区块链中的数字签名起到什么作用？

数字签名是用于验证数字数据的真实性和完整性的加密机制。我们可能会将其视为普通手写签名的数字版本，但具有更高的复杂性和安全性。

简单来说，我们可以将数字签名描述为附加到消息或文档的代码。在生成之后，代码充当证明消息在从发送方到接收方的路上没有被篡改的证据。

虽然使用密码学保护通信的概念可以追溯到古代，但是由于公钥密码学（PKC）的发展，数字签名方案在20世纪70年代成为可能的现实。因此，要了解数字签名的工作原理，我们首先需要了解散列函数和公钥加密的基础知识。

散列函数
哈希是数字签名系统的核心要素之一。散列过程涉及将任何大小的数据转换为固定大小的输出。这是通过称为散列函数的特殊算法来完成的。散列函数生成的输出称为散列值或消息摘要。

当与加密相结合时，可以使用所谓的加密散列函数来生成充当唯一数字指纹的散列值（摘要）。这意味着输入数据（消息）的任何更改都将导致完全不同的输出（散列值）。这就是加密散列函数被广泛用于验证数字数据真实性的原因。

公钥加密（PKC）
公钥加密或PKC是指使用一对密钥的加密系统：一个公钥和一个私钥。这两个密钥在数学上是相关的，可用于数据加密和数字签名。

作为一种加密工具，PKC比更基本的对称加密方法更安全。虽然旧系统依赖相同的密钥来加密和解密信息，但PKC允许使用公钥进行数据加密，并使用相应的私钥进行数据解密。

除此之外，PKC方案还可以应用于数字签名的生成。本质上，该过程包括散列消息（或数字数据）以及签名者的私钥。接下来，消息的接收者可以使用签名者提供的公钥来检查签名是否有效。

在某些情况下，数字签名可能涉及加密，但情况并非总是如此。例如，比特币区块链使用PKC和数字签名，但不像许多人倾向于认为的那样，在这个过程中没有加密。从技术上讲，比特币部署了所谓的椭圆曲线数字签名算法（ECDSA）来验证交易。

数字签名如何运作
在加密货币的背景下，数字签名系统通常包括三个基本步骤：散列，签名和验证。

哈希数据
第一步是散列消息或数字数据。这是通过散列算法提交数据以生成散列值（即消息摘要）来完成的。如上所述，消息的大小可能会有很大差异，但是当它们被散列时，它们的所有散列值都具有相同的长度。这是哈希函数的最基本属性。

但是，散列数据不是生成数字签名的必要条件，因为可以使用私钥来签署完全没有散列的消息。但对于加密货币，数据总是经过哈希处理，因为处理固定长度的摘要有助于整个过程。

签名
对信息进行哈希处理后，邮件的发件人需要对其进行签名。这是公钥密码学发挥作用的时刻。有几种类型的数字签名算法，每种算法都有自己独特的机制。但实质上，散列消息将使用私钥进行签名，然后消息的接收者可以使用相应的公钥（由签名者提供）来检查其有效性。

换句话说，如果在生成签名时不包括私钥，则消息的接收者将不能使用相应的公钥来验证其有效性。公钥和私钥都是由消息的发送者生成的，但只有公钥与接收者共享。

值得注意的是，数字签名与每条消息的内容直接相关。因此，与手写签名不同，无论消息如何，每个数字签名的消息都会有不同的数字签名。

验证
让我们举一个例子来说明整个过程，直到验证的最后一步。想象一下，Alice向Bob写了一条消息，哈希，然后将哈希值与她的私钥结合起来生成数字签名。签名将作为该特定消息的唯一数字指纹。

当Bob收到消息时，他可以使用Alice提供的公钥来检查数字签名的有效性。这样，Bob可以确定签名是由Alice创建的，因为只有她拥有与该公钥对应的私钥（至少这是我们所期望的）。

因此，爱丽丝秘密保密私钥至关重要。如果另一个人拿到了Alice的私钥，他们就可以创建数字签名并伪装成Alice。在比特币的背景下，这意味着有人可以使用Alice的私钥在未经她许可的情况下移动或使用她的比特币。