加密和验证

前言

加密解密技术在加密货币开发中的作用不言而喻。但技术本身并不是什么新鲜事，重要的是如果没有前面的P2P网络，和后面要介绍的区块链，单独的加解密显然没有那么神奇，加密货币也不会成为无需验证、高度可信的强大网络。

但是，提到加解密技术，业界的通则是，使用现成的组件，严格按照文档去做，别自作聪明，这也是使用加密解密技术的最安全方式。这篇就来研究亿书是如何使用加解密技术的。

源码

Ebookcoin没有提供相关扩展，全部使用Node.js自己的crypto模块进行加密，使用Ed25519组件签名认证。本文涉及到的代码：

accounts.js: https://github.com/Ebookcoin/ebookcoin/blob/v0.1.3/modules/accounts.js

account.js: https://github.com/Ebookcoin/ebookcoin/blob/v0.1.3/logic/account.js

类图

crypto-class.png

流程图

crypto-activity.png

概念

仅仅介绍涉及到的最少概念（说实话，多了咱也不会，甚至不敢）。

(1)私钥和公钥

加密技术涉及的概念晦涩，讲个小故事，就一下清楚了。大学一哥们追女朋友有贼心没贼胆，一直不敢当面说“I love you”，就想了一招，顺手写下”J mpwf zpv”交给了另一位女生，让她帮忙传信。然后，等女朋友好奇打来电话时，他就告诉她依次向前顺延1个字母，组合起来就是他想说的话。

暂且不论成功与否，先看概念：这里的“I love you”就是明文，”J mpwf zpv”就是密文，向后顺延1个字母是加密过程，向前是解密过程，而这个规则就是算法。这种简单的加解密过程，就叫“对称加密”。缺点很显然，必须得打电话告诉女朋友怎么解密，岂不知隔墙有耳。

当然，更安全的方式是不要打电话也能处理。自然就是这里的私钥和公钥，它们都是长长的字符串值，私钥好比银行卡密码，公钥好比银行卡账户，账户谁都可以知道，但只有掌握私钥密码的人才能操作。不过，私钥和公钥更为贴心与先进，用私钥签名的信息，公钥可以认证确认，相反也可以。这就为网络传输和加密提供了便利。这就是“非对称加密”。

(2)加密货币地址

拿加密货币的鼻祖，比特币而言，一个比特币地址就是一个公钥，在交易中，比特币地址通常以收款人出现。如果把比特币交易必作一张支票，比特币地址就是收款人，也就是我们要写上收款人一栏的内容。

而私钥就是一个随机选出的数字而已，在比特币交易中，私钥用于生成支付比特币所必需的签名以证明资金的所有权，即地址中的所有资金的控制取决于相应私钥的所有权和控制权。

私钥必须始终保持机密，因为一旦被泄露给第三方，相当于该私钥保护之下的比特币也拱手相让了。私钥还必须进行备份，以防意外丢失，因为私钥一旦丢失就难以复原，其所保护的比特币也将永远丢失。

Ebookcoin也是如此，只不过更加直接的把生成的公钥地址作为用户的ID，用作网络中的身份证明。更加强调用户应该仔细保存最初设定的长长的密码串，代替单纯的私钥保存，更加灵活。

(3)加密过程

Node.js的Crypto模块，提供了一种封装安全凭证的方式，用于HTTPS网络或HTTP连接，也对OpenSSL的Hash，HMAC，加密，解密、签名和验证方法进行了封装。

在币圈里，谈到加密技术时，经常听到Hash算法。很多小盆友时常与数组（array）和散列（hash）等数据格式混淆，以为Hash算法获得的结果都像json格式的键值对似的。

其实，这是语言上的差异，Hash还有n. 混杂，拼凑; vt. 搞糟，把…弄乱的意思。所以，所谓的hash算法，解释为混杂算法或弄乱算法，更加直观些。

Ebookcoin使用的是sha256Hash算法（除此之外，还有MD5,sha1,sha512等），这是经过很多人验证的有效安全的算法之一（请看参考）。通过Crypto模块，简单加密生成一个哈希值：

  1. var hash = crypto.createHash('sha256').update(data).digest()

这个语句拆开来看，就是crypto.createHash('sha256')先用sha256算法创建一个Hash实例;接着使用.update(data)接受明文data数据，最后调用.digest()方法，获得加密字符串，即密文。

然后，使用Ed25519组件，简单直接地生成对应密钥对：

  1. var keypair = ed.MakeKeypair(hash);

