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《Nodejs開發加密貨幣》之十九：簽名和多重簽名

來源：程序員人生發布時間：2016-09-03 15:31:49 閱讀次數：2749次

前言

加密貨幣是1種數字資產，隨著區塊鏈等相干技術的創新和突破，很多有形或無形資產實現了去中心化。比如我們這里分享的億書就是要把數字出版物版權進行保護，實現去中心化，解決業界多年來版權保護不力的困難。

不管數字資產，還是數字出版版權，都是有明確所有權的，當前實現數字資產所屬的技術手段就是本篇要介紹的簽名。而多重簽名是對簽名的擴大使用，給數字資產轉移提供了安全保障和技術手段。本篇，從基本概念入手，詳細了解簽名和多重簽名的作用和代碼實現。

源碼

主要源碼地址：

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

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

解讀

簽名

（1）簽名的作用和特點

名字的解釋。簽名是甚么？有人第1反應是平常生活中的用筆簽名，那末我會說，你的直覺是對的。不過，當很多小火伴看到網上的很多解釋，卻又迷惑了，事實上不同概念在不同領域的表述是有差別的，但本質相同。我深信生活是1切創作的源泉，任何1個概念都能從生活中找到原型，這里的“簽名”也是如此。

簽名的作用。平常生活中，凡是需要確認歸屬的（是簽名人的，不是其他的），都需要所有者進行簽名。比如，我簽名了1份文件，出了問題，責任我負，我簽名了1個支票，就代表將由我支付。我們普通老百姓最多見的場景，就是去銀行辦業務，銀行職員會讓你反復簽1大堆的單據，想必每一個人都會有深入的印象。

簽名的特點。人的字跡是很個性化的，越熟練的字體，個性特點越固定，因此1個人的名字，不同的人寫出完全相同字跡的幾率非常小，即使是專業模仿也能夠通過技術鑒別出來，這樣1來，人的簽名就具有唯1性、可驗證的特點，并被法律認可。

簽名的驗證如果，你拿著1張支票去銀行兌換，銀行職員會對支票上的簽名和印章仔細比對，確保印章大小、樣式，和付款人簽名等，與銀行保存的信息1致，才會給你兌付，這就是簽名驗證。

（2）比特幣客戶端簽名功能

數字資產需要簽名。類比人類簽名，比特幣也有簽名功能。如果了解比特幣錢包（客戶端軟件），就會發現它提供了1個消息簽名的功能，可以用來對其他用戶通過比特幣網絡以外的信息進行簽名和驗證。我個人使用的是比特幣官方網站提供的比太錢包，如圖：

這個功能干甚么用的呢？有好多小火伴不清楚，這里舉個簡單的例子解釋1下，具體使用的時候絕不限于這些利用。

Alice開了1個網店，但沒有直接接入比特幣網絡，不能自動確認和驗證支付者。客戶Imfly購買了她的產品，并用比特幣支付了全部貨款。由于比特幣地址和交易都是公然匿名的，為了避免冒充冒領實，Alice需要確認Imfly提供的那個付款地址確切是imfly本人的，否則不能發貨。這時候候，就需要Imfly先把支付貨款的比特幣地址和相干交易簽名信息（如圖），然后通過QQ或郵件傳給Alice，Alice使用客戶端驗證信息簽名，才能確認交易確切是Imfly的。

想象1下，如果沒有簽名功能會怎樣樣呢？由于比特幣僅是1個匿名、安全的支付手段，但卻沒法確認支付方或收款方是誰，信息的不肯定性，將使得比特幣網絡以外的交易沒法達成。在中心化的世界里，這個問題是通過運營平臺這個第3方達成的，比如支付寶等，雙方的全部信息，平臺都掌握，任何1方出現訛詐，都需要通過向平臺投訴來解決。用戶需要對第3方平臺絕對信任，并通過犧牲個人信息安全取得交易的基本保障。

（3）電子簽名

通過上述分析，可以理解的是，簽名的作用是肯定資產所屬，其特點是簡單、安全、可驗證。把這個概念抽象出來，利用到計算機系統里，為了肯定數字資產所屬，也需要進行簽名，這就是大家常常看到的“電子簽名”的概念。在網絡世界里，簽名可以對任何需要確認的數字資產進行處理，比如比特幣地址、電子書版權等，并以此來宣布重要資產的所屬，這讓無需監管的去中心化交易成為可能。

具體開發設計中，就是加密技術代替人的字跡，不然任何簽名方法都會被模仿，而且模仿的本錢極低，相反，驗證的本錢卻很高。具體的加密或驗證技術，請參考前面的章節，這里我們介紹億書是如何使用簽名技術的。

億書也具有簽名能力，只不過，目前沒有單獨提供簽名信息的操作供用戶使用，而是通過簽名，添加了支付密碼功能，對用戶帳號資產追加了1層保護。

（4）億書的支付密碼

簽名方法在modules/signatures.js文件里，類圖以下：

我們還是從Api開始，代碼以下：

// modules/signatures.js文件
// 179行
router.map(shared, {
  "get /fee": "getFee",
  "put /": "addSignature"
});

