錢包技術(shù)概述

比特幣錢包只含有密鑰眷柔，而不是錢幣翁巍。 每個(gè)用戶有一個(gè)包含多個(gè)密鑰的錢包。 錢包只包含私鑰/公鑰對(duì)的密鑰鏈慌植。

用戶用密鑰簽名交易甚牲，從而證明他們擁有交易輸出（他們的錢幣）。 錢幣以交易輸出的形式存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈中（通常記為vout或txout）蝶柿。

有兩種主要類型的錢包丈钙，區(qū)別在于它們包含的多個(gè)密鑰是否相互關(guān)聯(lián)。

1. 第一種類型是非確定性錢包（nondeterministic wallet）交汤，其中每個(gè)密鑰都是從隨機(jī)數(shù)獨(dú)立生成的雏赦。密鑰彼此無(wú)關(guān)。這種錢包也被稱為“Just a Bunch Of Keys（一堆密鑰）”，簡(jiǎn)稱JBOK錢包星岗。

2. 第二種類型是確定性錢包（deterministic wallet）填大，其中所有的密鑰都是從一個(gè)主密鑰派生出來(lái)，這個(gè)主密鑰即為種子（seed）伍茄。該類型錢包中所有密鑰都相互關(guān)聯(lián)栋盹，如果有原始種子，則可以再次生成全部密鑰敷矫。確定性錢包中使用了許多不同的密鑰推導(dǎo)方法例获。最常用的推導(dǎo)方法是使用樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，稱為分級(jí)確定性錢包或HD錢包曹仗。

確定性錢包由種子衍生創(chuàng)造榨汤。為了便于使用，種子被編碼為英文單詞怎茫，也稱為助記詞收壕。

非確定性（隨機(jī)）錢包

在最早的一批比特幣客戶端中（ Bitcoin Core，現(xiàn)在稱作比特幣核心客戶端）轨蛤，錢包只是隨機(jī)生成的私鑰集合蜜宪。這種類型的錢包被稱作零型非確定錢包。舉個(gè)例子祥山，比 特幣核心客戶端預(yù)先生成100個(gè)隨機(jī)私鑰圃验，從最開(kāi)始就生成足夠多的私鑰并且每個(gè)密鑰只使用一次。這種錢包現(xiàn)在正在被確定性錢包替換缝呕，因?yàn)樗鼈冸y以管理澳窑、 備份以及導(dǎo)入。隨機(jī)密鑰的缺點(diǎn)就是如果你生成很多私鑰供常，你必須保存它們所有的副本摊聋。這就意味著這個(gè)錢包必須被經(jīng)常性 地備份。每一個(gè)密鑰都必須備份栈暇，否則一旦錢包不可訪問(wèn)時(shí)麻裁，錢包所控制的資金就付之東流。這種情況直接與避免地址重復(fù)使用的原則相沖突——每個(gè)比特幣地址只能用一次交易源祈。地址重復(fù)使用將多個(gè)交易和地址關(guān)聯(lián)在一起煎源，這會(huì)減少隱私。當(dāng)你想避免重復(fù)使用地址時(shí)新博，零型非確定性錢包并不是好的選擇薪夕，因?yàn)槟阋獎(jiǎng)?chuàng)造過(guò)多的私鑰并且要保存它們脚草。雖然比特幣核心客戶端包含零型錢包赫悄，但比特幣的核心開(kāi)發(fā)者并不鼓勵(lì)大家使用。

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確定性（種子）錢包

確定性，或者“種子”錢包包含通過(guò)使用單項(xiàng)離散函數(shù)而可從公共的種子生成的私鑰埂淮。種子是隨機(jī)生成的數(shù)字姑隅。這個(gè)數(shù)字也含有比如索引號(hào)碼或者可生成私鑰的“鏈碼”（參見(jiàn)“ 分層確定性錢包”）。在確定性錢包中倔撞，種子足夠恢復(fù)所有的已經(jīng)產(chǎn)生的私鑰讲仰，所以只用在初始創(chuàng)建時(shí)的一個(gè)簡(jiǎn)單備份就足以搞定。并且種子也足夠讓錢包導(dǎo)入或者導(dǎo)出痪蝇。這就很容易允許使用者的私鑰在錢包之間輕松轉(zhuǎn)移鄙陡。

圖5-2展示了確定性錢包的邏輯圖。

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分層確定性錢包（HD Wallets (BIP-32/BIP-44)）

確定性錢包被開(kāi)發(fā)成更容易從單個(gè)“種子”中生成許多密鑰躏啰。確定性錢包的最高級(jí)形式是通過(guò)BIP0032標(biāo)準(zhǔn)定義的HD錢包趁矾。HD錢包包含以樹(shù)狀結(jié)構(gòu)衍生的密鑰，使得父密鑰可以衍生一系列子密鑰给僵，每個(gè)子密鑰又可以衍生出一系列孫密鑰毫捣，以此類推，無(wú)限衍生帝际。圖5-3展示了樹(shù)狀結(jié)構(gòu)蔓同。

