密码、私钥、keystore与助记词之间的爱恨情仇

在前面的教程中我们对以太坊钱包已经有了一定的认识,上一章也重点介绍了账号地址的生成过程,在以太坊钱包中一个重点就是账户系统,在这个模块中很多初学同学不是很清楚密码、keystore、助记词与私钥它们之间的关系。下面我们来看看它们之间到底有着怎样的爱恨情仇,让大家琢磨不透。

一、理解密码、私钥、keystore与助记词

1. 密码

密码不是私钥,密码可以进行修改或重置。它主要用途有两个,一是转账时候的支付密码,二是用 keystore 导入钱包时需要输入的密码,用于解锁keystore。

在钱包应用程序中,创建账号时需要设定一个密码,这个密码一般要求不少于 8 个字符,为了安全,密码最好设置复杂一点。

2. 私钥

私钥由64位长度的十六进制的字符组成,比如:0xE4356E49C88C8B7AB370AF7D5C0C54F0261AAA006F6BDE09CD4745CF54E0115A,一个账户只有一个私钥且不能修改,谁拥有私钥就能够掌控该账号的数字货币。通常一个钱包中私钥和公钥是成对出现的,有了私钥,我们就可以通过一定的算法生成公钥,再通过公钥经过一定的算法生成地址,这一过程都是不可逆的,是如何生成的?我们在上一章节中有详细的说明。私钥一定要妥善保管,若被泄漏别人可以通过私钥解锁账号转出你的该账号的数字货币。

在钱包应用程序中,解锁账号后可以导出私钥。

3. Keystore

因为私钥不利于记忆,容易被盗,因此有了Keystore。Keystore常见于以太坊钱包,它并不是私钥,而是将私钥以加密的方式保存为一份 JSON 文件,这份 JSON 文件就是 keystore,所以它就是加密后的私钥。但是Keystore必须配合钱包密码才能使用该账号,所以只有Keystore文件,并不能掌控账号。对于助记词和私钥就不一样了,只要知道助记词或者私钥就能掌控该账号了。

在应用程序中,可以实现解锁账号后生成Keystore文件,支持的钱包有MetaMask、Mist等。

4. 助记词

私钥是64位长度的十六进制的字符,不利于记录且容易记错,所以用算法将一串随机数转化为了一串12 ~ 24个容易记住的单词,方便保存记录。所以有的同学有了下面的结论:

  • 助记词是私钥的另一种表现形式。
  • 还有同学说助记词=私钥,这是不正确的说法,通过助记词可以获取相关联的多个私钥,但是通过其中一个私钥是不能获取助记词的,因此助记词≠私钥。 目前只有少数钱包应用程序支持导出助记词,如MetaMask等。通过助记词导入账号也只有少数钱包应用程序支持,如MyEtherWallet、imToken等。

BIP

要弄清楚助记词与私钥的关系,得清楚BIP协议,是Bitcoin Improvement Proposals的缩写,意思是Bitcoin 的改进建议,用于提出 Bitcoin 的新功能或改进措施。BIP协议衍生了很多的版本,主要有BIP32、BIP39、BIP44。

BIP32

BIP32是 HD钱包的核心提案,通过种子来生成主私钥,然后派生海量的子私钥和地址,种子是一串很长的随机数。

BIP39

由于种子是一串很长的随机数,不利于记录,所以我们用算法将种子转化为一串12 ~ 24个的单词,方便保存记录,这就是BIP39,它扩展了 HD钱包种子的生成算法。

BIP44

BIP44 是在 BIP32 和 BIP43 的基础上增加多币种,提出的层次结构非常全面,它允许处理多个币种,多个帐户,每个帐户有数百万个地址。

在BIP32路径中定义以下5个级别:

m/purpse'/coin_type'/account'/change/address_index

  • purpose:在BIP43之后建议将常数设置为44’。表示根据BIP44规范使用该节点的子树。
  • Coin_type:币种,代表一个主节点(种子)可用于无限数量的独立加密币,如比特币,Litecoin或Namecoin。此级别为每个加密币创建一个单独的子树,避免重用已经在其它链上存在的地址。开发人员可以为他们的项目注册未使用的号码。
  • Account:账户,此级别为了设置独立的用户身份可以将所有币种放在一个的帐户中,从0开始按顺序递增。
  • Change:常量0用于外部链,常量1用于内部链,外部链用于钱包在外部用于接收和付款。内部链用于在钱包外部不可见的地址,如返回交易变更。
  • Address_index:地址索引,按顺序递增的方式从索引0开始编号。

