以太坊签名函数实操 | 函数式与区块链（三）
关于函数式编程：
函数式编程是有别于传统的面对对象范式的编程范式，函数式方向是目前编程语言发展的大方向，所有新设计的编程语言都或多或少的引入了函数式编程功能。
笔者认为，「下一代计算机学科体系」将基于函数式编程语言。因此，打好函数式编程基础对于具备「长期主义」思维的程序员是必要的。
关于本专栏：
本专栏将通过实战代码分析与经典著作解读，分享作者关于函数式编程与区块链的思考与实践。就目前而言，本专栏将基于两种函数式语言：Rust 和 Elixir，有时候会提及其它语言，作为辅助性参考。
前文索引：
本文描述 Elixir 与 Rust 两种函数式编程语言下 ECDSA 算法下使用 Secp256k1 签名的过程。
本文侧重相关库的使用，相关原理解析可见：
一个数字引发的探索——ECDSA解析：
https://fisco-bcos-documentation.readthedocs.io/zh_CN/latest/docs/articles/3_features/36_cryptographic/ecdsa_analysis.html?highlight=v%20r%20s
一场椭圆曲线的寻根问祖之旅：
https://fisco-bcos-documentation.readthedocs.io/zh_CN/dev/docs/articles/3_features/36_cryptographic/elliptic_curve.html
在 Elixir 中，使用了 libsecp256k1库：
# mix.exsdefp deps do[...{:libsecp256k1, "~> 0.1.9"},...]
最终实现是一个库，被最终打包在：
https://github.com/leeduckgo/eth_wallet
并可以通过 mix 进行导入：
{:eth_wallet, ">= 0.0.12"}在 Rust 中，使用了secp256k1库与bitcoin_hashes库：
# cargo.toml[dependencies]secp256k1 = {version = "0.20.3", features = ["rand-std", "recovery"] }bitcoin_hashes = "0.9"
完整实现见：
https://github.com/leeduckgo/secp256k1-example-rs
未压缩的签名
未压缩的签名即是简单粗暴的直接用私钥（privkey）给信息（message）进行签名，签名字节数可能是 71、72 或 73。
Elixir 中的实现
在 elixir 中的签名和验签通过:crypto这个库实现。
# https://github.com/leeduckgo/eth_wallet/blob/main/lib/utils/crypto.exdef sign(digest, priv) do{:ok, res} = :libsecp256k1.ecdsa_sign(digest, priv, :default, <<>>)resenddef verify(digest, sig, pubkey) do# :crypto.verify(:ecdsa, :sha256, msg, sig, [pubkey, :secp256k1])case :libsecp256k1.ecdsa_verify(digest, sig, pubkey) do:ok -> true_ -> falseendend
Rust 中的实现
///https://github.com/leeduckgo/secp256k1-example-rs/blob/main/src/main.rsfn main(){let (seckey, pubkey) = generate_keys();let digest = b"This is some message";let sig = sign(digest, seckey);let serialize_sig = sig.serialize_compact().to_vec();verify(digest, serialize_sig, pubkey);}///https://github.com/rust-bitcoin/rust-secp256k1/blob/master/examples/sign_verify.rsfn sign(digest: &[u8], seckey: SecretKey) -> Signature {let secp = Secp256k1::new();let signature = do_sign(&secp, digest, seckey).unwrap();println!("signature: {:?}", signature);signature}fn verify(digest: &[u8], sig: Vec<u8>, pubkey: PublicKey){let secp = Secp256k1::new();let result = do_verify(&secp, digest, sig, pubkey).unwrap();println!("verify result: {:?}", result)}fn do_sign<C: Signing>(secp: &Secp256k1<C>, digest: &[u8], seckey: SecretKey) -> Result<Signature, Error> {let digest = sha256::Hash::hash(digest);let digest = Message::from_slice(&digest)?;Ok(secp.sign(&digest, &seckey))}fn do_verify<C: Verification>(secp: &Secp256k1<C>, digest: &[u8], sig: Vec<u8>, pubkey: PublicKey) -> Result<bool, Error> {let digest = sha256::Hash::hash(digest);let digest = Message::from_slice(&digest)?;let sig = Signature::from_compact(&sig)?;Ok(secp.verify(&digest, &sig, &pubkey).is_ok())}
压缩的签名
通过压缩签名算法（sign_compact），会生成v, r, s。r 和 s 拼凑起来是签名本体，v 的全称是 Recovery ID，起到从签名中恢复公钥的作用。
对比比特币签名，以太坊的签名格式是
r+s+v。r 和 s 是ECDSA签名的原始输出，而末尾的一个字节为 recovery id 值，但在以太坊中用V表示，v 值为1或者0。recovery id 简称 recid，表示从内容和签名中成功恢复出公钥时需要查找的次数（因为根据r值在椭圆曲线中查找符合要求的坐标点可能有多个），但在比特币下最多需要查找两次。这样在签名校验恢复公钥时，不需要遍历查找，一次便可找准公钥，加速签名校验速度。—— https://learnblockchain.cn/books/geth/part3/sign-and-valid.html