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相比較隨機(jī)（不確定性）密鑰，HD錢包有兩個(gè)主要的優(yōu)勢(shì)蹲诀。

1. 第一斑粱，樹(shù)狀結(jié)構(gòu)可以被用來(lái)表達(dá)額外的組織含義。比如當(dāng)一個(gè)特定分支的子密鑰被用來(lái)接收交易收入并且有另一個(gè)分支的子密鑰用來(lái)負(fù)責(zé)支付花費(fèi)侧甫。不同分支的密鑰都可以被用在企業(yè)環(huán)境中珊佣，這就可以支配不同的分支部門、子公司披粟、具體功能以及會(huì)計(jì)類別咒锻。

2. HD錢包的第二個(gè)好處就是它可以允許讓使用者去建立一個(gè)公共密鑰的序列而不需要訪問(wèn)相對(duì)應(yīng)的私鑰。這可允許HD錢包在不安全的服務(wù)器中使用或者在每筆交易中發(fā)行不同的公共鑰匙守屉。公共鑰匙不需要被預(yù)先加載或者提前衍生惑艇，而在服務(wù)器中不需要可用來(lái)支付的私鑰。

種子和助記詞（BIP-39）

HD錢包具有管理多個(gè)密鑰和地址的強(qiáng)大機(jī)制拇泛。由一系列英文單詞生成種子是個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的方法滨巴，這樣易于在錢包中轉(zhuǎn)移、導(dǎo)出和導(dǎo)入俺叭，如果HD錢包與這種方法相結(jié)合恭取，將會(huì)更加有用。 這些英文單詞被稱為助記詞熄守，標(biāo)準(zhǔn)由BIP-39定義蜈垮。 今天耗跛，大多數(shù)比特幣錢包（以及其他加密貨幣的錢包）使用此標(biāo)準(zhǔn)，并可以使用可互操作的助記詞導(dǎo)入和導(dǎo)出種子進(jìn)行備份和恢復(fù)攒发。

讓我們從實(shí)際的角度來(lái)看以下哪種種子更容易抄錄调塌、閱讀、導(dǎo)出以及導(dǎo)入惠猿。

16進(jìn)制表示的種子： 0C1E24E5917779D297E14D45F14E1A1A

助記詞表示的種子：
army van defense carry jealous true garbage claim echo media make crunch

從助記詞生成種子

助記詞表示長(zhǎng)度為128至256位的熵羔砾。 通過(guò)使用密鑰延伸函數(shù)PBKDF2，熵被用于導(dǎo)出較長(zhǎng)的（512位）種子偶妖。將所得的種子用于構(gòu)建確定性錢包并得到其密鑰姜凄。

密鑰延伸函數(shù)有兩個(gè)參數(shù)：助記詞和鹽。其中鹽的目的是增加構(gòu)建能夠進(jìn)行暴力攻擊的查找表的困難度趾访。 在BIP-39標(biāo)準(zhǔn)中檀葛，鹽具有另一目的，它允許引入密碼短語(yǔ)（passphrase）腹缩，作為保護(hù)種子的附加安全因素屿聋，我們將在BIP-39可選密碼短語(yǔ)章節(jié)詳細(xì)地描述。

創(chuàng)建助記詞之后的7-9步是：

7藏鹊、PBKDF2密鑰延伸函數(shù)的第一個(gè)參數(shù)是從步驟6生成的助記符润讥。

8、PBKDF2密鑰延伸函數(shù)的第二個(gè)參數(shù)是鹽盘寡。 由字符串常數(shù)“助記詞”與可選的用戶提供的密碼字符串連接組成楚殿。

9、PBKDF2使用HMAC-SHA512算法竿痰，使用2048次哈希來(lái)延伸助記符和鹽參數(shù)脆粥，產(chǎn)生一個(gè)512位的值作為其最終輸出。 這個(gè)512位的值就是種子影涉。

圖5-7顯示了從助記詞如何生成種子

seed

BIP-39中的可選密碼短語(yǔ)

