開發(fā)比特幣錢包不得不了解的概念

本章的內(nèi)容是理解比特幣錢包開發(fā)中非常重要的概念，理解錢包、賬號、地址、公鑰、私鑰、密碼、助記詞

理解HD錢包是什么

清楚BIP協(xié)議的常見版本的作用，清楚Base58在比特幣賬號中的重要性

一、錢包應(yīng)用程序

1. 錢包

錢包不是賬號，錢包是一個(gè)應(yīng)用程序，主要用于管理賬號、保管私鑰、發(fā)送和接受代幣的客戶端。

錢包中可以有很多賬號，賬號也能導(dǎo)入不同的錢包。

2. 賬號

每個(gè)賬戶都是由一對鑰匙組成：公鑰和私鑰。每個(gè)賬戶都對應(yīng)一個(gè)地址。

賬戶由錢包來管理，一個(gè)錢包可以包含多個(gè)賬戶。

賬號與公鑰、私鑰、地址，在以太坊中是一一對應(yīng)的，而在有的區(qū)塊鏈中賬號與公私鑰對、地址不是一一對應(yīng)的，比如：EOS。

3. 地址

地址長度為25字節(jié)，轉(zhuǎn)為base58編碼后，為34或35個(gè)字符，如：1PFjZSK9GEGoGKt3aTDZU2o7kBC4W815pC。

base58是類似base64的編碼，但去掉了易引起視覺混淆的字符，又在地址末尾添加了4個(gè)字節(jié)校驗(yàn)位。

由于存在公鑰有兩種形式，那么一個(gè)公鑰便對應(yīng)兩個(gè)地址，這兩個(gè)地址都可由同一私鑰簽署交易。

地址標(biāo)記著一個(gè)賬號，可以公開給別人，用于別人給你轉(zhuǎn)賬。

地址不是公鑰，地址是由公鑰生成，公鑰由私鑰生成，這兩個(gè)過程是不可逆的，即地址不能推算出公鑰，公鑰也不能推算出私鑰。

4. 公鑰

公鑰壓縮格式是33字節(jié)，非壓縮格式是65字節(jié)。即壓縮格式是66位長度的十六進(jìn)制，非壓縮格式是130位長度的十六進(jìn)制字符組成。以0*02/0*03開頭為壓縮公鑰。早期比特幣均使用非壓縮公鑰，現(xiàn)大部分客戶端已默認(rèn)使用壓縮公鑰。

公鑰對賬號的交易進(jìn)行加密。即使用公鑰簽名交易，然后使用私鑰去驗(yàn)證交易。

公鑰是通過使用secp256k1橢圓曲線加密算法計(jì)算私鑰所對應(yīng)的公鑰獲得。

公鑰、私鑰、地址，它們是一一對應(yīng)的，唯一的，不可修改的。

5. 私鑰

私鑰由64位長度的十六進(jìn)制的字符組成，比如：0xE4356E49C88C8B7AB370AF7D5C0C54F0261AAA006F6BDE09CD4745CF54E0115A，

私鑰一定要妥善保管，不能被公開和泄漏，擁有私鑰就相當(dāng)于擁有此賬號的使用權(quán)。

私鑰有可由助記詞推導(dǎo)出來。

6. 密碼

密碼不是私鑰，密碼可以進(jìn)行修改或重置。在錢包應(yīng)用程序中，創(chuàng)建賬號時(shí)需要設(shè)定一個(gè)密碼，這個(gè)密碼一般要求不少于 8 個(gè)字符，為了安全，密碼最好設(shè)置復(fù)雜一點(diǎn)。

7. 助記詞

私鑰是64位長度的十六進(jìn)制的字符，不利于記錄且容易記錯(cuò)，且每個(gè)賬號對應(yīng)一個(gè)私鑰，多個(gè)賬號就有多個(gè)私鑰，不易管理，所以用算法將一串隨機(jī)數(shù)轉(zhuǎn)化為了一串12 ~ 24個(gè)容易記住的單詞，方便保存記錄。所以有的同學(xué)有了下面的結(jié)論：