// 188行
library.network.app.use('/api/signatures', router);

通過上面的代碼，可以了解簽名提供了兩個簡單的公共接口：

get /api/signatures/fee -> shared.getFee
put /api/signatures/ -> shared.addSignature //簽名操作

明顯，最核心的方法也就是shared.addSignature，代碼：

// 215行
shared.addSignature = function (req, cb) {
    ...
    library.scheme.validate(body, {
        properties: {
            ...
        },
        required: ["secret", "secondSecret"]
    }, function (err) {
        ...

        library.balancesSequence.add(function (cb) {
            if (body.multisigAccountPublicKey && body.multisigAccountPublicKey != keypair.publicKey.toString('hex')) {
                modules.accounts.getAccount({publicKey: body.multisigAccountPublicKey}, function (err, account) {
                    ...

                        try {
                            var transaction = library.logic.transaction.create({
                                type: TransactionTypes.SIGNATURE, // 297行
                                sender: account,
                                keypair: keypair,
                                requester: keypair,
                                secondKeypair: secondKeypair,

                            });
                        } catch (e) {
                            return cb(e.toString());
                        }
            ...         
}

毫無疑問，支付密碼也是1個簡單的交易（交易類型TransactionTypes.SIGNATURE，見297行）。基于此，我們不難想象，添加類似比特幣的簽名功能也是件非常簡單的事情，我們會在億書下1個版本里添加這項功能，具體請關注億書幣版本庫最新進展。

多重簽名

上面我們提到，比特幣的匿名性，使交易處于不可信當中，終究致使用戶不敢交易。有了簽名功能，就有了確認雙方信息的有效手段，問題總算有了解決方案。聰明的小火伴會發現，簽名和驗證進程除繁瑣，并沒有讓我們覺得比使用第3方平臺更有效、更安全。有無更好的解決方案呢？回答是：有，那就是多重簽名。

（1）基本概念

多重簽名，可以簡單的理解為1個數字資產的多個簽名。簽名標定的是數字資產所屬和權限，多重簽名預示著數字資產可由多人安排和管理。在加密貨幣領域，如果要動用1個加密貨幣地址的資金，通常需要該地址的所有人使用他的私鑰（由用戶專屬保護）進行簽名。那末，多重簽名，就是動用這筆資金需要多個私鑰簽名，通常這筆資金或數字資產會保存在1個多重簽名的地址或帳號里。這就好比，我們工作中有1份文件，需要多個部門簽署才能生效1樣。

在實際的操作進程中，1個多重簽名地址可以關聯n個私鑰，在需要轉賬等操作時，只要其中的m個私鑰簽名就能夠把資金轉移了，其中m要小于等于n，也就是說m/n小于1，可以是2/3, 3/5等等，是要在建立這個多重簽名地址的時候肯定好的。

（2）工作原理

數字資產在某種情況下，需要多人安排。換句話說，在某些特定條件下，數字資產如果沒法確認歸屬某個特定的人，那末最好讓相干人共同簽署它的所有權。

依然舉上面的例子，在Alice發貨以后，Imfly收到貨之前，這筆錢應當由第3方信譽比較高的中介暫時保存，這個階段，這筆錢要末是Alice的，要末是Imfly的，終究的歸屬要看Imfly是不是收到貨。所以，這個第3方，不管如何都是應當有的，不然Imfly就要承當大部份風險（由于比特幣的單向不可逆，Imfly發送以后就沒有辦法收回了）

這樣1來，這筆錢的所屬關系，在交易進程中觸及到Alice、Imfly和平臺第3方（雖然不屬于它，但它有權裁定資金去向），那末就應當由他們3方簽名，因此網上購物就是典型的多重簽名的例子。其多重簽名模型就是2/3，也就是說只要他們中的兩個簽名，資金就能夠被轉移。

具體到這個例子，Imfly把錢打給1個關聯3方私鑰的多重簽名地址，如果全部交易進程順利，只要Alice和Imfly兩個簽名，這筆錢就會順利到達Alice手里。如果不順利，他們任何1人提出仲裁，平臺第3方調查以后，通過簽名就可以把這筆錢轉給Alice或退回Imfly。這非常類似淘寶和京東的模式，但是比他們更加便捷和安全，最少不用擔心第3方倒閉、挪用資金或攜款跑路。

（3）利用場景

很明顯，多重簽名給了加密貨幣騰飛的翅膀，讓它單1單項支付的能力更具吸引力，讓加密貨幣技術利用到各行各業成為可能。這里簡單的羅列幾個利用場景，供探索和思考：

電子商務。比較常見的是2/3的模式。上面電子商務網站的例子，就是最典型的場景之1，目前已有成功的案例了。延伸1下，這類利用本質就是中介，所以還可用在各類中介機構性質的服務上。
財產分割。比如夫妻雙方共有財產，可使用1/2的模式，1個賬戶誰都可使用，跟各自具有帳號1樣，好處是系統忠實記錄了每一個人的花消，鬧掰的時候很容易清算。擴大到公司合伙經營，可使用1/n模式，n個人合伙人，都可以直接安排共有資金，具體清算時，1目了然。
資金監管。其實，這是多重簽名的最直接作用，1筆錢需要多個人簽名才能使用，任何1個人都沒法直接動用資金，這在生活中太常見了，只要靈活設置多重簽名的比重模式，就可以解決生活中很多問題。比如，接著上面夫妻的例子，夫妻要儲備1筆資金，供孩子上大學使用，在這之前誰都不能動，那末把模式改成2/2，不但限制了夫妻雙方，也給黑客攻擊增加了難度。

