Wie funktioniert die Kryptographie im öffentlichen Key in Blockchain?

Verständnis der öffentlichen Kryptographie in Blockchain

Public-Key-Kryptographie, auch als asymmetrische Kryptographie bekannt, ist ein grundlegender Sicherheitsmechanismus in der Blockchain-Technologie. Es ermöglicht eine sichere digitale Identität, die Transaktionsauthentifizierung und die Datenintegrität, ohne eine zentrale Behörde zu verlangen. In diesem System hat jeder Benutzer ein Paar mathematisch verknüpfter Schlüssel: einen öffentlichen Schlüssel und einen privaten Schlüssel . Der öffentliche Schlüssel kann offen geteilt werden und wird verwendet, um Mittel zu erhalten oder Signaturen zu überprüfen, während der private Schlüssel geheim bleiben muss und zur Unterzeichnung von Transaktionen oder zum Beweisen des Eigentums verwendet wird.

Die mathematische Beziehung zwischen den Tasten stellt sicher, dass die mit dem öffentlichen Schlüssel verschlüsselten Daten nur mit dem entsprechenden privaten Schlüssel entschlüsselt werden können und umgekehrt. Noch wichtiger für Blockchain ist eine Signatur, die mit dem privaten Schlüssel erzeugt wird, mithilfe des öffentlichen Schlüssels überprüft werden, was bestätigt, dass die Meldung vom rechtmäßigen Eigentümer stammt, ohne den privaten Schlüssel aufzudecken.

Schlüsselgenerierung und Brieftaschenschöpfung

Wenn ein Benutzer eine Kryptowährungsbrieftasche erstellt, wird der erste Schritt ein Schlüsselpaar generieren. Dieser Prozess basiert auf kryptografischen Algorithmen wie dem digitalen Signaturalgorithmus (ECDSA) elliptischer Kurve , der üblicherweise in Bitcoin und Ethereum verwendet wird. Der private Schlüssel ist eine zufällig generierte große Anzahl, typischerweise 256 Bit Länge. Aus diesem privaten Schlüssel wird der öffentliche Schlüssel durch eine einseitige mathematische Funktion mit elliptischer Kurve-Multiplikation abgeleitet.

• Ein kryptografisch sicherer Zufallszahlengenerator erzeugt den privaten Schlüssel.
• Der private Schlüssel wird in den ECDSA -Algorithmus eingegeben, um den öffentlichen Schlüssel zu berechnen.
• Der öffentliche Schlüssel wird dann mit SHA-256 und RIPEMD-160 gehasht, um die Brieftaschenadresse zu erstellen.
• Die resultierende Adresse ist für die menschliche Lesbarkeit codiert (häufig in Base58 oder BECH32).

Diese Einwegableitung stellt sicher, dass der öffentliche Schlüssel und die Adresse aus dem privaten Schlüssel erzeugt werden können, aber rechnerisch nicht realisierbar ist, um den Prozess umzukehren. Dies schützt die Benutzer auch dann, wenn ihre öffentlichen Adressen in der Blockchain sichtbar sind.

Transaktionsunterzeichnung und Überprüfung

Wenn ein Benutzer eine Transaktion initiiert, gewährleistet die öffentliche Kryptographie Authentizität und Integrität. Der Absender verwendet seinen privaten Schlüssel , um eine digitale Signatur für die Transaktionsdaten zu erstellen. Diese Signatur ist sowohl für die Transaktion als auch für den privaten Schlüssel eindeutig, was bedeutet, dass sogar eine geringfügige Änderung der Transaktionsdetails die Signatur ungültig macht.

• Die Transaktionsdetails (Absender, Empfänger, Betrag, Zeitstempel) werden in eine Nachricht zusammengestellt.
• Ein Hash der Nachricht wird mit SHA-256 berechnet.
• Der Hash wird mit dem privaten Schlüssel des Absenders über ECDSA unterzeichnet, wodurch die digitale Signatur erzeugt wird.
• Die Signatur sowie die Transaktionsdaten und der öffentliche Schlüssel werden an das Netzwerk übertragen.

Knoten im Blockchain -Netzwerk überprüfen die Signatur mit dem öffentlichen Schlüssel des Absenders. Wenn die Überprüfung erfolgreich ist, wird die Transaktion als gültig angesehen und kann in einen Block aufgenommen werden. Dieser Prozess verhindert Manipulationen und stellt sicher, dass nur der rechtmäßige Eigentümer ihre Mittel ausgeben kann.

Adressableitung und öffentliche Transparenz ansprechen

In Blockchain interagieren Benutzer mithilfe von Brieftaschenadressen anstelle von rohen öffentlichen Schlüssel. Diese Adressen werden aus öffentlichen Schlüssel durch zusätzliche Hashing -Schritte zur Verbesserung der Sicherheit abgeleitet. Zum Beispiel in Bitcoin:

• Der öffentliche Schlüssel ist mit SHA-256 gehasht.
• Das Ergebnis wird dann mit Ripemd-160 gehasht, um einen 160-Bit-Hash zu erzeugen.
• Versionsbytes und Prüfsummen werden hinzugefügt.
• Die endgültige Ausgabe wird mit Base58Check oder BECH32 für Formate wie P2PKH oder P2WPKH codiert.

