比特币源码解析：认证与交易
写在前面
花了一周多的时间看比特币0.1.0的源码，到现在基本是都看完了，虽然不能保证所有地方都统统了解，但至少能够理论界和实际。从书本上看得理论，基本都能在源码中的到印证。
这篇文章是只针对比特币交易部分的解析。因为结合着源码讲述，读者观看请自备源码。源码内容也不是特别详细，基本只列出关键函数和关键步骤。后面马上要做别的项目了，比特币的其他部分解析不知道还有没有机会补上。文档是在word中写好的，直接粘过来。
1.密钥与比特币地址的生成
公钥加密，私钥解密;私钥签名，公钥验签。
上面是比特币加密与认证的本质，然而本文不讲述公私钥原理，只讲述比特币原码具体是如何使用这种机制实现加密与认证的。欲了解请先查看相关资料。
1.1公私钥的生成
首先比特币用户的公私钥信息存储在globle 变量keyUser中：
CKey keyUser; // 当前用户公私钥对信息CKey类有以下几个函数：
MakeNewKey();//生成一对公私钥
GetPubKey();//返回公钥
GetPrivKey()//返回私钥
公钥和私钥都是256位的数字串。私钥是用某种安全的方式随机获得的，本质就是一个256位的随机数。公钥是将私钥通过一个椭圆曲线乘法（K = k * G ，其中k是私钥，G是被称为生成点的常数点，而K是所得公钥））的算法计算得来，这些都会在MakeNewKey()这个函数中实现，我们只需要知道，这种运算不可逆。
即由私钥可以推出公钥，反之不然。
一个私钥可以生成多个公钥。
比特币程序运行后，程序会先从wallet.dat数据文件中加载钱包数据信息，其中就包括密钥信息，将密钥信息放入两个map表中：
map, CPrivKey> mapKeys; // 公钥和私钥对应的映射关系，其中key为公钥，value为私钥
map > mapPubKeys; // 公钥的hash值和公钥的关系，其中key为公钥的hash值，value为公钥
1.2比特币地址的生成
比特币的钱包地址由公钥进行hash160加密生成，同样可以有多个，公钥得到钱包地址的过程如下
Inline string PubKeyToAddress
(constvector& vchPubKey)
{
return Hash160ToAddress(Hash160(vchPubKey));
} Hash160加密“先SHA256加密后RIPEMD160加密”的简称，也就是进行可两次加密。之后得到一个160位的数字。
然而这还没完，为了更加简洁方便的表示长串数字，比特币又调用Hash160ToAddress对该数字进行base58编码，从而获得了我们常常看到的比特币地址，例如：
1JyShDpyqafQ88EaLvUQdhajKCzYG4zxd9总结比特币地址的生成过程如下图所示
2交易的生成与校验
2.1比特币交易的原理
比特币的交易方式与传统的交易方式相比有着非常明显的不同。传统的交易方式是数据库式的。比如你从网上买了一件衣服，则从你的支付宝账户中减去这个衣服的金额。支付宝账户代表数据库。而比特币交易方式则不同。比特币的交易是记账式的。比特币值记录每笔交易历史，而不专门存储余额数据。
所以比特币的本质就是一个分布式账本，每个人的账本都相同，都记录着所有的交易历史。
然而只有交易的记录，比特币是如何将确定金钱的归属的呢？
下面就要讲述比特币交易账本的实现方式。如下如图
比特币的每笔交易包含输入和输出两部分，输入和输出都可以使多个。每笔交易的输入都来自其他交易的输出。输入表明了这笔交易金额的具体来源，而输出表明的了金额的去向。
特别的，创币交易，也叫币基交易，就是矿工打包块所得奖励的交易的输入为空，因为这笔交易的金额是“凭空产生”的。
除去币基交易，每笔交易的输入金额之和都应等于输出金额之和。
那么，比特币究竟是怎么保证属于我们的比特币只有我们可以使用呢？
一笔交易刚刚生成时，我们可以把它的输出比作存钱的保险箱。这些保险箱被主人的锁给锁住了。这个锁只有交易的输出目标能够解锁，也就代表只有拥有解开锁的钥匙的人可以打开这个箱子，相当于这个人拥有这笔财产
如果一笔交易的某个输出没有作为另一个交易的输入，也就是没有被打开过，则这笔交易就是UTXO（未花费交易输出）。
