摘要：本文首發(fā)于深入淺出區(qū)塊鏈社區(qū)原文鏈接理解開(kāi)發(fā)錢包涉及的原文已更新，請(qǐng)讀者前往原文閱讀如果你還在被錢包搞的一頭霧水，來(lái)看看這邊文章吧。所以我們要開(kāi)發(fā)以太坊錢包同樣需要對(duì)比特幣的錢包提案有所了解。

本文首發(fā)于深入淺出區(qū)塊鏈社區(qū)
原文鏈接:理解開(kāi)發(fā)HD錢包涉及的BIP32、BIP44、BIP39原文已更新，請(qǐng)讀者前往原文閱讀

如果你還在被HD錢包、BIP32、BIP44、BIP39搞的一頭霧水，來(lái)看看這邊文章吧。

錢包用來(lái)存錢的，在區(qū)塊鏈中，我們的數(shù)字資產(chǎn)都會(huì)對(duì)應(yīng)到一個(gè)賬戶地址上， 只有擁有賬戶的鑰匙（私鑰）才可以對(duì)資產(chǎn)進(jìn)行消費(fèi)（用私鑰對(duì)消費(fèi)交易簽名）。
私鑰和地址的關(guān)系如下：
（圖來(lái)自精通比特幣）
一句話概括下就是：私鑰通過(guò)橢圓曲線生成公鑰， 公鑰通過(guò)哈希函數(shù)生成地址，這兩個(gè)過(guò)程都是單向的。
因此實(shí)際上，數(shù)字錢包實(shí)際是一個(gè)管理私鑰（生成、存儲(chǔ)、簽名）的工具，注意錢包并不保存資產(chǎn)，資產(chǎn)是在鏈上的。

創(chuàng)建賬號(hào)關(guān)鍵是生成一個(gè)私鑰， 私鑰是一個(gè)32個(gè)字節(jié)的數(shù)， 生成一個(gè)私鑰在本質(zhì)上在1到2^256之間選一個(gè)數(shù)字。
因此生成密鑰的第一步也是最重要的一步，是要找到足夠安全的熵源，即隨機(jī)性來(lái)源，只要選取的結(jié)果是不可預(yù)測(cè)或不可重復(fù)的，那么選取數(shù)字的具體方法并不重要。
比如可以擲硬幣256次，用紙和筆記錄正反面并轉(zhuǎn)換為0和1，隨機(jī)得到的256位二進(jìn)制數(shù)字可作為錢包的私鑰。
從編程的角度來(lái)看，一般是通過(guò)在一個(gè)密碼學(xué)安全的隨機(jī)源(不建議大家自己去寫一個(gè)隨機(jī)數(shù))中取出一長(zhǎng)串隨機(jī)字節(jié)，對(duì)其使用SHA256哈希算法進(jìn)行運(yùn)算，這樣就可以方便地產(chǎn)生一個(gè)256位的數(shù)字。

實(shí)際過(guò)程需要比較下是否小于n-1（n = 1.158 * 10^77, 略小于2^256），我們就有了一個(gè)合適的私鑰。否則，我們就用另一個(gè)隨機(jī)數(shù)再重復(fù)一次。這樣得到的私鑰就可以根據(jù)上面的方法進(jìn)一步生成公鑰及地址。

錢包也是一個(gè)私鑰的容器，按照上面的方法，我們可以生成一堆私鑰（一個(gè)人也有很多賬號(hào)的需求，可以更好保護(hù)隱私），而每個(gè)私鑰都需要備份就特別麻煩的。

最早期的比特幣錢包就是就是這樣，還有一個(gè)昵稱：“Just a Bunch Of Keys(一堆私鑰)“

為了解決這種麻煩，就有了BIP32 提議： 根據(jù)一個(gè)隨機(jī)數(shù)種子通過(guò)分層確定性推導(dǎo)的方式得到n個(gè)私鑰，這樣保存的時(shí)候，只需要保存一個(gè)種子就可以，私鑰可以推導(dǎo)出來(lái)，如圖：

