Right Tech EP.5

Right Tech EP.5: วิวัฒนาการของ Bitcoin Address | จาก IP Address ถึง Bech32m

History of Address

1. IP address {P2PK (pay to public key)}

การที่เราจะส่ง Bitcoin ให้กันได้ เราต้องรู้ public key ของคนที่เราต้องการจะส่งให้ คล้ายกับการโอนเงินผ่านบัญชีธนาคารที่เราต้องรู้หมายเลขบัญชีธนาคาร แต่ปัญหาคือ public key มีความยาวมาก ทำให้ไม่สะดวกต่อการส่งต่อผ่านการพูดหรือสื่อสารด้วยเสียง

x = F028892BAD7ED57D2FB57BF33081D5CFCF6F9ED3D3D7F159C2E2FFF579DC341A
y = 07CF33DA18BD734C600B96A72BBC4749D5141C90EC8AC328AE52DDFE2E505BDB

จึงมีการแก้ปัญหาอยู่ 2 วิธี

1. ส่งด้วย IP address (Bitcoin Full node version 0.1)

   ในยุคเริ่มต้นของ Bitcoin หากเราต้องการส่ง Bitcoin ให้ใคร สิ่งที่ต้องทำคือการรัน Node ขึ้นมาก่อน เพราะในช่วงแรก Node จะทำหน้าที่หลายอย่างในเวลาเดียวกัน ทั้งการขุดเหรียญ การทำหน้าที่เป็นกระเป๋าเงิน (wallet) และอื่น ๆ

   เมื่อรัน Node เรียบร้อยแล้ว เราต้องให้ Node ของเราทำการเชื่อมต่อ (peer) เพื่อค้นหา Node ของผู้รับ Bitcoin จากนั้นให้นำ IP Address ของผู้รับ มาใส่ไว้ในระบบของ Node ผู้ส่ง Node ของเราจะใช้ IP Address นี้เพื่อสอบถามไปยัง Node ของผู้รับว่า public key ของผู้รับคืออะไร

   การทำงาน: Sender: <Receiver Pubkey> OP_HECKSIG (output) Receiver: <Receiver Signature> + output Sender มาวางเป็น (input)

   Execution Stack: <Receiver Signature> <Receiver Pubkey> OP_HECKSIG

   Stack เริ่มต้น: []
   
    -> Push <Signature>
    Stack: [sig]
   
    -> Push <PublicKey>
    Stack: [sig, pubkey]
   
    -> Execute OP_CHECKSIG
       - ใช้ค่าบนสุด 2 ค่าใน stack (sig, pubkey)
       - ตรวจสอบว่า sig เป็นลายเซ็นที่ถูกต้องของธุรกรรมนี้หรือไม่ (ภายใต้ pubkey)
   
    -> ถ้าถูกต้อง: Stack = [true]

ปัญหาของการส่งด้วย Ip address

• ปิด computer ในเวลากลางคืน

• computer ของผู้รับอยู่ใน mode sleep

• อยู่หลัง file wall

• ใข้การแปลงที่อยู่เครือข่าย (NAT)

• ความปลอดภัยและความเป็นส่วนตัว

1. Hash เพื่อให้สั้นลง (Legacy addresses) เนื่องจาการ SHA-256 จะทำให้ ผลลัพธ์ของการ Hash เป็น 256 bit เสมอ (256 bit) ใน public key hash ใช้ SHA-256 และ ตามด้วย RIPEMD-160 (ผลลัพธ์ 160 bit -> 20 byte -> 40 ตัวอักษร)

   การทำงาน: Sender: OP_DUP OP_HASH160 <Receiver commitment> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG Receiver: <Receiver Signature> <Receiver PublicKey>

   [!NOTE] > คือ public key ที่ผ่าน Hahs-160 (SHA-256 + RIPEMD-160)

   Execution Stack:

   <Signature> <PublicKey> OP_DUP OP_HASH160 <PubKeyHash> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG

   
   Stack เริ่มต้น: []
   
   -> Push <Signature> จาก Receiver
   Stack: [sig]
   