BIP44的规则使得 HD钱包非常强大,用户只需要保存一个种子,就能控制所有币种,所有账户的钱包,因此由BIP39 生成的助记词非常重要,所以一定安全妥善保管,那么会不会被破解呢?如果一个 HD 钱包助记词是 12 个单词,一共有 2048 个单词可能性,那么随机的生成的助记词所有可能性大概是5e+39,因此几乎不可能被破解。

HD钱包

通过BIP协议生成账号的钱包叫做HD钱包。这个HD钱包,并不是Hardware Wallet硬件钱包,这里的 HD 是Hierarchical Deterministic的缩写,意思是分层确定性,所以HD钱包的全称为比特币分成确定性钱包 。

以太坊对BIP的支持

BIP是用于提出 Bitcoin 的新功能或改进措施,那么对于以太坊来说如何支持呢?

  • 以太坊在EIPs/issues/84中讨论,是否遵循 BIP32 和 BIP44,社区里提出来很多有意思的观点,比特币是基于 UTXO 的,所以可以使用 HD 钱包(BIP32)为每个交易分配一个新地址,以保护您的隐私。然而,以太坊是基于帐户,每个帐户都有一个地址,BIP 是比特币的提案,而且比特币的数据结构的设计是围绕改变地址的想法构建的,BIP 的一些提案可能并不适合以太坊。以太坊的模式和比特币UTXO 不同,以太坊转账不能改变地址,如果在以太坊上实现 UTXO ,用户还必须签名两个交易以将余额的一部分发送到一个地址,将余额的一部分发送到第二个地址 - 这将使成本增加一倍,而且第二个交易可能不会在同一个区块中,当然以太坊也可以通过智能合约的方式实现。另外,以太坊目前官方钱包采用 KDF 的形式,也就是我们常说的 Keystore 的形式。
  • 以太坊在EIPs/issues/85中讨论,以太坊社区似乎也采用了 BIP32 的做法,提议 HD 路径为 : m/44’/60’/0’/0/n,n 是第 n 次生成地址。目前以太坊客户端实现了BIP32的客户端有:Jaxx, Metamask, Exodus, imToken, TREZOR (ETH) & Digital Bitbox。

二、密码、私钥、keystore与助记词的关系

它们关系可以用下面的图来表述。在接下来的教程中我们会逐一学习如何通过代码实现下面每一条线。

三、钱包的核心:私钥

基于以上的分析,我们对以太坊钱包的账号系统有了一个很好的认识,那么我们在使用钱包的过程中,该如何保管自己的钱包呢?主要包含以下几种方式:

  • 私钥(Private Key)
  • Keystore+密码(Keystore+Password)
  • 助记词(Mnemonic code)

通过以上三种中的一种方式都可以解锁账号,然后掌控它,所以对于每种方式中的数据都必须妥善包括,如有泄漏,请尽快转移数字资产。

我们可以得到以下总结:

  • 通过私钥+密码可以生成keystore,即加密私钥;
  • 通过keystore+密码可以获取私钥,即解密keystore。
  • 通过助记词根据不同的路径获取不同的私钥,即使用HD钱包将助记词转化成种子来生成主私钥,然后派生海量的子私钥和地址。

可以看出这几种方式的核心其实都是为了获得私钥,然后去解锁账号,因此钱包的核心功能是私钥的创建、存储和使用。

参考资料

https://web3js.readthedocs.io/en/1.0/web3-eth-accounts.html https://github.com/bitcoin/bips/blob/master/bip-0032.mediawiki https://github.com/bitcoin/bips/blob/master/bip-0044.mediawiki https://github.com/ethereum/EIPs/issues/84 https://github.com/ethereum/EIPs/issues/85

作者:李旭

来源:http://www.chaindesk.cn

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