java怎么實現區塊鏈錢包BTC離線簽名交易

# Java實現區塊鏈錢包BTC離線簽名交易

## 目錄
1. [區塊鏈交易基礎概念](#區塊鏈交易基礎概念)
2. [BTC交易結構解析](#btc交易結構解析)
3. [Java密碼學基礎準備](#java密碼學基礎準備)
4. [密鑰對生成與管理](#密鑰對生成與管理)
5. [構建原始交易數據](#構建原始交易數據)
6. [交易簽名實現](#交易簽名實現)
7. [簽名驗證與廣播](#簽名驗證與廣播)
8. [完整代碼示例](#完整代碼示例)
9. [安全注意事項](#安全注意事項)
10. [進階優化方向](#進階優化方向)

## 區塊鏈交易基礎概念

### 1.1 什么是離線簽名
離線簽名（Offline Signing）是指在不連接互聯網的環境下對區塊鏈交易進行數字簽名的過程...

### 1.2 比特幣交易生命周期
1. 交易創建 → 2. 簽名 → 3. 廣播 → 4. 驗證 → 5. 打包上鏈

### 1.3 為什么需要離線簽名
- 冷錢包安全方案
- 防止私鑰網絡暴露
- 企業級資金管理需求

## BTC交易結構解析

### 2.1 交易輸入(vin)
```java
class TxInput {
    byte[] prevTxHash;  // 前一筆交易的哈希
    int outputIndex;    // 前一筆交易的輸出索引
    byte[] scriptSig;   // 解鎖腳本（初始為空）
    long sequence;      // 序列號
}

2.2 交易輸出(vout)

class TxOutput {
    long value;         // 輸出金額（單位：satoshi）
    byte[] scriptPubKey; // 鎖定腳本
}

2.3 交易元數據

Java密碼學基礎準備

3.1 依賴庫引入

<dependencies>
    <!-- BitcoinJ核心庫 -->
    <dependency>
        <groupId>org.bitcoinj</groupId>
        <artifactId>bitcoinj-core</artifactId>
        <version>0.16.1</version>
    </dependency>
    
    <!-- BouncyCastle密碼學庫 -->
    <dependency>
        <groupId>org.bouncycastle</groupId>
        <artifactId>bcprov-jdk15on</artifactId>
        <version>1.70</version>
    </dependency>
</dependencies>

3.2 關鍵密碼學算法

1. SHA-256哈希算法
2. RIPEMD-160哈希算法
3. ECDSA橢圓曲線數字簽名（secp256k1曲線）

密鑰對生成與管理

4.1 生成比特幣密鑰對

import org.bitcoinj.core.ECKey;

// 生成新密鑰對
ECKey key = new ECKey();
System.out.println("私鑰(WIF): " + key.getPrivateKeyAsWiF(networkParameters));
System.out.println("地址: " + key.toAddress(networkParameters));

4.2 私鑰存儲方案比較

構建原始交易數據

5.1 創建未簽名交易

Transaction tx = new Transaction(params);
tx.addOutput(Coin.valueOf(amount), recipientAddress);

// 添加輸入（UTXO）
TransactionOutPoint outPoint = new TransactionOutPoint(
    params, 
    index,
    Sha256Hash.wrap(prevTxHash)
);
tx.addInput(outPoint, ScriptBuilder.createOutputScript(senderAddress));

5.2 UTXO選擇算法

1. FIFO（先進先出）
2. LIFO（后進先出）
3. 最大優先（Max-value-first）

交易簽名實現

6.1 簽名過程核心代碼

Signer signer = new TransactionSigner(tx);
ECKey signingKey = ECKey.fromPrivate(privateKeyBytes);

// 對每個輸入單獨簽名
for (int i = 0; i < tx.getInputs().size(); i++) {
    signer.signInput(i, signingKey, Script.SIGHASH_ALL);
}

6.2 簽名哈希類型對比

簽名驗證與廣播

7.1 本地驗證

TransactionVerifier verifier = new TransactionVerifier(tx);
try {
    verifier.verify();
    System.out.println("簽名驗證通過");
} catch (VerificationException e) {
    System.out.println("簽名無效: " + e.getMessage());
}

7.2 廣播交易方式

1. 通過公共節點API（blockchain.info）
2. 自建全節點廣播
3. 使用第三方服務（Blockstream API）

完整代碼示例

8.1 離線簽名完整實現

public class OfflineSigner {
    private static final NetworkParameters params = MainNetParams.get();
    
    public static String signTransaction(
        String rawTxHex, 
        String privateKeyWIF,
        List<UTXO> utxos
    ) throws Exception {
        // 代碼實現細節...
    }
    
    // 輔助方法...
}

8.2 測試用例

@Test
public void testSignTransaction() {
    String rawTx = "0100000001...";
    String privateKey = "L1kq2p9n...";
    List<UTXO> utxos = Arrays.asList(
        new UTXO("a1b2c3...", 0, 1000000)
    );
    
    String signedTx = OfflineSigner.signTransaction(rawTx, privateKey, utxos);
    assertTrue(signedTx.startsWith("02000000"));
}

安全注意事項

9.1 私鑰安全最佳實踐

1. 永遠不在內存中明文存儲私鑰
2. 使用硬件安全模塊（HSM）
3. 實施多重簽名方案

9.2 常見攻擊防范

• 交易延展性攻擊（Transaction Malleability）
• 重放攻擊（Replay Attack）
• 手續費狙擊（Fee Sniping）

進階優化方向

10.1 支持隔離見證（SegWit）

// SegWit交易構造示例
TransactionWitness witness = new TransactionWitness(2);
witness.setPush(0, signature);
witness.setPush(1, pubKey);
tx.setWitness(0, witness);

10.2 批量交易處理

• 使用交易工廠模式
• 實現異步簽名隊列
• 手續費優化算法

10.3 硬件錢包集成

1. Ledger Nano S/X
2. Trezor Model T
3. Coldcard Wallet

附錄：相關資源 - 比特幣開發者文檔 - BIP-32/39/44標準 - bitcoinj源碼 “`

注：此為精簡版大綱，完整6400字文章需展開每個章節的技術細節，包括： 1. 詳細的代碼實現解析 2. 密碼學原理說明 3. 交易構造的字節級分析 4. 各類邊界條件處理 5. 性能優化建議等

需要補充完整內容可告知具體需要展開的章節。