BIP-39標(biāo)準(zhǔn)允許在推導(dǎo)種子時(shí)使用可選的密碼短語(yǔ)变隔。 如果沒(méi)有使用密碼短語(yǔ)，助記詞是用由常量字符串“助記詞”構(gòu)成的鹽進(jìn)行延伸蟹倾，從任何給定的助記詞產(chǎn)生一個(gè)特定的512位種子匣缘。 如果使用密碼短語(yǔ)，密鑰延伸函數(shù)使用同樣的助記詞也會(huì)產(chǎn)生不同的種子鲜棠。事實(shí)上肌厨，給予一個(gè)單一的助記詞，每一個(gè)可能的密碼短語(yǔ)都會(huì)導(dǎo)致不同的種子豁陆。 基本上沒(méi)有“錯(cuò)誤”的密碼短語(yǔ)柑爸， 所有密碼短語(yǔ)都是有效的，它們都會(huì)導(dǎo)致不同的種子盒音，形成一大批可能未初始化的錢包表鳍。這批錢包非常之大（2^512）何址，使用暴力破解或隨機(jī)猜測(cè)基本不可能。

提示BIP-39中沒(méi)有“錯(cuò)誤的”密碼短語(yǔ)进胯。 每個(gè)密碼都會(huì)導(dǎo)致一些錢包，只是未使用的錢包是空的原押。

可選密碼短語(yǔ)帶來(lái)兩個(gè)重要功能：

• （存儲(chǔ)在大腦中的）密碼短語(yǔ)成為第二個(gè)因素胁镐，使得助記詞不能單獨(dú)使用，避免了助記詞備份盜取后被利用诸衔。 起到掩人耳目的效果盯漂，把密碼短語(yǔ)指向有小額資金的錢包，分散攻擊者注意力笨农，使其不在關(guān)注擁有大額資金的“真實(shí)”錢包就缆。

然而，需要注意的是谒亦，使用密碼短語(yǔ)也會(huì)引起丟失的風(fēng)險(xiǎn)：

• 如果錢包所有者無(wú)行為能力或死亡竭宰，沒(méi)有人知道密碼，種子是無(wú)用的份招，所有存儲(chǔ)在錢包中的資金都將永遠(yuǎn)丟失切揭。相反，如果所有者將密碼短語(yǔ)與種子備份在相同的地方锁摔，則違反了上述第二個(gè)因素的目的廓旬。雖然密碼是非常有用的，但它們只能與仔細(xì)計(jì)劃的備份和恢復(fù)流程結(jié)合使用谐腰，考慮到所有者個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)的可能性孕豹，應(yīng)該允許其家人恢復(fù)加密資產(chǎn)。

錢包標(biāo)準(zhǔn)

由于比特幣錢包技術(shù)已經(jīng)成熟十气，出現(xiàn)了一些常見(jiàn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)励背，使得比特幣錢包具備廣泛互操作，易于使用砸西，安全和靈活的特性椅野。這些常用的標(biāo)準(zhǔn)是：

1. 助記碼，基于BIP-39
2. HD錢包籍胯，基于BIP-32
3. 多用途HD錢包結(jié)構(gòu)竟闪，基于BIP-43
4. 多幣種和多帳戶錢包，基于BIP-44

這些標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)隨著發(fā)展而改變或過(guò)時(shí)杖狼，但是現(xiàn)在它們形成了一套互鎖技術(shù)炼蛤，這些技術(shù)已成為比特幣的事實(shí)上的錢包標(biāo)準(zhǔn)。

擴(kuò)展與衍生密鑰

私有子密鑰的衍生

分層確定性錢包使用CKD（child key derivation)函數(shù)去從母密鑰衍生出子密鑰蝶涩。

子密鑰衍生函數(shù)是基于單項(xiàng)哈希函數(shù)理朋。這個(gè)函數(shù)結(jié)合了：

• 一個(gè)母私鑰或者公共鑰匙（ECDSA未壓縮鍵）

• 一個(gè)叫做鏈碼（256 bits）的種子

• 一個(gè)索引號(hào)（32 bits）

鏈碼是用來(lái)給這個(gè)過(guò)程引入確定性隨機(jī)數(shù)據(jù)的絮识，使得索引不能充分衍生其他的子密鑰。因此嗽上，有了子密鑰并不能讓它發(fā)現(xiàn)自己的姊妹密鑰次舌，除非你已經(jīng)有了鏈碼。最初的鏈碼種子（在密碼樹(shù)的根部）是用隨機(jī)數(shù)據(jù)構(gòu)成的兽愤，隨后鏈碼從各自的母鏈碼中衍生出來(lái)彼念。

這三個(gè)項(xiàng)目（母私鑰，鏈碼浅萧，索引）相結(jié)合并散列可以生成子密鑰逐沙。向密碼樹(shù)下一層重復(fù)這個(gè)過(guò)程，每個(gè)子密鑰可以依次成為母密鑰繼續(xù)創(chuàng)造它自己的子密鑰洼畅，直到無(wú)限代吩案。

