區塊鏈交易中如何使用數字標誌？

了解區塊鏈中的數字簽名

數字簽名在確保區塊鏈交易方面起著基本作用。它們確保了在分散網絡上交換的數據的真實性，完整性和非替代性。當用戶在區塊鏈上啟動交易時，他們必須證明其數字資產的所有權，而不會透露其私鑰。這是數字簽名發揮作用的地方。這些加密工具是使用公用密碼學創建的，特別是諸如橢圓曲線數字簽名算法（ECDSA）之類的算法，該算法在Bitcoin和以太坊中廣泛使用。

每個區塊鏈用戶都有一個私鑰和相應的公鑰。私鑰是只有所有者已知的秘密號碼，而公共密鑰可以公開共享。創建事務時，發件人使用其私鑰為該特定交易生成唯一的數字簽名。該簽名在數學上與交易數據和私鑰息息相關，因此幾乎不可能偽造。

如何生成數字簽名

生成數字簽名的過程涉及植根於加密計算的幾個精確步驟。首先，使用加密哈希函數（如SHA-256）進行了伸展的交易數據，例如發送者地址，接收器地址，金額和時間戳。這會產生交易的固定尺寸摘要，從而確保數據的任何變化完全改變哈希。

• 發件人的錢包軟件採用此哈希，並將其與他們的私鑰結合在一起
• 使用ECDA，該軟件執行涉及橢圓曲線乘法和模塊化算術的數學操作
• 輸出是一對值： R和S ，它們共同形成數字簽名
• 然後將此簽名附加到交易中，然後將其廣播到網絡

由此產生的簽名是交易和私鑰的獨特之處。即使輸入數據或密鑰的微小更改也會產生完全不同的簽名，這有助於防止篡改。

驗證區塊鏈上的數字簽名

一旦將交易提交給區塊鍊網絡，節點就必須在將其包含在塊中之前驗證其合法性。驗證不需要私鑰；相反，它使用發件人的公鑰，交易數據和附件簽名。該過程確保只有合法所有者才能授權交易。

• 節點首先使用相同的算法重新計算交易數據的哈希（例如，SHA-256）
• 然後，他們使用公共密鑰，哈希和簽名組件（R，S）應用ECDA驗證算法
• 該算法檢查這些元素之間的數學關係是否存在
• 如果驗證通過，則該交易被認為是真實的，並且有資格納入區塊鏈

此步驟對於在沒有中央當局驗證交易的分散環境中維持信任至關重要。驗證過程是確定性的 - 賦予相同的輸入，每個節點將得出相同的結論。

數字簽名在防止雙重支出中的作用

數字貨幣中的核心挑戰之一是防止雙重支出，在這種情況下，用戶嘗試多次支出相同的資金。數字簽名有助於通過將每筆交易與獨特的加密證明結合來減輕這種情況。一旦簽署交易並廣播，該網絡就將其視為發件人餘額的有效索賠。

如果惡意演員試圖在另一筆交易中重複使用相同的輸入，則第二筆交易將要么：

• 驗證失敗，因為輸入已經花費
• 具有不同的交易哈希，需要新的有效簽名
• 被已經記錄在MEMPOOL或區塊鏈中的原始交易的節點拒絕

因為每個數字簽名都與特定的交易哈希相息，因此將簽名複製到其他交易將無法通過驗證。這種加密綁定可確保每次交易都是唯一且不可用的，即使使用了相同的私鑰。

錢包整合和用戶體驗

大多數區塊鏈錢包抽象了最終用戶的數字簽名的複雜性。但是，了解它們在幕後的操作對於安全至關重要。當用戶單擊錢包接口中的“發送”時，以下會自動發生：

• 錢包用所有必要字段構建交易
• 它從安全存儲中檢索私鑰（通常由密碼或硬件模塊保護）
• 錢包計算交易哈希並使用ECDA生成數字簽名
• 簽名和公鑰已嵌入到交易中
• 簽名的交易中繼到對等網絡

硬件錢包通過確保私鑰永遠不會離開設備來增強安全性。簽名過程在內部發生，只有最終簽名被發送到計算機。這樣可以防止惡意軟件在交易簽名期間竊取密鑰。

安全含義和最佳實踐

數字簽名的安全完全依賴於私鑰的機密性。如果暴露了私鑰，攻擊者可以產生有效的簽名並排幹相關的錢包。因此，用戶必須遵循嚴格的安全慣例：

• 將私鑰存儲在諸如硬件錢包或紙錢包之類的離線環境中
• 除非絕對必要
• 使用支持確定性密鑰生成的錢包（例如，BIP-39 mnemonics），以便於備份和恢復
• 定期將錢包軟件更新到密碼圖庫中的漏洞

此外，區塊鍊網絡本身旨在檢測無效的簽名。任何具有畸形或不正確簽名的交易都會立即被節點丟棄，以防止未經授權的訪問。

常見問題

可以在另一筆交易上重複使用數字簽名嗎？否。每個數字簽名都與特定交易的哈希相關。在不同的交易上重複使用它將失敗驗證，因為哈希將無法匹配，從而使簽名無效。

如果我丟失了私鑰，但仍然具有數字簽名，會發生什麼？數字簽名不能進行反向工程以恢復私鑰。失去私鑰意味著即使有過去的簽名，也會永久失去對錢包的控制。

兩個不同的私鑰是否可以生成相同的數字簽名？由於ECDSA的加密強度和關鍵空間的大小，因此在天文學上很低。這樣的碰撞會破壞區塊鏈的安全模型，實際上被認為是不可能的。

所有區塊鍊是否使用ECDA進行數字簽名？否。儘管Bitcoin和以太坊使用ECDSA，但其他區塊鏈採用不同的算法。例如，Cardano使用ED25519 ，這是一種基於Edwards-Curve數字簽名算法的簽名方案，可提供更快的簽名和驗證。