   -> Push <PublicKey> จาก Receiver
   Stack: [sig, pubkey]
   
   -> Execute OP_DUP
   	- ทำซ้ำค่า pubkey บน top ของ stack
   Stack: [sig, pubkey, pubkey]
   
   -> Execute OP_HASH160
   	- ทำ Hash160 (SHA-256 + RIPEMD-160) กับ pubkey บน top
   Stack: [sig, pubkey, pubkey_hash]
   
   -> Push <PubKeyHash> จาก Sender
   Stack: [sig, pubkey, pubkey_hash, expected_pubkey_hash]
   
   -> Execute OP_EQUALVERIFY
   	- ตรวจสอบว่า pubkey_hash ตรงกับ expected_pubkey_hash หรือไม่
   	- ถ้าไม่ตรง -> ธุรกรรมล้มเหลว
   	- ถ้าตรง -> ลบสองค่านั้นออกจาก stack
   Stack: [sig, pubkey]
   
   -> Execute OP_CHECKSIG
   	- ตรวจสอบว่า sig เป็นลายเซ็นของธุรกรรมนี้ที่ถูกต้องภายใต้ pubkey หรือไม่
   	- ถ้าถูกต้อง
   Stack: [true]

---

2. Base58check Encoding

base58 check: ถูกดัดแปลงมาจาก base64 (เลขฐาน 64: 0-9, A-Z, a-z, +, /) โดยตัดสัญลักษณ์ที่อาจทำให้เกิดความสับสน เช่น +, /, 0 (เลขศูนย์), O (ตัวอักษร O), I (ตัวอักษร ไอใหญ่) และ l (ตัวอักษร เอลเล็ก) ออกไป และ เติม prefix และ checksum เข้าไป

prefix: เพื่อบอกว่า address นี้เป็นประเภทไหน

checksum: เพื่อ check ว่า ที่เรา coppy address มาถูกต้องหรือไม่

การทำงานของ base58 check encoding:

1. เตรียม payload : Script Sender (OP_DUP OP_HASH160 <Receiver commitment> OP_EQUALVERIFY OP_CHECKSIG) <payload>

2. เติม prefix (version): <version> <payload>

3. Hash (prefix + payload) และนำ 4 byte แรกมาต่อท้ายเป็น checksum: <version> <payload> <checksum>

4. encode in base58

ประเภท	version prefix (HEX)	output (Base58)
address ประเภท P2PKH	0x00	1
address ประเภท P2SH	0x05	3
testnet address ประเภท P2PKH	0x6F	m หรือ n
testnet address ประเภท P2SH	0xc4	2
Private key WIF	0x80	5, K หรือ L
BIP32 Extended public key	0x0488B21E	xpub

summary Public key to Bitcoin Address:

Public key to Bitcoin address: conversion of a public key to a Bitcoin address.

---

4. Legacy:Pay to Script Hash (P2SH)

update in BIP 16 : อนุญาตให้ commitment ใส่ redeem script ลงไปแทนได้

ตัวอย่างการทำงานของ P2SH: (multi-signature ใช้ 2 key ในการไข)

redeem script: <public key 1> OP_CHECKSIGVERIFY <public key 2> OP_CHECKSIG

[!NOTE] OP_CHECKSIGVERIFY ถ้าตรวจสอบแล้วถูกต้องจะ return 1 และ stack จะทำงานต่อ OP_CHECKSIG ถ้าตรวจสอบแล้วถูกต้องจะ return true และ valid เลย

เราสามารถ ใส่ redeem script ลงไปใน commitment

Sender: OP_HASH160 <commitment> OP_EQUAL

Receiver: <signature 2> <signature 1> + output Sender ( redeem script)

Execution Stack: <signature 2> <signature 1> <public key 1> OP_CHECKSIGVERIFY <public key 2> OP_CHECKSIG

collision attack on P2SH:

• first preimage attack:

• second preimage attack:

• colision attack:

  • หากผู้โจมตีเป็นคนที่ มี signature 1 ใน 2 ความปลอดภัย จาก $2^{160}$ จะเหลือ $2^{80}$ เท่านั้น ด้วน ตัเลข และทรัพยากรที่มีอยู่ในปัจจุบัน หากมีคนลงทุกสามารถทำได้