一个比特币用户的钱包中会存放若干个钥匙，这把钥匙能打开的锁的交易输出都属于该用户。
以上就是交易的基本原理，下面结合代码具体看比特币如何实现上述过程的。
2.2 CTransaction类
比特的交易信息存储在CTransaction类中，其内容是：
int nVersion; // 交易的版本号，用于升级
vector vin; // 交易对应的输入
vector vout; // 交易对应的输出
int nLockTime; // 交易对应的锁定时间 重要的是vin和vout两个成员，分别记录了这笔交易对应的输入与输出信息。一笔交易的输入和输出都可能是多个，所以用vector定义。
CTxIn的内容：
COutPoint prevout; // 该输入的来源
CScript scriptSig; // 输入脚本对应的签名
unsigned int nSequence;// 主要是用于判断相同输入的交易哪一个更新，值越大越新其中COutPoint的定义如下：
uint256 hash; // 交易对应的hash
unsigned int n; // 交易对应的第几个输出也就说交易中包含了输入究竟来哪个交易的哪个输出的具体信息。
CTxOut的内容：
int64 nValue; // 交易输出对应的金额
CScript scriptPubKey; // 交易对应的公钥
2.3交易的发起
上面是比特币钱包软件的界面。当点击第一张图中的Send Coin按钮就会弹出第二张图所示的窗口。填写目标地址和余额后即可发起交易。在源码中，对应发起交易的函数是：
bool SendMoney(CScript scriptPubKey, int64 nValue, CWalletTx& wtxNew);这个函数的第一个参数是有比特币钱包地址构成的脚本数据,后续会给出具体描述。第二个参数是这笔转账的金额，第三个变量是个返回值变量。
这个函数的核心就是运行下面这个函数
前三个参数继承自上面的函数，第四个函数也是个返回值变量，代表的是交易费。
CreateTransaction主要内容是搜索可用币，填写输出信息和输入信息。
搜索可用币：
SelectCoins(int64 nTargetValue, set& setCoinsRet) 根据参数一的金额，去寻找能够凑够该金额的相关交易
该函数的内容就会从头检索mapWallet表，这个表中记录着所有输出包括自己的交易。从这交易中挑选出可用的交易输出并且加起来大于目标金额。
填写交易输出：
wtxNew.vout.push_back(CTxOut(nValueOut, scriptPubKey));
这部分很简单，就是把输出的金额和接收方提供的锁作为参数填写输出。不过有时候我们搜集到的输入币值总和可能大于要发送的金额，这就需要找零。也就在输出中加一条目标是自己的输出：
wtxNew.vout.push_back(CTxOut(nValueIn - nValue, scriptPubKey));填写交易输入：
foreach(CWalletTx* pcoin, setCoins)
for (int nOut = 0; nOut < pcoin->vout.size(); nOut++)
if (pcoin->vout[nOut].IsMine())
wtxNew.vin.push_back(CTxIn(pcoin->GetHash(), nOut));遍历之前搜集到的交易的集合，将具体的哪个交易的哪个输出填写到vin里面去。
交易签名：
调用
SignSignature(*pcoin, wtxNew, nIn++);//对每笔输入交易进行签名在这个函数中会调用
Solver(txout.scriptPubKey, hash, nHashType, txin.scriptSig)
//验证自己是否具有打开这个公钥的私钥如果成功，就会获得这个输入的签名txin.scriptSig。
下面是整体流程：
2.4签名与认证
首先我们要知道一个签名和验签的流程，A有一对密钥，公钥为m，私钥为n，私钥只有A持有，公钥则所有人拥有。A要给B发送密文x，那么A会用私钥m对密文进行签名，并向B发送签名和密文，B收到后用公钥对签名进行处理，若处理后与密文相同则代表签名者为A。