(4)验证过程

加密技术的作用，重在传输和验证。所以，加密货币并不需要研究如何解密原文。而是，如何安全、快捷的验证。Ebookcoin使用了Ed25519第三方组件。

该组件是一个数字签名算法。签名过程不依赖随机数生成器，没有时间通道攻击的问题，签名和公钥都很小。签名和验证的性能都极高，一个4核2.4GHz 的 Westmere cpu，每秒可以验证 71000 个签名，安全性极高，等价于RSA约3000bit。一行代码足矣：

  1. var res = ed.Verify(hash, signatureBuffer || ' ', publicKeyBuffer || ' ');

实践

在Ebookcoin世界里，Ebookcoin把用户设定的密码生成私钥和公钥，再将公钥经过16进制字符串转换产生帐号ID（类似于比特币地址）。付款的时候，只要输入这个帐号ID（或用户别名）就是了。该ID，长度通常是160⽐特（20字节），加上末尾的L后缀，也就是21字节长度。

因此，在使用的过程中会发现，软件（钱包程序）仅仅要求输入密码（通常很长），而不像传统的网站，还要用户名之类的信息。这通常就是加密货币的好处，即保证了安全，也实现了匿名。

Ebookcoin要求用户保存好最初设定的长长的明文密码串，它是找回帐号（保存着用户的加密货币财富）的真正钥匙。这比直接保管私钥方便得多，当然，风险也会存在，特别是那些喜欢用短密码的人。为此，Ebookcoin提供了二次签名（类似于支付密码）、多重签名等措施，弥补这些问题。

这里，仅研究一下用户ID的生成，体验上述过程，请看代码：

  1. // modules/accounts 628行
  2. shared.generatePublickey = function (req, cb) {
  3.     var body = req.body;
  4.     library.scheme.validate(body, {
  5.         ...
  6.         required: ["secret"]
  7.     }, function (err) {
  8.         ...
  9.     // 644行
  10.         privated.openAccount(body.secret, function (err, account) {
  11.             ...
  12.             cb(err, {
  13.                 publicKey: publicKey
  14.             });
  15.         });
  16.     });
  17. };
  19. // 447行
  20. privated.openAccount = function (secret, cb) {
  21.     var hash = crypto.createHash('sha256').update(secret, 'utf8').digest();
  22.     var keypair = ed.MakeKeypair(hash);
  24.     self.setAccountAndGet({publicKey: keypair.publicKey.toString('hex')}, cb);
  25. };
  27. // 482行
  28. Accounts.prototype.setAccountAndGet = function (data, cb) {
  29.     var address = data.address || null;
  30.     if (address === null) {
  31.         if (data.publicKey) {
  32.       // 486行
  33.             address = self.generateAddressByPublicKey(data.publicKey);
  34.           ...
  35.         }
  36.     }
  37.     ...
  38.   // 494行
  39.     library.logic.account.set(address, data, function (err) {
  40.         ...
  41.     });
  42. };
  44. // modules/accounts 455行
  45. Accounts.prototype.generateAddressByPublicKey = function (publicKey) {
  46.     var publicKeyHash = crypto.createHash('sha256').update(publicKey, 'hex').digest();
  47.     var temp = new Buffer(8);
  48.     for (var i = 0; i < 8; i++) {
  49.         temp[i] = publicKeyHash[7 - i];
  50.     }
  52.     var address = bignum.fromBuffer(temp).toString() + 'L';
  53.     if (!address) {
  54.         throw Error("wrong publicKey " + publicKey);
  55.     }
  56.     return address;
  57. };

说明：上面628行，是产生公钥的方法，通常需要用户提供一个密码secret。447行，可以看到，将用户密码进行加密处理，然后直接生成了密钥对，接着将公钥继续处理。486行调用了方法generateAddressByPublicKey，455行，该方法对公钥再一次加密，然后做16进制处理，得到所要地址。

过程中，对于私钥没有任何处理，直接无视了。这是因为，这里的使用方法ed25519，基于某个明文密码的处理结果不是随机的，用户只要保护好自己的明文密码字符串，就可以再次生成对应私钥和公钥。

总结

加解密技术专业性很强，需要花费时间深入研究。我在前人研究成果的基础上进行了汇总和再加工，绘制了三张脑图，建议阅读，详情见第四部分《三张图让你全面掌握加密解密技术》一章。本篇权当入门，并没有对交易、区块链和委托人等的加密验证处理过程进行分析，加密解密过程都比较类似，后续阅读时会进一步说明。

其实，加密和验证的过程贯穿于亿书的全过程，接下来我们逐一揭开他们神秘的面纱。请看下一篇：地址

参考

Ed25519官方网站