多重簽名的設計，讓各種業務去中心化充滿無窮可能。

（4）億書的多重簽名

多重簽名方法在modules/multisignatures.js文件里，類圖以下：

實現Api的代碼以下：

// 318行
router.map(shared, {
  "get /pending": "pending", // Get pending transactions
  "post /sign": "sign", // Sign transaction
  "put /": "addMultisignature", // Add multisignature
  "get /accounts": "getAccounts"
});

// 329行
library.network.app.use('/api/multisignatures', router);

解析1下，最后產生的Api以下：

get /api/multisignatures/pending -> shared.pending // 查詢等待中的交易
post /api/multisignatures/sign -> shared.sign // 簽名交易
put /api/multisignatures/ -> shared.addMultisignature // 創建多重簽名帳號
get /api/multisignatures/accounts -> shared.getAccounts // 取得關聯的帳號（對應者用戶私鑰）

提供的功能很明顯，包括：待交易查詢、關聯帳號列表查詢，用戶簽名交易，創建多重簽名帳號等4個核心功能。我們先從創建多重簽名帳號開始，這個Api使用的是http的put方法，對應的自然是更新操作，不查看代碼也能夠料想到，該功能應當是在已有帳號基礎上的操作，從客戶端錢包設置菜單里，可以看到如圖操作：

看看shared.addMultisignature的源代碼以下：

// modules/multisignatures.js文件
shared.addMultisignature = function (req, cb) {
    var body = req.body;
    library.scheme.validate(body, {
        ...

    // 732行
        required: ['min', 'lifetime', 'keysgroup', 'secret']
    }, function (err) {
      ...

        library.balancesSequence.add(function (cb) {
            modules.accounts.getAccount({publicKey: keypair.publicKey.toString('hex')}, function (err, account) {
                ...

        // 767行
                try {
                    var transaction = library.logic.transaction.create({
                        type: TransactionTypes.MULTI, // 769行
                        sender: account,
                        keypair: keypair,
                        secondKeypair: secondKeypair,
                        min: body.min,
                        keysgroup: body.keysgroup,
                        lifetime: body.lifetime
                    });
                } catch (e) {
                    return cb(e.toString());
                }

                ...
};

從732行可知，創建1個多重簽名，必須’min’, ‘lifetime’, ‘keysgroup’, ‘secret’這4參數（其實，1個默許參數就是當前帳號），min代表上面講到的m值，即需要確認的人數;lifetime代表生命周期;keysgroup包括多重簽名關聯的全部帳號，它是數組類型，包括的元素個數就是n;secret是用戶密碼，與用戶私鑰對應。

經過1系列的驗證以后，作為1個交易（交易類型TransactionTypes.MULTI，769行）保存到數據庫(區款鏈)里。創建成功的帳號，可以顯示多重帳號菜單，對交易進行操作。接下來，自然應當能夠查看全部關聯的帳號（請看shared.getAccounts方法），查看待確認的交易（請看shared.pending方法），這兩個方法僅僅是簡單的查詢，沒甚么難度，這里不再浪費篇幅。

如果用戶同意交易，就能夠對待確認的交易進行簽名（shared.sign方法），這個方法的源碼以下：

// 586行
shared.sign = function (req, cb) {
    var body = req.body;
    library.scheme.validate(body, {
        ...
        required: ['transactionId', 'secret']
    }, function (err) {
        ...

    // 632行
        function done(cb) {
            library.balancesSequence.add(function (cb) {
        // 634行
                var transaction = modules.transactions.getUnconfirmedTransaction(body.transactionId);

                if (!transaction) {
                    return cb("Transaction not found");
                }

        // 640行
                transaction.signatures = transaction.signatures || [];
                transaction.signatures.push(sign);

                library.bus.message('signature', {
                    signature: sign,
                    transaction: transaction.id
                }, true);
                cb();
            }, function (err) {
                if (err) {
                    return cb(err.toString());
                }

                cb(null, {transactionId: transaction.id});
            });
        }

        ...
};

這個方法，相比單獨的簽名方法，不同的是單獨的簽名方法相當于1個新建交易，而這里的多重簽名的用戶簽名，明顯僅僅是對未確認交易（634行）進行簽名確認（640行保護了1個簽名數組，641行的push方法把用戶簽名寫入數組）。而且，相比獨立簽名，驗證也更復雜，我們將在下1篇《交易》1文中集中討論驗證問題。您也能夠結合下1篇的內容，瀏覽和理解這里的簽名方法。