详解比特币的交易流程

在学习《精通比特币》这本书的时候，在了解比特币的交易过程中，通过书籍的阅读以及网上查阅资料，下面来整理下自己对比特币交易过程的一个学习心得。

比特的交易流程可以简单的用下面这张图来表示：

在这里特别说明一下，创建账户并不算交易流程中的部分，但是由于它对于交易的理解特别重要，所以我也放在这里解释一下。

1.创建用户

比特币创建全部是匿名账户，在比特币中其实所谓的账户就是用非对称加密算法(比特币使用的椭圆曲线算法)创建的一对秘钥，分为公钥和私钥。首先私钥是一个随机数，随机选取一个32字节的数，然后再使用椭圆曲线加密算法（ECDSA-secp256k1）对这个私钥压缩生成公钥。也就是说比特币的账户本质上就是一个随机数而已，没有其他任何信息了，这也就为后来有人利用比特币洗黑钱带来了前所未有的便利性。所以私钥一定要安全保管，不能让其他人知道，它是你拥有比特币的唯一凭证。公钥是可以暴露给别人的，事实上我们通常发送给别人的钱包地址就是公钥通过一系列的 hash 计算和Base58编码得到的。但是钱包地址不等于公钥, 因为以上过程全部是不可逆的，也就是说你不能通过钱包地址推算出公钥，也不能通过公钥反推算出私钥。其实从私钥到地址，中间经过了9个步骤的计算处理，所以私钥是绝对安全的，不可能被破解。

通过以上解读我们可以提取以下几点信息：

私钥：私钥是一个随机数，随机选取的的一个32字节的数。

公钥：通过椭圆加密算法对这个私钥进行压缩生成公钥。

钱包地址 ≠ 公钥：通常发送给别人的钱包地址就是公钥通过一系列的 hash 计算和Base58编码得到的

总的概括就是下面这句话：

比特币系统使用了椭圆曲线签名算法（ECC），算法的私钥由32个字节随机数组成，通过私钥可以计算出公钥，公钥经过一序列哈希算法和编码算法得到比特币地址，地址也可以理解为公钥的摘要

通过这张图我们可以清晰的知道如何从公钥生成比特币地址（钱包地址）。

在进一步的归纳，比特币地址生成步骤如下：

生成一个 32 字节的随机数作为私钥
把私钥使用椭圆曲线算法加密，生成公钥
把公钥进行一系列的 hash 计算生成公钥摘要
使用 Base58 编码技术对公钥摘要进行编码得到地址(这一步是可逆的)

2.发送交易并广播

假如有A, B 两个账户, 他们的账户信息分别如下

户名	私钥	公钥	钱包地址
A	0xtjnpelimdkygfoqsuhvxzwarcb	0xDNnPoyw0QKVfssQy	0x9SDYFw46EANVMp6P3F754k
B	0xwehsSivmE4IHN1aVzwDEzkVC	0xp7cNc9rpnz23pEHc	0xErho6FVqTqgHTpcLiE2R6A

为了方便理解和记录我们假设

A 的私钥，公钥，地址分别对应为: private-key-A, public-key-A, address-A.

B 的私钥，公钥，地址分别对应为: private-key-B, public-key-B, address-B.

假设 A 要给 B 转账5个BTC, 则付款方会发送这么一笔交易

{
	"付款地址"："address-A",
	"收款地址"："address-B",
	"金额"："5BTC"
}

在实际发送交易之前，A 还需要对交易进行签名，以便于其他接收节点来验证交易。由于非对称加密算法一般一次加密的数据长度有限制（一般是1024字节），所以在签名之前先会使用 hash 计算得到交易的摘要，然后再对交易摘要进行签名，这样也可以节约计算资源。

summary = hash({
	"付款地址"："address-A",
	"收款地址"："address-B",
	"金额"："5BTC"
}) => "KrDsjT4J7vo6GbibMQMPYkcA2f5bck"

假设得到摘要信息是： KrDsjT4J7vo6GbibMQMPYkcA2f5bck , 接下来再用 A 的私钥对摘要进行签名

signature = sign(summary, private-key-A) -> "RAJ8uRurwWQVQRO5"

签名之后付款节点就会把交易广播到全网节点：我给 B 转账了5个BTC, 大家快来确认. 广播的信息包含了交易原始信息和签名信息.

如果你对上面这几个步骤不是很清楚的话，你可以参考这篇文章：非对称加密（详解）

当然，上面是模拟主要数据，实际交易包含的信息还要多一些，下面贴出比特币的真实交易数据结构：

付款方的签名

付款方的资金来源的交易ID(也即上一个入账区块ID)

交易金额

收款人地址

收款人的公钥

时间戳

3.验证交易

其他比特币节点收到广播交易之后会对交易进行验证，主要是验证交易是否是本人发起的。因为私钥只有本人才有，所以只要验证签名信息是是否正确，即是否是使用私钥签名的。当然在真实交易的时候还做一些其他验证，比如付款方的 UTXO（其实就是余额）是否足够等。

签名的验证过程大致如下：

summary = hash({
	"付款地址"："address-A",
	"收款地址"："address-B",
	"金额"："5BTC"
})
if (verify(signature, public-key-A) == summary) {
	//验证通过
	//打包交易到区块
}

这里验证签名的是用的公钥去解密，这是非对称性加密的一个特性。

4.存储交易并广播

在交易验证通过之后，当前节点就会把交易写入账本，然后广播到与它相连接的节点，其他节点又会对交易进行验证，打包，广播，直到全网节点都确认了交易。

详解比特币的交易流程

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