謝騰訊雲提供雲社群這樣一個讓技術人員溝通交流的平台，其次很高興入駐到雲+社群認識到大家，我是騰訊雲TVP一員，專注于雲計算、區塊鍊、Web架構方向，myPagination作者，Github也開源了很多區塊鍊的項目：https://github.com/linapex，有需要的朋友可以下載下傳學習，本文是區塊鍊技術實戰系列的第二篇（不定期更新）：
《區塊鍊從錢包應用到技術本質》
《區塊鍊核心技術-密碼學》
《區塊鍊核心技術-P2P網絡建構》
《區塊鍊核心技術-分布式一緻性與共識算法》
《區塊鍊核心技術-區塊設計與存儲》
今天我們聊一聊區塊鍊的核心技術密碼學，區塊鍊技術離不開密碼學，可以說密碼學是區塊鍊系統的基石之一，我們先來了解一下。
這是以太坊黃皮書關于錢包（私鑰、公鑰、位址）的描述，僅僅 2 行文字。主要講解私鑰通過 ECDSA（橢圓曲線簽名算法）推導出公鑰，繼而經過 Keccak 單向散列函數推導出位址。分解為 3 個步驟：
1. 建立随機私鑰 (64 位 16 進制字元 / 256 比特 / 32 位元組)
2. 從私鑰推導出公鑰 (128 位 16 進制字元 / 512 比特 / 64 位元組)
3. 從公鑰推導出位址 (40 位 16 進制字元 / 160 比特 / 20 位元組)
這是從ethereumjs/keythereum中剝離出來的 JavaScript 代碼，關于黃皮書上的公式的具體實作，僅僅 6 行代碼。
這是一件很奇妙的事情，2 行文字，6 行代碼承載着億萬級别的資産，但往往越簡單，越奧妙。以上的 6 行代碼，就已經囊括密碼學中大多數技術，比如随機數生成器、非對稱加密，單向散列函數等。
什麼是随機數生成器？
随機數用于生成私鑰，若随機數可以被預測或重制，則私鑰就會立刻形同虛設。是以保證随機數擁有下列三項特征，至關重要：
1.随機性：不存在統計學偏差，完全雜亂的數列
2.不可預測性：不能從過去的數列推測下一個出現的數
3.不可重制性：除非将數列儲存下來，否則不能重制相同的數列
軟體本身是無法生成具有不可重制性的随機數，因為運作軟體的計算機本身僅具備有限的内部狀态。是以通過确定性的代碼，在周期足夠長的情況下，必然會出現相同的随機數。是以要生成具備不可重制性的随機數，需要從不确定的實體現象中擷取資訊，比如周圍溫度、環境噪音、滑鼠移動，鍵盤輸入間隔等。
在 Linux 核心中維護了一個熵(shāng)池用來收集來自裝置驅動程式和其它來源的環境噪音。熵（entropy）是描述系統混亂無序程度的實體量，一個系統的熵越大則說明該系統的有序性越差，即不确定性越大。
是以在選擇生成私鑰的随機數方法時，需要選擇滿足密碼學強度的随機數方法，比如 Node 中的 crypto.randomBytes。當你調用 crypto.randomBytes(32) 方法時，它會等待熵池搜集足夠的資訊後，傳回 64 位的随機數，即私鑰。
const privateKey = crypto.randomBytes(32)
privateKey.toString('hex'):
ea4692a11d962b249f8f0439d642a9013a1a08807649311d3672886d72d1fe51 複制
什麼是非對稱加密？
在非對稱加密中，将密鑰分為加密密鑰和解密密鑰，也就是我們常說的公鑰和私鑰。公鑰和私鑰一一對應，由公鑰加密的密文，必須使用公鑰配對的私鑰才可以解密。
當我們調用 secp256k1.publicKeyCreate 獲得公鑰時，實際使用的是非對稱加密中的橢圓曲線算法。通過該算法可以從私鑰推導出公鑰，這是一個不可逆的過程：K = k * G。給出常數點 G 時，使用已知私鑰 k 求公鑰 K 的問題并不困難，但反過來，已知公鑰 K 求私鑰 k，則非常困難。這就是橢圓曲線算法上的離散對數問題，也是為什麼你可以分享位址（或公鑰）給别人，但不能暴露自己的私鑰。
const publicKey = secp256k1.publicKeyCreate(privateKey, false).slice(1)
publicKey.toString('hex'):
1e3f1532e3285b02...45d91a36a8d78cb6bef8 複制
為了形象的表現橢圓曲線算法如何将私鑰推導出公鑰，我們将使用簡單的整數作為私鑰 k，找到公鑰 K = k * G，也就是 G 相加 k 次（數學原理一緻）。在橢圓曲線中， 點的相加等同于從該點畫切線找到與曲線相交的另⼀點， 然後映射到 x 軸。下圖展示了從曲線上獲得 G、2G、4G、8G 的幾何操作。
什麼是雜湊演算法？
密碼學技術，也稱散列函數，原理是把任意長度的輸入通過雜湊演算法，變換成固定長度的由字母和數字組成的輸出，如：錢包的位址、交易位址都是通過雜湊演算法運算出來的。
作為加密算法的一種，散列函數是一種單向密碼體制，對于給定的哈希值，無法推倒輸入的原始資料，具有不可逆性，這也是雜湊演算法安全性的重要基礎。
目前，雜湊演算法主要有兩類：MD系列和SHA系列。MD（Message Digest，消息摘要）系列包含MD4、MD5、HAVAL等，SHA（Secure Hash Algorithm，安全雜湊演算法）系列包含SHA1、SHA256等。其中MD5是密碼學專家R.L.Rivest設計，SHA是美國算法制定機構設計。
當我們調用 createKeccakHash("keccak256") 方法時，Keccak 使用海綿函數，對公鑰與初始的内部狀态做 XOR 運算得到 32 位元組散列值，取其後 20 位元組，轉成 40 位的 16 進制字元，即為位址。
const address =
createKeccakHash("keccak256").update(publicKey).digest().slice(-20)
address.toString("hex"):
7a48ac1bf3943b2ca7a4ca4999cbcbb0e999950c 複制
什麼是區塊鍊哈希？
在區塊鍊系統中，建構交易資料對應的Merkle樹，計算得到Merkle樹根節點的區塊鍊哈希值，區塊鍊的哈希值能夠唯一而精準地辨別一個區塊，區塊鍊中任意節點通過簡單的哈希計算都接獲得這個區塊的哈希值，計算出的哈希值沒有變化也就意味着區塊鍊中的資訊沒有被篡改。
Merkle樹在數字貨币、零知識證明、檔案完整性校驗等領域有廣泛的應用，如：比特币以太坊系統利用Merkle proofs來存儲每個區塊的交易，Git也是通過Merkle樹來進行完整性校驗。比特币簡化支付驗證SPV（Simplified Payment Verification）也是使用此方式進行驗證支付。
Merkle樹是Ralph Merkle于1979提出，是一種哈希二叉樹，在計算機科學中，二叉樹是每個節點最多有兩個子樹的樹結構，每個節點代表一條結構化資料。通常子樹被稱作“左子樹”（left subtree）和“右子樹”（right subtree）。二叉樹常被用于實作資料快速查詢，是散列清單和散列鍊的泛化。
線上體驗雜湊演算法：http://www.kjson.com/encrypt/hash/?fm=map