助記詞是私鑰的另一種表現(xiàn)形式。

還有同學(xué)說助記詞=私鑰，這是不正確的說法，通過助記詞可以獲取相關(guān)聯(lián)的多個(gè)私鑰，但是通過其中一個(gè)私鑰是不能獲取助記詞的，因此助記詞≠私鑰。

8. 總結(jié)

錢包應(yīng)用程序用于管理多個(gè)賬號，在比特幣中賬號與公私鑰對、地址是一一對應(yīng)的，公鑰、私鑰、地址也是一一對應(yīng)的，私鑰生成公鑰，公鑰生成地址，且不可逆，私鑰是賬號的核心且不可泄漏，地址可以公開用于轉(zhuǎn)賬。關(guān)于子賬號的介紹稍后說明。

二、HD錢包

這個(gè)HD錢包，并不是Hardware Wallet硬件錢包，這里的 HD 是Hierarchical Deterministic的縮寫，意思是分層確定性，所以HD錢包的全稱為比特幣分成確定性錢包 。比特幣中的錢包就是非確定性錢包，BIP32是 HD錢包的標(biāo)準(zhǔn)定義，由種子派生生成多個(gè)私鑰。

1. BIP

BIP是協(xié)議，是Bitcoin Improvement Proposals的縮寫，意思是Bitcoin 的改進(jìn)建議，用于提出 Bitcoin 的新功能或改進(jìn)措施。BIP協(xié)議衍生了很多的版本，主要有BIP32、BIP39、BIP44.

BIP32

BIP32是 HD錢包的核心提案，通過種子來生成主私鑰，然后派生海量的子私鑰和地址，種子是一串很長的隨機(jī)數(shù)。

BIP39

由于種子是一串很長的隨機(jī)數(shù)，不利于記錄，所以我們用算法將種子轉(zhuǎn)化為一串12 ~ 24個(gè)的單詞，方便保存記錄，這就是BIP39.它擴(kuò)展了 HD錢包種子的生成算法。

BIP44

BIP44 是在 BIP32 和 BIP43 的基礎(chǔ)上增加多幣種，提出的層次結(jié)構(gòu)非常全面，它允許處理多個(gè)幣種，多個(gè)帳戶，每個(gè)帳戶有數(shù)百萬個(gè)地址。

在BIP32路徑中定義以下5個(gè)級別：m/purpse'/coin_type'/account'/change/address_index

purpose：在BIP43之后建議將常數(shù)設(shè)置為44'。表示根據(jù)BIP44規(guī)范使用該節(jié)點(diǎn)的子樹。

Coin_type：幣種，代表一個(gè)主節(jié)點(diǎn)(種子)可用于無限數(shù)量的獨(dú)立加密幣，如比特幣，Litecoin或Namecoin。此級別為每個(gè)加密幣創(chuàng)建一個(gè)單獨(dú)的子樹，避免重用已經(jīng)在其它鏈上存在的地址。開發(fā)人員可以為他們的項(xiàng)目注冊未使用的號碼。幣種列表

Account：賬戶，此級別為了設(shè)置獨(dú)立的用戶身份可以將所有幣種放在一個(gè)的帳戶中，從0開始按順序遞增。

Change：常量0用于外部鏈，常量1用于內(nèi)部鏈，外部鏈用于錢包在外部用于接收和付款。內(nèi)部鏈用于在錢包外部不可見的地址，如返回交易變更。

Address_index：地址索引，按順序遞增的方式從索引0開始編號。

BIP44的規(guī)則使得 HD錢包非常強(qiáng)大，用戶只需要保存一個(gè)種子，就能控制所有幣種，所有賬戶的錢包，因此由BIP39 生成的助記詞非常重要，所以一定安全妥善保管，那么會不會被破解呢?如果一個(gè) HD 錢包助記詞是 12 個(gè)單詞，一共有 2048 個(gè)單詞可能性，那么隨機(jī)的生成的助記詞所有可能性大概是5e+39.因此幾乎不可能被破解。