（圖來(lái)自精通比特幣）上圖中的孫秘鑰就可以用來(lái)簽發(fā)交易。

補(bǔ)充說(shuō)明下 BIP: Bitcoin Improvement Proposals 比特幣改進(jìn)建議, bip32是第32個(gè)改進(jìn)建議。
BIP32提案的名字是：Hierarchical Deterministic Wallets， 就是我們所說(shuō)的HD錢包。
 來(lái)分析下這個(gè)分層推導(dǎo)的過(guò)程，第一步推導(dǎo)主秘鑰的過(guò)程：

 根種子輸入到HMAC-SHA512算法中就可以得到一個(gè)可用來(lái)創(chuàng)造主私鑰(m) 和 一個(gè)主鏈編碼（ a master chain code)這一步生成的秘鑰（由私鑰或公鑰）及主鏈編碼再加上一個(gè)索引號(hào)，將作為HMAC-SHA512算法的輸入繼續(xù)衍生出下一層的私鑰及鏈編碼，如下圖：
衍生推導(dǎo)的方案其實(shí)有兩個(gè)：一個(gè)用父私鑰推導(dǎo)（稱為強(qiáng)化衍生方程），一個(gè)用父公鑰推導(dǎo)。同時(shí)為了區(qū)分這兩種不同的衍生，在索引號(hào)也進(jìn)行了區(qū)分，索引號(hào)小于2^31用于常規(guī)衍生，而2^31到2^32-1之間用于強(qiáng)化衍生，為了方便表示索引號(hào)i"，表示2^31+i。
 因此增加索引（水平擴(kuò)展）及 通過(guò)子秘鑰向下一層（深度擴(kuò)展）可以無(wú)限生成私鑰。
 注意， 這個(gè)推導(dǎo)過(guò)程是確定（相同的輸入，總是有相同的輸出）也是單向的，子密鑰不能推導(dǎo)出同層級(jí)的兄弟密鑰，也不能推出父密鑰。如果沒(méi)有子鏈碼也不能推導(dǎo)出孫密鑰。現(xiàn)在我們已經(jīng)對(duì)分層推導(dǎo)有了認(rèn)識(shí)。
 一句話概括下BIP32就是：為了避免管理一堆私鑰的麻煩提出的分層推導(dǎo)方案。

通過(guò)這種分層（樹(shù)狀結(jié)構(gòu)）推導(dǎo)出來(lái)的秘鑰，通常用路徑來(lái)表示，每個(gè)級(jí)別之間用斜杠 / 來(lái)表示，由主私鑰衍生出的私鑰起始以“m”打頭。因此，第一個(gè)母密鑰生成的子私鑰是m/0。第一個(gè)公共鑰匙是M/0。第一個(gè)子密鑰的子密鑰就是m/0/1，以此類推。
BIP44則是為這個(gè)路徑約定了一個(gè)規(guī)范的含義(也擴(kuò)展了對(duì)多幣種的支持)，BIP0044指定了包含5個(gè)預(yù)定義樹(shù)狀層級(jí)的結(jié)構(gòu)：
`
m / purpose" / coin" / account" / change / address_index
`
m是固定的, Purpose也是固定的，值為44（或者 0x8000002C）
Coin type
這個(gè)代表的是幣種，0代表比特幣，1代表比特幣測(cè)試鏈，60代表以太坊
完整的幣種列表地址：https://github.com/satoshilab...
Account
代表這個(gè)幣的賬戶索引，從0開(kāi)始
Change
常量0用于外部鏈，常量1用于內(nèi)部鏈（也稱為更改地址）。外部鏈用于在錢包外可見(jiàn)的地址（例如，用于接收付款）。內(nèi)部鏈用于在錢包外部不可見(jiàn)的地址，用于返回交易變更。 (所以一般使用0)
address_index
這就是地址索引，從0開(kāi)始，代表生成第幾個(gè)地址，官方建議，每個(gè)account下的address_index不要超過(guò)20
根據(jù) EIP85提議的討論以太坊錢包也遵循BIP44標(biāo)準(zhǔn)，確定路徑是m/44"/60"/a"/0/n
a 表示帳號(hào)，n 是第 n 生成的地址，60 是在 SLIP44 提案中確定的以太坊的編碼。所以我們要開(kāi)發(fā)以太坊錢包同樣需要對(duì)比特幣的錢包提案BIP32、BIP39有所了解。
一句話概括下BIP44就是：給BIP32的分層路徑定義規(guī)范

