Javacard----区块链电子钱包

 

一．     需求分析

总体需求：建立一个比特币钱包程序，能够完成获取学号、获取学号、挖矿、生成钱包这四个功能。

（1）  获取学号：使用10个ASCII码表示学号，由卡片向终端返还。

（2）  获取姓名：使用GB2312编码表示姓名，由卡片向终端返还。

（3）  挖矿：使用者发送一条数据，其中包含挖矿难度和交易数据两条信息。卡片在接收到命令后，进行工作量证明算法，向终端返还满足要求的数字。

（4）  生成钱包：使用者向卡片发送一条数据，其中包含公钥。卡片接收到命令后，对公钥地址进行双哈希算法，并将结果进行Base58编码，生成比特币地址并返还终端。

 

二．     程序设计

1.    总体框架：

    

    final static byte myBTC_CLA = (byte) 0x80;

    final static byte myBTC_NUMBER=(byte)0x81;

    final static byte myBTC_NAME=(byte)0x82;

    final static byte myBTC_DIG=(byte)0x83;

    final static byte myBTC_PURSE=(byte)0x84;

 

 

2. 获取学号：

        

 

（1）通过ASCII码对照表，将学号对应表示为：

    byte[ ] mynumber={0x30,0x31,0x32,0x33,0x34,0x35,0x36,0x38,0x38};      

 

（2）将学号逐位放入APDU通信缓冲区，设置方向为卡片到终端后，设置数据发送长度，发送数据。

 

3. ．获取姓名：

（1）  通过网络中的在线编码工具，转化为许下形式：

byte[ ] myname={0x0c,0x0e,0x0e,0x02,0x0c,0x0b,0x0b,0x06} ;

 

（2）将姓名逐位放入APDU通信缓冲区，设置方向为卡片到终端后，设置数据发送长度，发送数据。

 

4. 挖矿：    

挖矿的总体思路很简单：

step1：从命令中获取挖矿难度和数据。

Step2：写一个计数器，从0开始计数。

Step3：将该数添加到数据的末尾，组成一个新的数组。

Step4：把这个新的数组进行SHA-1加密，获得20位的哈希值。

Step5：如果这个哈希值的前x位（x为难度，由p1送入）都是0，那么挖矿成功，返回这个计数值；否则，进入计数器的计数加1，重复（3）（4）直至挖矿成功或计数器上限溢出。

       

       受javacard支持的数据格式的限制，只能够使用byte，short类型的变量或数组，给上述思路的实现带来了困难：

（1）  计数器的进位问题

计数器需要找到一个满足工作量证明的随机数，但byte型数据只有8bit，仅仅支持0x00~0xff的数字大小，显然是不够的。我们需要使用一个byte数组来存放这个随机数。此时产生了如何表示计数器进位的问题。

因为计数器位数固定为了4byte，所以降低了进位的表示难度。通过对几种低位计数到0xff时的临界状态的判定，解决进位问题。从最低位开始，到最高位，依次进行如下判断：当低位小于0xff时，低位加1；当低位需要进位时，高位加1，低位置0.

（2）  如何判断哈希值前x位为0的问题

hash值是用16进制数的形式来表示的，没办法简单的通过与固定的数做比较的方式确定0的个数。此处采用以循环左移位的方式，将哈希值与0x80相与。如果结果为0则说明该哈希值第一个bit为0。如此循环x位，便可得出前x位0的个数。设置一个变量用来记录0的个数，当相与结果为0时，该数加1；若有一个不为0的结果，该变量清0，退出循环，重新寻找随机数。

 

 

5. 生成钱包：

 

 

 

思路概述：

钱包的生成过程如流程图所示，在对公钥地址进行双哈希加密后获得公钥哈希，在对公钥哈希进行Base58Check编码，获得比特币地址。

在钱包的设计过程中，需要注意所用到的SHA-1、RIPEMD160、Base58checkd函数的输入输出数组的位数和格式。

具体流程如下：

（1）数组的说明

设置几个256byte的数组用于存储中间过程：

byte[ ] temp ,byte[ ] key, byte[ ] keytemp1, byte[ ] keytemp2

将最后的结果，及比特币地址存入byte[ ] keyfinal。

（2）生成流程

1.把buffer的data读进temp,对temp进行SHA-1存入key；

2.把key赋值给temp，并将temp补位至32位，进行temp，得到20位结果存入keytemp1；

3.在temp首位补0，之后放keytemp1的20位，对这21位进行SHA1，生成20位结果，存入key；

4.对key进行SHA1，结果存入keytemp2；

5.temp首位赋值00，跟上20位keytemp1，在加上keytemp2的前4位，组成25位；

6.对temp进行base58，结果存入keyfinal。

 

 

三．关键代码

1.工作量证明

 

（2）钱包生成过程

 

四、测试结果

（1）获取学号

（2）获取姓名

（3）挖矿

（4）生成钱包

 

五. 感谢

    感谢 EdiblE 为本次程序提供的Javacard版的 RIPE160 和 Base58check 函数。

    感谢 Mr. Chen 在修改bug方面提供的技术支持。