签名：消息 + 私钥 + 随机数 —> 签名
验签：消息 + 签名 —> 公钥，对比公钥和签名者地址是否一致
签名分为交易签名和消息签名两种类型。
签名过程：构造交易->RLP编码->哈希运算->私钥签名->打包签名->RLP编码
- 构造交易：交易结构为[chainId, nonce, maxPriorityFeePerGas, maxFeePerGas, gasLimit, to, value, data]。
- RLP编码：网络传输中json的序列化/反序列化方式不同，为保证交易数据传输后的编码一致性，使用RLP编码序列化方式。
- 哈希运算：使用Keccak256，输出bytes32哈希值。
- 私钥签名：使用ECDSA椭圆曲线签名算法进行私钥签名，输出(v、r、s)签名值。
- 打包签名：把交易和签名打包为[nonce, maxPriorityFeePerGas, maxFeePerGas, gasLimit, to, value, data, v, r, s]，chainId已经被编码到v参数中，从交易数据中删除。
- RLP编码：对打包后的数据再次进行RLP编码。
验证过程：RLP解码->验证签名->对比公钥
- RLP解码：解码后的数据[nonce, maxPriorityFeePerGas, maxFeePerGas, gasLimit, to, value, data, v, r, s]
- 验证签名：对消息[nonce, maxPriorityFeePerGas, maxFeePerGas, gasLimit, to, value, data]和签名[v, r, s]恢复出公钥，即签名者地址。
- 对比公钥：对比签名者与签名者公钥推导的地址是否一致。
安全问题：
- 增加chainId字段，防止跨链重放攻击。（EIP155标准）
- 增加Nonce字段，防止双花攻击。
交易类型：
- 单纯转账交易：to为目标地址，data为空。
- 部署合约交易：to为空，data合约创建字节码。
- 调用合约交易：to为合约地址，data为函数选择器+参数。
签名过程：原始消息->打包和哈希->以太坊签名->私钥签名
- 原始消息：任意待签名消息
- 打包和哈希：对消息进行打包，再使用Keccak256，输出bytes32哈希值。
- 以太坊签名：添加以太坊消息前缀和再次哈希，输出bytes32哈希值。
- 私钥签名：使用ECDSA椭圆曲线签名算法进行私钥签名，输出(v、r、s)签名值。
验证过程：原始消息->打包和哈希->以太坊签名->验证签名->对比公钥
- 验证签名：使用消息和签名恢复出公钥。
- 对比公钥：对比签名者与签名者公钥推导的地址是否一致。
本次主要介绍消息签名。
原始消息：
let _account = '0x5B38Da6a701c568545dCfcB03FcB875f56beddC4';
let _tokenId = 0;
第1步：消息打包和哈希（bytes32）。
let messageHash = ethers.solidityPackedKeccak256(['address', 'uint256'], [_account, _tokenId])
第2步：添加以太坊消息前缀和再次哈希（bytes32）。对上一步的数据添加"\x19Ethereum Signed Message:\n"和字节长度前缀，然后再次进行哈希运算。为了防止签名是可执行的交易。
let ethSignedmessageHash = ethers.solidityPackedKeccak256(['string', 'bytes32'], ["\x19Ethereum Signed Message:\n32", messageHash])
第3步：签名。ethers中提供了3种私钥签名方法。
-
使用ethers.signingKey签名。
函数不会添加以太坊消息前缀，所以需要使用以太坊签名后的消息。
let signingKey = new ethers.SigningKey(privateKey);
let ethSignedmessageHashSigned = await signingKey.sign(ethSignedmessageHash);
-
使用ethers.Wallet签名。
函数自动添加以太坊消息前缀，所以需要使用以太坊签名前的消息。
const wallet = new ethers.Wallet(privateKey);
let messageHashSigned = await wallet.signMessage(Uint8Array.from(Buffer.from(messageHash.slice(2), 'hex')));
-
使用ethers.getSigners签名。
函数自动添加以太坊消息前缀，所以需要使用以太坊签名前的消息。
const [getSigners] = await ethers.getSigners();
let messageHashSigned2 = await getSigners.signMessage(Uint8Array.from(Buffer.from(messageHash.slice(2), 'hex')));
签名的消息由3个部分组成：signature(bytes65) = r(bytes32) + s(bytes32) + v(bytes1)
第4步：验签。使用solidity的ecrecover函数恢复公钥验签。
函数不会添加以太坊消息前缀，所以需要使用以太坊签名后的消息。
address signer = ecrecover(message, v, r, s);
signer是恢复出来的公钥，对比若与发送消息的地址一致，则验签OK。
-
打包+哈希：
Ethers: ethers.solidityPackedKeccak256()
Solidity: keccak256(abi.encodePacked())
-
恢复公钥：
Ethers: ethers.SigningKey.recoverPublicKey()
Solidity: ecrecover()
metamask支持多种签名方法：
推荐方法：personal_sign, eth_signTypedData_v4
废弃方法：eth_sign, eth_signTypedData_v1, eth_signTypedData_v3
