cryptos

cryptos项目

cryptos项目是一个由个人开发的纯Python零依赖实现的比特币项目，主要用于教育目的。该项目涵盖了比特币背后的所有加密原理，如SHA-256散列算法和有限域上的椭圆曲线数学。以下是cryptos项目的详细介绍：

SHA-256

cryptos项目实现了一个纯Python版本的SHA-256，并严格遵循NIST FIPS 180-4规格。在cryptos/sha256.py文件中可以找到相关代码。由于是从头开始的纯Python实现，这个SHA-256的速度较慢，只适用于教育用途。示例使用方法如下：

$ echo "some test file lol" > testfile.txt
$ shasum -a 256 testfile.txt
4a79aed64097a0cd9e87f1e88e9ad771ddb5c5d762b3c3bbf02adf3112d5d375
$ python -m cryptos.sha256 testfile.txt
4a79aed64097a0cd9e87f1e88e9ad771ddb5c5d762b3c3bbf02adf3112d5d375

密钥

cryptos项目提供了getnewaddress.py这个CLI工具，可以生成一个新的比特币秘密/公钥对及其对应的压缩地址（base58check格式）。示例使用方法如下：

$ python getnewaddress.py
generated secret key:
0xc322622e6a0033bb93ff666753f77cc8b819d274d9edea007b7e4b2af4caf025
corresponding public key:
x: 5B9D87FE091D52EA4CD49EA5CEFDD8C099DF7E6CCF510A9A94C763DE38C575D5
y: 6049637B3683076C5568EC723CF7D38FD603B88447180829BBB508C554EEA413
compressed bitcoin address (b58check format):
1DBGfUXnwTS2PRu8h3JefU9uYwYnyaTd2z

数字签名

项目中还实现了椭圆曲线数字签名算法（ECDSA），相关代码在cryptos/ecdsa.py中。示例使用方法如下：

>>> from cryptos.keys import gen_key_pair
>>> from cryptos.ecdsa import sign, verify
>>> sk1, pk1 = gen_key_pair()
>>> sk2, pk2 = gen_key_pair()
>>> message = ('pk1 wants to pay pk2 1 BTC').encode('ascii')
>>> sig = sign(sk1, message)
>>> verify(pk1, message, sig)
True
>>> verify(pk2, message, sig)
False

交易

cryptos项目能够解析和实例化比特币交易对象，支持传统交易和隔离见证交易。以下是解析一个传统交易的示例：

>>> from cryptos.transaction import Tx
>>> from io import BytesIO

>>> raw = bytes.fromhex('0100000001813...')
>>> tx = Tx.parse(BytesIO(raw))
>>> tx

Tx(...内容省略...)

通过这些代码，可以验证该交易是否符合比特币协议并且在加密上是真实的：

>>> tx.validate()
True

区块

在cryptos/block.py文件中可以找到区块类、相关函数和实用工具。

轻量级节点

cryptos项目还实现了一个轻量级的比特币节点，可以使用Python的sockets库连接其他节点，并执行版本握手以及请求区块头等功能。以下是验证前40000个区块头部的示例：

from io import BytesIO
from cryptos.block import Block, GENESIS_BLOCK
from cryptos.network import SimpleNode, GetHeadersMessage, HeadersMessage

previous = Block.decode(BytesIO(GENESIS_BLOCK['main']))

node = SimpleNode(
    host='mainnet.programmingbitcoin.com',
    net='main',
)
node.handshake()

blocks = [previous]
for _ in range(20):
    getheaders = GetHeadersMessage(start_block=bytes.fromhex(previous.id()))
    node.send(getheaders)
    headers = node.wait_for(HeadersMessage)
    blocks.extend(headers.blocks)
    previous = headers.blocks[-1]
    print(f"received another batch of blocks, now have {len(blocks)}")

node.close()

for i, block in enumerate(blocks):
    assert block.validate()
    prev = blocks[i - 1]
    expected_prev_block = b'\x00'*32 if i == 0 else bytes.fromhex(prev.id())
    assert block.prev_block == expected_prev_block
    if i % 2016 == 0:
        if i == 0:
            expected_bits = bytes.fromhex('ffff001d')