Dieses geschichtete Hashing schützt vor potenziellen Schwachstellen wie Quantum Computing -Angriffen auf öffentliche Schlüsseln, indem der gesamte öffentliche Schlüssel bis zur Ausgabe einer Transaktion verborgen bleibt. Bis dahin ist nur die Adresse auf der Blockchain sichtbar und begrenzt die Exposition.

Rolle in Konsens und Netzwerksicherheit

Die öffentliche Kryptographie unterstützt die dezentrale Natur der Blockchain, indem sie eine vertrauenslose Überprüfung ermöglicht. Knoten müssen die Identität von Benutzern nicht kennen. Sie müssen nur digitale Signaturen validieren. Jeder vollständige Knoten überprüft unabhängig voneinander:

• Ob die Transaktionseingabe auf nicht ausgegebene Ausgänge verweist.
• Ob die digitale Signatur mit dem öffentlichen Schlüssel übereinstimmt, der der Quelladresse zugeordnet ist.
• Ob der öffentliche Schlüssel zur erwarteten Brieftaschenadresse.

Dieses System beseitigt die Notwendigkeit von Vermittlern. Die Unveränderlichkeit von Transaktionen bleibt erhalten, da die Veränderung eines Teils einer signierten Transaktion die Signatur ungültig macht. Darüber hinaus werden Wiederholungsangriffe durch Mechanismen wie Transaktions -IDs und Nonce -Nutzung gemindert, die auch kryptografisch verifiziert werden.

Implementierungsbeispiel: Senden Bitcoin

Betrachten Sie eine Bitcoin -Transaktion:

• Alice will Bob 0,5 BTC senden.
• Bob teilt seine Bitcoin Adresse ( 1A1zP1eP5QGefi2DMPTfTL5SLmv7DivfNa .
• Alice konstruiert eine Transaktion, in der die Adresse von Bob als Ausgabe und ihre vorherige nicht ausgegebene Transaktionsausgabe (UTXO) als Eingabe angegeben ist.
• Sie holt ihren privaten Schlüssel, der der Adresse des UTXO entspricht.
• Mit ECDSA unterschreibt sie den Transaktions -Hash mit ihrem privaten Schlüssel.
• Die signierte Transaktion, einschließlich ihres öffentlichen Schlüssels, wird in das Bitcoin -Netzwerk übertragen.
• Bergleute und Knoten überprüfen:
  • Die Signatur gilt unter Verwendung von Alices öffentlichem Schlüssel.
  • Der öffentliche Schlüssel zu der Adresse, der die UTXO gehört.
  • Die Transaktionsstruktur ist korrekt und nicht doppelt.

Nach der Überprüfung ist die Transaktion in einem Block enthalten und auf der Blockchain bestätigt.

Häufig gestellte Fragen

Kann ein öffentlicher Schlüssel verwendet werden, um den privaten Schlüssel abzuleiten? Nein. Die verwendeten kryptografischen Algorithmen wie ECDSA stützen sich auf mathematische Probleme (wie das Problem der elliptischen Kurve diskretes Logarithmus), die rechnerisch nicht umgekehrt sind. Selbst mit einer riesigen Rechenleistung würde die Ableitung eines privaten Schlüssels von einem öffentlichen Schlüssel Milliarden von Jahren mit der aktuellen Technologie dauern.

Was passiert, wenn ich meinen privaten Schlüssel verliere? Wenn der private Schlüssel verloren geht, geht der Zugang zu den zugehörigen Mitteln dauerhaft verloren. Blockchain -Netzwerke haben keine Wiederherstellungsmechanismen. Die Adresse bleibt im Hauptbuch, aber niemand kann gültige Unterschriften generieren, um die Mittel auszugeben. Dies unterstreicht die Bedeutung sicherer Sicherungsmethoden wie Saatgutphrasen.

Ist die Kryptographie der Öffentlichkeit in allen Blockchains gleich? Die meisten Blockchains verwenden ECDSA oder ähnliche Algorithmen (z. B. EDDSA in einigen neueren Systemen wie Solana). Während die Kernprinzipien konsistent bleiben, können die Implementierungen in den wichtigsten Länge, Hashing -Methoden oder Signaturschemata variieren. Überprüfen Sie immer die kryptografischen Standards einer bestimmten Blockchain.

Können zwei verschiedene private Schlüssel den gleichen öffentlichen Schlüssel produzieren? Die Wahrscheinlichkeit ist astronomisch niedrig aufgrund des riesigen Schlüsselraums (2^256 mögliche private Schlüssel). Eine Kollision würde das gesamte Sicherheitsmodell brechen, aber es wurde nie eine solche Instanz beobachtet. Kryptografische Systeme nehmen unter den richtigen Generationspraktiken eine wichtige Einzigartigkeit.