一文详解比特币的Native SegWit(P2WPKH)地址类型

基本定义：

比特币中的P2WPKH地址（Pay-to-Witness-Public-Key-Hash）是Segregated Witness（隔离见证，简称SegWit）的一种地址类型。生成比特币的 Native SegWit 地址（也称为 bech32 地址），SegWit是对比特币协议的一项更新，旨在改善交易吞吐量、降低交易费用并提高安全性和灵活性。P2WPKH地址通常以“bc1”开头，且直接嵌入见证数据，不再占用区块的常规部分，从而减小交易大小和费用。

地址生成步骤

Native SegWit (P2WPKH) 是比特币的一种地址类型，它支持隔离见证（Segregated Witness），优化了交易签名和存储效率。生成 Native SegWit 地址的过程可以概括为以下步骤：

1. 生成密钥对

首先，你需要生成一个椭圆曲线（Elliptic Curve）密钥对，这是基于 secp256k1 算法的。这个过程包括生成一个私钥和一个对应的公钥。（也可以通过公钥直接生成地址，这种方式可以验证函数是否正确）

• 私钥：从一个随机数生成 32 字节长度的数值。
• 公钥：使用 secp256k1 算法从私钥推导出压缩公钥（33 字节，前缀为 0x02 或 0x03 ）。

2. 生成公钥哈希（PubKeyHash）

使用 SHA256 和 RIPEMD160 哈希算法生成公钥的哈希值。

• 先对压缩公钥进行 SHA256 哈希。
• 再对 SHA256 的结果进行 RIPEMD160 哈希，得到 20 字节的公钥哈希（PubKeyHash）。

3. 创建Witness Program

Native SegWit 地址的 Witness Program 由版本号和公钥哈希组成：

• 版本号是 0（表示 P2WPKH）。
• 公钥哈希（20 字节）。

所以 Witness Program 是 0x00 后跟 20 字节的公钥哈希。

4. Bech32 编码

使用 Bech32 编码将 Witness Program 转换为人类可读的比特币地址格式。Bech32 编码包括两部分：

• 地址前缀：对于比特币主网是 bc，测试网是 tb。
• Witness Program：转换为 Base32 格式并进行 Bech32 校验和编码。

5. 最终的 Native SegWit 地址

经过 Bech32 编码后的字符串就是 Native SegWit 地址，它通常以 bc1 开头（主网）或 tb1 开头（测试网）。

代码示例：

ts 版本：

import { createHash } from 'crypto';
import { bech32 } from 'bech32';

// 计算 SHA256 + RIPEMD160
function hash160(data: Buffer): Buffer {
  // Step 1: SHA-256
  const sha256Hash = createHash('sha256').update(data).digest();

  // Step 2: RIPEMD-160
  const ripemd160Hash = createHash('ripemd160').update(sha256Hash).digest();

  return ripemd160Hash;
}

export function generateNativeSegWitAddress(publicKeyHex: string): string {
  // Step 1: 解码 16 进制公钥
  const pubKeyBytes = Buffer.from(publicKeyHex, 'hex');

  // Step 2: 计算公钥哈希
  const pubKeyHash = hash160(pubKeyBytes);

  // Step 3: Bech32 编码
  const witnessVersion = 0x00; // P2WPKH 的版本号为 0

  // 将 witness version 转换为 Bech32 words
  const words = [witnessVersion, ...bech32.toWords(pubKeyHash)];

  // Bech32 编码
  const address = bech32.encode('bc', words);

  // 返回结果
  return address;
}

go 版本：

package utils

import (
    "crypto/sha256"
    "encoding/hex"
    "fmt"
    "github.com/btcsuite/btcutil/bech32"
    "golang.org/x/crypto/ripemd160"
)

// Hash160 计算 SHA256 + RIPEMD160
func hash160(data []byte) []byte {
    sha256Hash := sha256.Sum256(data)
    ripemd160Hasher := ripemd160.New()
    ripemd160Hasher.Write(sha256Hash[:])
    return ripemd160Hasher.Sum(nil)
}

func GenerateNativeSegWitAddress(publicKeyHex string) (string, error) {
    // Step 1: 解码 16 进制公钥
    pubKeyBytes, err := hex.DecodeString(publicKeyHex)
    if err != nil {
        return "", fmt.Errorf("failed to decode public key: %v", err)
    }

    // Step 2: 计算公钥哈希
    pubKeyHash := hash160(pubKeyBytes)

    // Step 3: 准备 SegWit 地址编码数据
    witnessVersion := byte(0x00) // P2WPKH 的版本号为 0

    // Step 4: 使用 bech32 库进行编码
    data, err := bech32.ConvertBits(pubKeyHash, 8, 5, true) // 将 8-bit 转换为 5-bit
    if err != nil {
        return "", fmt.Errorf("failed to convert bits: %v", err)
    }

    // 将版本号和转换后的数据合并
    combinedData := append([]byte{witnessVersion}, data...)

    // Bech32 编码
    address, err := bech32.Encode("bc", combinedData)
    if err != nil {
        return "", fmt.Errorf("failed to encode Bech32 address: %v", err)
    }

    // 返回 Bech32 编码的地址
    return address, nil
}