【韭菜币读书】用Emoji科普一下公私钥的基本原理

在区块链中，我们经常会听到这样的词——公钥和私钥。 很多新手在学习区块链知识的时候，仍然容易被这些术语搞糊涂。 韭菜币阅读系列本文献给币圈新朋友，希望通过Emoji表情帮助大家了解比特币公私钥的基础知识。 （本文图片来源：《Making Money Trustworthy-Bitcoin Explained》，作者：Tess Rinearson）

研究密码学的人经常用“Alice”和“Bob”作为字符来解释概念。 今天，我将使用它们来帮助解释公钥密码学的基本逻辑。

首先，什么是对称加密。 例如被公开的比特币私钥，Alice 想递给 Bob 一个装有机密文件的公文包。 如果爱丽丝和鲍勃有匹配的钥匙，事情就简单了：她可以锁上公文包，用钥匙锁上，然后把它交给鲍勃。

当鲍勃收到公文包时，他会用他的钥匙开锁，因为两把钥匙是一样的，所以鲍勃会拿到包里的秘密文件。 这个过程称为对称加密。

但总的来说，人们很少“有一把锁的钥匙”，因为安全地传递钥匙并不容易。 或者，如果 Alice 有一种私密且安全的方式向 Bob 发送密钥，她也可以使用它来传输文件本身。

因此，更常见的方式是Alice和Bob不需要同时拥有一把锁的钥匙，而是拥有自己的钥匙和自​​己的锁，也就是说不需要考虑传递钥匙。

具体来说，它是这样工作的：

爱丽丝用钥匙锁上了挂锁的公文包，并将其交给了鲍勃。 当 Bob 收到 Alice 的公文包时，他无法打开 Alice 的挂锁。 但是，他在上面加了自己的挂锁。

并将其返回给爱丽丝：

然后爱丽丝用她的钥匙从公文包中取出挂锁：

现在公文包上只有一把挂锁：鲍勃的。 然后爱丽丝将公文包发回给鲍勃：

Bob 终于可以打开自己上了锁的公文包，顺利地取出里面的文件。

现在，Alice 和 Bob 不再需要共享相同的密钥。 他们只需要有自己的挂锁和钥匙。

但是，如果对方不是您认为的那个人怎么办？ 如果发生奇怪的事情怎么办，比如鲍勃被一头牛取代了？

然后接下来，会发生这样的事情：

1. 爱丽丝贴上了挂锁的公文包。 她以为这是给鲍勃的，但实际上是给一头母牛的。

2. 奶牛以惊人的灵巧将它的挂锁锁在公文包上并将它送回给爱丽丝。

3. Alice 很高兴看到带“Bob”（实际上是母牛的）挂锁的公文包被退回，她打开自己的挂锁并将其寄回。

4. 牛拿回公文包，打开锁。

5. 牛吃了秘密文件。

鉴于没有人希望他们的秘密被一头牛消化，我们需要采取措施保护机密数据：Bob 确保 Alice 知道他的挂锁是什么样子，这样她在取回公文包时可以验证是否是新锁属于鲍勃。

事实上，鲍勃能够复制他的挂锁的样子并将其公开。 每个人都知道 Bob 的挂锁长什么样并不重要，因为他是唯一可以用钥匙打开它的人。 同时，这让 Alice 可以识别 Bob 的锁。 在打开自己的锁之前，她可以检查第二个挂锁是否真的属于 Bob。

如果我们只需要处理物理挂锁和钥匙，就很难复制挂锁和钥匙。 但是当我们以数字方式进行时，我们使用数字密码和数字锁，这是一种价值。

在上面的例子中，挂锁所代表的数字是公开的，也可以称为公钥。 密钥代表的数字是私有的。 这个私人号码，叫做“私钥”，可以用来“开启”公锁。 在这种非对称加密算法中，公钥和私钥是配对的被公开的比特币私钥，它们相互解密，因为加密和解密使用的密钥不同，所以称为非对称加密算法。 它们的关系如下： 这是比特币采用的公钥密码学。

人们保护私钥是因为私钥可以打开任何对应的公锁。 （在密码学中，这个解锁过程称为签名。）人们发布他们的公钥，以便其他人知道什么被锁定了。

在比特币系统中，公共密码学用于证明所有权。 用Emoji来表示具体操作过程如下：

在比特币世界中，Alice 需要传递给 Bob 的不是一个上了锁的公文包，而是一个有挂锁和比特币的“玻璃盒子”。

为了将比特币传递给鲍勃，爱丽丝必须做两件事：

1. Alice 必须将 Bob 的挂锁（公钥）保存在她的盒子里。 这很容易，因为 Bob 的挂锁实际上是一个公共值。 这样，Bob 就可以通过解锁自己的挂锁来证明他的所有权。

2. 爱丽丝必须证明放置盒子的挂锁是她的而不是别人的。 她需要一把钥匙（私钥）来打开她自己的挂锁。

然后，当 Bob 决定将这些比特币转给另一个人（我们暂时称他为 Carlos）时，他做了同样的事情：将 Carlos 的公钥放入其中，并用他自己的私钥签署交易。

让我们回到区块链。 私钥本质上是一个 32 字节的数组，由 256 个随机的 0 或 1 组成。 一般我们看到的私钥是像下面这样的字符串：

5KYZdUEo39z3FPrtuX2QbbwGnNP5zTd7yyr2SC1j299sBCnWjss

公钥是一个 65 字节的数组，未压缩的公钥如下所示：

04a34b99f22c790c4e36b2b3c2c35a36db06226e41c692fc82b8b56ac1c540c5bd5b8dec5235a0fa8722476c7709c02559e3aa73aa03918ba2d492eea75abea235

地址由公钥生成，通过各种加密算法转化为公钥散列，公钥散列经过Base58编码生成地址。 就像爱丽丝把鲍勃的挂锁锁在盒子里一样。 事实上，一个公钥可以生成无数个地址。 因此，如果 Bob 每次都想使用不同的地址，他也可以这样做。

一般来说，私钥、公钥和地址的关系如下：