擴(kuò)展密鑰

正如我們之前看到的，密鑰衍生函數(shù)可以被用來(lái)創(chuàng)造密鑰樹(shù)上任何層級(jí)的子密鑰帝簇。這只需要三個(gè)輸入量：一個(gè)密鑰徘郭，一個(gè)鏈碼以及想要的子密鑰的索引。密鑰以及鏈碼這兩個(gè)重要的部分被結(jié)合之后丧肴，就叫做擴(kuò)展密鑰（extended key）崎岂。術(shù)語(yǔ)“extended key”也被認(rèn)為是“可擴(kuò)展的密鑰”，因?yàn)檫@種密鑰可以用來(lái)衍生子密鑰闪湾。

擴(kuò)展密鑰可以簡(jiǎn)單地被儲(chǔ)存并且表示為簡(jiǎn)單的將256位密鑰與256位鏈碼所并聯(lián)的512位序列冲甘。有兩種擴(kuò)展密鑰。擴(kuò)展的私鑰是私鑰以及鏈碼的結(jié)合途样。它可被用來(lái)衍生子私鑰（子私鑰可以衍生子公鑰）江醇。公鑰以及鏈碼組成擴(kuò)展公鑰，它可以用來(lái)擴(kuò)展子公鑰何暇，見(jiàn)“生成公鑰”章節(jié)陶夜。

想象一個(gè)擴(kuò)展密鑰作為HD錢包中密鑰樹(shù)結(jié)構(gòu)的一個(gè)分支的根。你可以衍生出這個(gè)分支的剩下所有部分裆站。擴(kuò)展私鑰可以創(chuàng)建一個(gè)完整的分支条辟，而擴(kuò)展公鑰只能夠創(chuàng)造一個(gè)公鑰的分支。

提示一個(gè)擴(kuò)展密鑰包括一個(gè)私鑰（或者公鑰）以及一個(gè)鏈碼宏胯。一個(gè)擴(kuò)展密鑰可以創(chuàng)造出子密鑰并且能創(chuàng)造出密鑰樹(shù)結(jié)構(gòu)中的整個(gè)分支羽嫡。分享擴(kuò)展密鑰就可以訪問(wèn)整個(gè)分支。

公共子密鑰推導(dǎo)

正如之前提到的肩袍，分層確定性錢包的一個(gè)很有用的特點(diǎn)就是可以不通過(guò)私鑰而直接從公共母密鑰派生出公共子密鑰的能 力杭棵。這就給了我們兩種衍生子公鑰的方法：或者通過(guò)子私鑰，再或者就是直接通過(guò)母公鑰氛赐。

因此魂爪，擴(kuò)展密鑰可以在HD錢包結(jié)構(gòu)的分支中先舷，被用來(lái)衍生所有的公鑰（且只有公鑰）。

這種快捷方式可以用來(lái)創(chuàng)造非常保密的只有公鑰配置滓侍。在配置中蒋川，服務(wù)器或者應(yīng)用程序不管有沒(méi)有私鑰，都可以有擴(kuò)展公鑰的副本撩笆。這種配置可以創(chuàng)造出無(wú)限數(shù)量的公鑰以及比特幣地址捺球。但是發(fā)送到這個(gè)地址里的任何比特幣都不能使用。與此同時(shí)浇衬，在另一種更保險(xiǎn)的服務(wù)器上，擴(kuò)展私鑰可以衍生出所有的對(duì)應(yīng)的可簽署交易以及花錢的私鑰餐济。

• 這種方案的常見(jiàn)應(yīng)用是安裝擴(kuò)展公鑰電商的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上耘擂。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器可以使用這個(gè)公鑰衍生函數(shù)去給每一筆交易（比如客戶的購(gòu)物車）創(chuàng)造一個(gè)新的比特幣地址。但為了避免被偷絮姆，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)商不會(huì)有任何私鑰醉冤。沒(méi)有HD錢包的話，唯一的方法就是在不同的安全服務(wù)器上創(chuàng)造成千上萬(wàn)個(gè)比特幣地址篙悯，之后就提前上傳到電商服務(wù)器上蚁阳。這種方法比較繁瑣而且要求持續(xù)的維護(hù)來(lái)確保電商服務(wù)器不“用光”公鑰。

• 這種解決方案的另一種常見(jiàn)的應(yīng)用是冷藏或者硬件錢包鸽照。在這種情況下螺捐，擴(kuò)展的私鑰可以被儲(chǔ)存在紙質(zhì)錢包中或者硬件設(shè)備中（比如 Trezor 硬件錢包），與此同時(shí)擴(kuò)展公鑰可以在線保存矮燎。使用者可以根據(jù)意愿創(chuàng)造“接收”地址而私鑰可以安全地在線下被保存定血。為了支付資金，使用者可以使用擴(kuò)展的私鑰離線簽署比特幣客戶或者通過(guò)硬件錢包設(shè)備（比如 Trezor）簽署交易诞外。

圖5-11闡述了擴(kuò)展母公鑰來(lái)衍生子公鑰的傳遞機(jī)制澜沟。

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