压缩签名的长度是 r 和 s 各是 32 字节，v 是1字节，总共是65字节。
Elixir 中的实现
压缩签名函数实现：
@base_recovery_id 27@base_recovery_id_eip_155 35@doc """The test is here:https://github.com/exthereum/exth_crypto/blob/master/lib/signature/signature.exAttention: hash should be 32 bytes."""def sign_compact(digest, privkey, chain_id \\ nil) do# {:libsecp256k1, "~> 0.1.9"} is useful.{:ok, <<r::size(256), s::size(256)>> = sig, recovery_id} =:libsecp256k1.ecdsa_sign_compact(digest, privkey, :default, <<>>)recovery_id_handled =recovery_id_to_recovery_id_handled(recovery_id, chain_id)%{v: recovery_id_handled, r: r, s: s, sig: sig}enddefp recovery_id_to_recovery_id_handled(recovery_id, chain_id) doif chain_id dochain_id * 2 + @base_recovery_id_eip_155 + recovery_idelse@base_recovery_id + recovery_idendend
公钥恢复函数：
def recover(digest, signature, recovery_id_handled , chain_id \\ nil) dorecovery_id =recovery_id_handled_to_recovery_id(recovery_id_handled, chain_id)case :libsecp256k1.ecdsa_recover_compact(digest, signature, :uncompressed, recovery_id) do{:ok, public_key} -> {:ok, public_key}{:error, reason} -> {:error, to_string(reason)}endenddefp recovery_id_handled_to_recovery_id(recovery_id_handled, chain_id) doif chain_id dorecovery_id_handled - chain_id * 2 - @base_recovery_id_eip_155elserecovery_id_handled - @base_recovery_idendend
Rust 中的实现
压缩签名函数实现：
fn sign_compact(digest: &[u8], seckey: SecretKey) -> (RecoveryId, Vec<u8>) {let secp = Secp256k1::new();let signature = do_sign_compact(&secp, digest, seckey).unwrap();let (recovery_id, serialized_sig) = signature.serialize_compact();println!("signature compacted: {:?}", serialized_sig);println!("recovery id: {:?}", recovery_id);(recovery_id, serialized_sig.to_vec())}fn do_sign_compact<C: Signing>(secp: &Secp256k1<C>, digest: &[u8], seckey: SecretKey) -> Result<RecoverableSignature, Error> {let digest = sha256::Hash::hash(digest);let digest = Message::from_slice(&digest)?;Ok(secp.sign_recoverable(&digest, &seckey))}
公钥恢复函数：
def recover(digest, signature, recovery_id_handled , chain_id \\ nil) dorecovery_id =recovery_id_handled_to_recovery_id(recovery_id_handled, chain_id)case :libsecp256k1.ecdsa_recover_compact(digest, signature, :uncompressed, recovery_id) do{:ok, public_key} -> {:ok, public_key}{:error, reason} -> {:error, to_string(reason)}endenddefp recovery_id_handled_to_recovery_id(recovery_id_handled, chain_id) doif chain_id dorecovery_id_handled - chain_id * 2 - @base_recovery_id_eip_155elserecovery_id_handled - @base_recovery_idendend
完整主函数（main）：
fn main(){let (seckey, pubkey) = generate_keys();let digest = b"This is some message";let sig = sign(digest, seckey);let serialize_sig = sig.serialize_compact().to_vec();verify(digest, serialize_sig, pubkey);let (recovery_id, sig_compact) = sign_compact(digest, seckey);verify(digest, sig_compact.clone(), pubkey);recover(digest, sig_compact, recovery_id);}
最后——关于太上：
太上是笔者团队近期实践的一个函数式+区块链的项目。
太上炼金炉在不改变原有 NFT 合约的基础上，通过附加「存证合约」，赋予 NFT 组合、拆解、生命周期、权益绑定等能力，锻造 NFT +，创造无限创新玩法与想象空间。
愿景0x01：助力所有 NFT 及其相关项目，让其具备无限商业想象空间与无限玩法。
愿景0x02：成为下一代区块链基础设施
太上是本系列用以探讨函数式编程的第一个项目。
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