上节讲述了交易发起的整体流程，但是对细节，我们还不是很清楚，尤其是scriptSig和scriptPubKey这对脚本究竟是怎么产生和怎么运作的。
scriptPubKey << OP_DUP << OP_HASH160 << hash160 << OP_EQUALVERIFY << OP_CHECKSIG;在发送比特币的代码中，scriptPubKey 被这样填充。其中hash160是解码后的比特币钱包地址。而OP_DUP这些代表的是操作。
可以理解为，这个scriptPubKey就是归属者给交易上的锁，scriptSig就是钥匙。用户想要使用一笔交易的某个输出，就需要提供能够解锁scriptPubKey的交易来供所有人验证。
那么scriptSig究竟是怎么得到呢？scriptSig实际上是比特币用户使用自己的私钥对交易进行的签名。
主要调用SignSignature这个函数：
在这个函数中首先执行：
uint256 hash =SignatureHash(scriptPrereq + txout.scriptPubKey, txTo, nIn, nHashType);这个函数对只有某个输入的交易数据进行hash运算并返回hash值（感觉这里很奇怪）
之后执行：
Solver(txout.scriptPubKey, hash, nHashType, txin.scriptSig)
｛
......
scriptSigRet << vchSig << vchPubKey;
// 除了 sig 外 还要把 pubkey 也添加进入scriptsig中 // 这里就是生成答案的地方
......
｝
先验证自己是否拥有该对应该公钥的私钥，若有，则用私钥对上面得到的hash进行签名，并将该签名填入到txin成员里。
这就是scriptSig的获得方式。
对于签名的认证，主要是执行VerifySignature这个函数
而该函数主要执行的是
EvalScript(txin.scriptSig + CScript(OP_CODESEPARATOR) +
txout.scriptPubKey, txTo, nIn, nHashType)也就是解析脚本。
EvalScript函数的运行方式是这样的：
首先创建一个stack(栈),其实就是个vector。
stack.push_back(vchPushValue);先将scriptSig部分压入栈中，然后首先执行scriptPubKey部分：
每读取scriptPubKey中的一个操作符，就执行一次。可以把其当作解释形语言的形式，读取一条执行一条，具体流程如下：
上面图片摘自链接https://zhuanlan.zhihu.com/p/27512347，多谢！
公钥验证可以初步验证身份
由上图我们就知道，当执行到OP_CHECKSIG操作符时，代表对签名进行验证。
查看EvalScript中的代码，其中主要是swith case结构，根据操作符对应操作。
EvalScript（...）
{
Switch(opcode)
{
...
Case OP_CHECKSIG:
case OP_CHECKSIGVERIFY:
{
...
bool fSuccess = CheckSig(vchSig, vchPubKey, scriptCode, txTo, nIn, nHashType);
...
}
...
}
}CheckSig就是认证函数，它的参数分别是对交易hash的签名，私钥对应的公钥与公钥脚本...进入该函数我们看到：
key.Verify(SignatureHash(scriptCode, txTo, nIn, nHashType), vchSig)
这里我们再次看到了SignatureHash，这个函数，这个函数会返回交易对应的hash值，而Verify便会验证，验证过程是，用公钥对签名进行运算得到的hash值是否和这里用SignatureHash运算得到的hash相同，如果相同，则代表签名有效。
我们假定私钥签名为函数S，公钥验签函数为V，交易为tx，hash函数为H有：
V(S(H(tx))) = H(tx)
下图可直观看出整个交易的签名和验证过程
需要指出的是，这里面的tx只是代指，但并不是整个交易，一个交易有很多输入，tx只是有某个输入的被拆分后的交易。