BIP32 提案可以讓我們保存一個(gè)隨機(jī)數(shù)種子（通常16進(jìn)制數(shù)表示），而不是一堆秘鑰，確實(shí)方便一些，不過(guò)用戶使用起來(lái)(比如冷備份)也比較繁瑣，這就出現(xiàn)了BIP39，它是使用助記詞的方式，生成種子的，這樣用戶只需要記住12（或24）個(gè)單詞，單詞序列通過(guò) PBKDF2 與 HMAC-SHA512 函數(shù)創(chuàng)建出隨機(jī)種子作為 BIP32 的種子。
可以簡(jiǎn)單的做一個(gè)對(duì)比，下面那一種備份起來(lái)更友好：

// 隨機(jī)數(shù)種子
090ABCB3A6e1400e9345bC60c78a8BE7  
// 助記詞種子
candy maple cake sugar pudding cream honey rich smooth crumble sweet treat

使用助記詞作為種子其實(shí)包含2個(gè)部分：助記詞生成及助記詞推導(dǎo)出隨機(jī)種子，下面分析下這個(gè)過(guò)程。

助記詞生成的過(guò)程是這樣的：先生成一個(gè)128位隨機(jī)數(shù)，再加上對(duì)隨機(jī)數(shù)做的校驗(yàn)4位，得到132位的一個(gè)數(shù)，然后按每11位做切分，這樣就有了12個(gè)二進(jìn)制數(shù)，然后用每個(gè)數(shù)去查BIP39定義的單詞表，這樣就得到12個(gè)助記詞，這個(gè)過(guò)程圖示如下：

（圖來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）

這個(gè)過(guò)程使用密鑰拉伸（Key stretching）函數(shù)，被用來(lái)增強(qiáng)弱密鑰的安全性，PBKDF2是常用的密鑰拉伸算法中的一種。
PBKDF2基本原理是通過(guò)一個(gè)為隨機(jī)函數(shù)(例如 HMAC 函數(shù))，把助記詞明文和鹽值作為輸入?yún)?shù)，然后重復(fù)進(jìn)行運(yùn)算最終產(chǎn)生生成一個(gè)更長(zhǎng)的（512 位）密鑰種子。這個(gè)種子再構(gòu)建一個(gè)確定性錢包并派生出它的密鑰。
密鑰拉伸函數(shù)需要兩個(gè)參數(shù)：助記詞和鹽。鹽可以提高暴力破解的難度。 鹽由常量字符串 "mnemonic" 及一個(gè)可選的密碼組成，注意使用不同密碼，則拉伸函數(shù)在使用同一個(gè)助記詞的情況下會(huì)產(chǎn)生一個(gè)不同的種子，這個(gè)過(guò)程圖示圖下:

（圖來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)）
校驗(yàn)和地址是EIP-55中定義的對(duì)大小寫有要求的一種地址形式。

密碼可以作為一個(gè)額外的安全因子來(lái)保護(hù)種子，即使助記詞的備份被竊取，也可以保證錢包的安全（也要求密碼擁有足夠的復(fù)雜度和長(zhǎng)度），不過(guò)另外一方面，如果我們忘記密碼，那么將無(wú)法恢復(fù)我們的數(shù)字資產(chǎn)。

一句話概括下BIP39就是：通過(guò)定義助記詞讓種子的備份更友好

我為大家錄制了一個(gè)視頻：以太坊去中心化網(wǎng)頁(yè)錢包開(kāi)發(fā)，從如何創(chuàng)建賬號(hào)開(kāi)始，深入探索BIP32、BIP44、BIP39等提案，以及如何存儲(chǔ)私鑰、發(fā)送離線簽名交易和Token。

小結(jié)

HD錢包（Hierarchical Deterministic Wallets）是在BIP32中提出的為了避免管理一堆私鑰的麻煩提出的分層推導(dǎo)方案。
而B(niǎo)IP44是給BIP32的分層增強(qiáng)了路徑定義規(guī)范，同時(shí)增加了對(duì)多幣種的支持。
BIP39則通過(guò)定義助記詞讓種子的備份更友好。

目前我們的市面上單到的以太幣、比特幣錢包基本都遵循這些標(biāo)準(zhǔn)。

最后推薦一個(gè)助記詞秘鑰生成器網(wǎng)站

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