metamask浏览器签名方法演示：
metamask切换至对应账户，浏览器按F12打开开发者工具，在Console中输入如下命令，即可签名。
ethereum.enable()
message="0xdd54f25d0bbeae343a1dec3acce8dc5b3a0886bdb9c5e667f65d5bbbe11bc093"
ethereum.request({method:"personal_sign", params: [ethereum.selectedAddress, message]}).then(console.log)
打印：
0x31f898d6a67e3d8b5b1c4e8bc02313a592e0f0880856febaeba5730b5993631d484960b006dd26ba13298718cb5e7983a371afd4dd33a441612eca75f2ca79d21c
理解了签名的原理后，多签就很简单了。
原理简单描述如下：
-
多签钱包是一个智能合约钱包。智能合约状态变量存储了所有多签Owner的地址和门限阈值。
-
智能合约处理逻辑：依次验证各Owner对交易的签名，验签完成数量>=门限阈值后，则验证OK，发起交易。
案例举例：
-
创建一个2/3多签钱包，包含3个多签Owner，门限阈值为2。
-
创建一笔交易，通知各Owner进行签名。
-
验证各Owner的签名，当任意2个签名验证通过后，发起交易。
执行命令：
npx hardhat run .\scripts\Signature.ts --network localhost
打印输出：
ethers version: 6.9.2
部署合约...
合约地址: 0xB7f8BC63BbcaD18155201308C8f3540b07f84F5e
###############################################################
处理消息...
原始消息: [ 'address', 'uint256' ] [ '0x5B38Da6a701c568545dCfcB03FcB875f56beddC4', 0 ]
打包和哈希消息: 0x1bf2c0ce4546651a1a2feb457b39d891a6b83931cc2454434f39961345ac378c
以太坊签名消息: 0xb42ca4636f721c7a331923e764587e98ec577cea1a185f60dfcc14dbb9bd900b
###############################################################
签名方法1：ethers.signingKey
signingKey地址: undefined
SigningKey签名: Signature { r: "0x6ae59cf47d4cfe0e7d1d13468bb6e9333c7e7894303df5549b6a0c27eb3e8605", s: "0x447627b19f79feef130a2094998c28a42e87e8ac5e0cec3936803e214ac040ab", yParity: 1, networkV: null }
r: 0x6ae59cf47d4cfe0e7d1d13468bb6e9333c7e7894303df5549b6a0c27eb3e8605
s: 0x447627b19f79feef130a2094998c28a42e87e8ac5e0cec3936803e214ac040ab
v: 28
###############################################################
签名方法2：ethers.Wallet
wallet地址: 0xf39Fd6e51aad88F6F4ce6aB8827279cffFb92266
Wallet签名: 0x6ae59cf47d4cfe0e7d1d13468bb6e9333c7e7894303df5549b6a0c27eb3e8605447627b19f79feef130a2094998c28a42e87e8ac5e0cec3936803e214ac040ab1c
###############################################################
签名方法3：ethers.getSigners
getSigners地址: 0xf39Fd6e51aad88F6F4ce6aB8827279cffFb92266
getSigners签名: 0x6ae59cf47d4cfe0e7d1d13468bb6e9333c7e7894303df5549b6a0c27eb3e8605447627b19f79feef130a2094998c28a42e87e8ac5e0cec3936803e214ac040ab1c
###############################################################
Ethers恢复公钥...
Ethers恢复公钥(未压缩)： 0x048318535b54105d4a7aae60c08fc45f9687181b4fdfc625bd1a753fa7397fed753547f11ca8696646f2f3acb08e31016afac23e630c5d11f59f61fef57b0d2aa5
Ethers恢复公钥(压缩后)： 0xf39Fd6e51aad88F6F4ce6aB8827279cffFb92266
###############################################################
Solidity恢复公钥...
Solidity恢复公钥： 0xf39Fd6e51aad88F6F4ce6aB8827279cffFb92266
函数中若存在状态描述符：pure/view/payable, 调用函数获取返回值。
函数中不存在状态描述符：pure/view/payable, 调用函数获取交易回执。
ethers v6版本接口变更很大，可从v6官方文档中Migrating from v5章节查看具体变更点。