---

5. Bech32 Addresses

5.1 ปัญหาของ BASE58CHECK

• อักษรที่มีทั้งตัวพิมพ์ใหญ่และตัวพิมพ์เล็กทำให้ไม่สะดวกในการอ่านออกเสียง

• ตรวจจับข้อผิดพลาดได้ แต่ไม่สามารถช่วยผู้ใช้แก้ไขข้อผิดพลาดได้

• การใช้ตัวอักษรที่มีทั้งตัวพิมพ์ใหญ่และตัวพิมพ์เล็กยังต้องใช้พื้นที่เพิ่มเติมในการเข้ารหัสใน QR code

5.2 ปัญหาของ Bech 32

ค่าคงที่ตัวหนึ่งในอัลกอริทึม bech32 บังเอิญทำให้การเพิ่มหรือลบตัวอักษร "q" ในตำแหน่งที่สองจากท้ายของ address ที่ลงท้ายด้วยตัวอักษร "p" ในกรณีนี้ ทำให้สามารถเพิ่มหรือลบตัวอักษร "q" ได้โดยที่ checksum ยังคงถูกต้อง

address: ที่ถูกต้อง
bc1pqqqsq9txsqp

address: ที่ไม่ถูกต้อง
bc1pqqqsq9txsqqqqp
bc1pqqqsq9txsqqqqqqp
bc1pqqqsq9txsqqqqqqqqp
bc1pqqqsq9txsqqqqqqqqqp
bc1pqqqsq9txsqqqqqqqqqqqp

---

6. Bech32m Addresses

• Bech32m address:

  • เริ่มต้นด้วย ส่วนที่มนุษย์อ่านได้ (HRP: Human-Readable Part)

  • ตามด้วย ตัวคั่นคือเลข "1"

  • ส่วนข้อมูลหลังตัวคั่นแบ่งเป็น 3 ส่วน: witness version, witness program, และ checksum

• Witness version:

  • ไบต์ถัดจากตัวคั่น (1) ใช้ระบุเวอร์ชันของ SegWit

  • ตัวอักษร "q" แทนค่า 0 → ใช้กับ SegWit v0 (เวอร์ชันแรกของ bech32)

  • ตัวอักษร "p" แทนค่า 1 → ใช้กับ SegWit v1 (Taproot)

  • รองรับเวอร์ชันตั้งแต่ 0 ถึง 16 (รวมทั้งหมด 17 เวอร์ชัน)

• Witness program:

  • เริ่มจาก Byte 2 to 40 (หลัง witness version)

  • สำหรับ SegWit v0 → ความยาวต้องเป็น 20 หรือ 32 ไบต์ เท่านั้น

  • สำหรับ SegWit v1 → ความยาวต้องเป็น 32 ไบต์ (ณ ปัจจุบัน)

  • ความยาวอื่นสำหรับ v1 อาจถูกกำหนดในอนาคต

• Checksum:

  • มีความยาว 6 ตัวอักษร

  • ใช้ BCH (Bech32 Checksum) ซึ่งเป็นรหัสตรวจจับข้อผิดพลาด (Error Detection Code)

Output Type	Example Script	Bech32 Address (decode)
P2WPKH	OP_0 2b626ed108ad00a944bb2922a309844611d25468	bc1q9d3xa5gg45q2j39m9y32xzvygcgay4rgc6aaee
P2WSH	OP_0 648a32e50b6fb7c5233b228f60a6a2ca4158400268844c4bc295ed5e8c3d626f	bc1qvj9r9egtd7mu2gemy28kpf4zefq4ssqzdzzycj7zjhk4arpavfhsct5a3p
P2TR	OP_1 2ceefa5fa770ff24f87c5475d76eab519eda6176b11dbe1618fcf755bfac5311	bc1p9nh05ha8wrljf7ru236awm4t2x0d5ctkkywmu9sclnm4t0av2vgs4k3au7
Future Example	OP_16 0000	bc1sqqqqkfw08p

---