2. 種子

種子可以派生生成多個(gè)私鑰，所以種子是一個(gè)錢包賬號中最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，比私鑰的等級更高，因此備份一個(gè)種子就備份了相關(guān)聯(lián)的所有私鑰。HD錢包中包含了在樹結(jié)構(gòu)中派生的密鑰，這樣一來，父密鑰就可以派生出一系列子密鑰，每個(gè)密鑰都可以派生出一系列的子密鑰，從而達(dá)到無限的深度。

三、Base58編碼

1. Base64編碼

Base64就是一種基于64個(gè)可打印字符來表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)的方法

Base64使用了26個(gè)小寫字母、26個(gè)大寫字母、10個(gè)數(shù)字以及兩個(gè)符號(例如“+”和“/”)，用于在電子郵件這樣的基于文本的媒介中傳輸二進(jìn)制數(shù)據(jù)。

Base64通常用于編碼郵件中的附件。

Base64字符集：ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/

2. Base58編碼

Base58是一種基于文本的二進(jìn)制編碼格式，是用于Bitcoin中使用的一種獨(dú)特的編碼方式，主要用于產(chǎn)生Bitcoin的錢包地址。

相比Base64.Base58不使用數(shù)字”0”，大寫字母”O(jiān)”，大寫字母”I”和小寫字母”l”，以及”+”和”/”符號。目的就是去除容易混淆的字符。

這種編碼格式不僅實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)壓縮，保持了易讀性，還具有錯(cuò)誤診斷功能。

Base58字符集：ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZabcdefghijkmnopqrstuvwxyz123456789

3. Base58Check

Base58Check是一種常用在比特幣中的Base58編碼格式，增加了錯(cuò)誤校驗(yàn)碼來檢查數(shù)據(jù)在轉(zhuǎn)錄中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。在Base58Check中，對數(shù)據(jù)添加了一個(gè)稱作“版本字節(jié)”的前綴，這個(gè)前綴用來明確需要編碼的數(shù)據(jù)的類型。

首先對數(shù)據(jù)添加一個(gè)版本前綴，這個(gè)前綴用來識別編碼的數(shù)據(jù)類型。例如，比特幣地址的前綴是0(十六進(jìn)制是0*00)。

對數(shù)據(jù)連續(xù)進(jìn)行兩次SHA256哈希算法checksum = SHA256(SHA256(prefix+data))。

在產(chǎn)生的長度為32個(gè)字節(jié)(兩次哈希云算)的哈希值中，取其前4個(gè)字節(jié)作為檢驗(yàn)和添加到數(shù)據(jù)第一步產(chǎn)生的數(shù)據(jù)之后。

將數(shù)據(jù)進(jìn)行Base58編碼處理

Base58Check的編碼過程如下圖。

Base58Check的作用：既然有了Base58編碼，已經(jīng)不會搞錯(cuò)0和O, 1和l和I，也把大整數(shù)轉(zhuǎn)換成了可讀字符串，為什么還要再有Base58Check這個(gè)環(huán)節(jié)呢?

假設(shè)一種情況，你在程序中輸入一個(gè)Base58編碼的地址，盡管你已經(jīng)不會搞錯(cuò)0和O, 1和l和I，但是萬一你不小心輸錯(cuò)一個(gè)字符，或者少寫多寫一個(gè)字符，會咋樣?你可能會說，沒啥大不了的，錯(cuò)個(gè)字符而已，這不是很常見嘛，重新輸入不就可以了嗎?

但是當(dāng)用戶給一個(gè)比特幣地址轉(zhuǎn)賬，如果輸入錯(cuò)誤，那么對方就不會收到資金，更關(guān)鍵的是該筆資金發(fā)給了一個(gè)根本不存在的比特幣地址，那么這筆資金也就永遠(yuǎn)不可能被交易，也就是說比特幣丟失了。

校驗(yàn)碼長4個(gè)字節(jié)，添加到需要編碼的數(shù)據(jù)之后。

校驗(yàn)碼是從需要編碼的數(shù)據(jù)的哈希值中得到的，所以可以用來檢測并避免轉(zhuǎn)錄和輸入中產(chǎn)生的錯(cuò)誤。

使用Base58check編碼格式時(shí)，程序會計(jì)算原始數(shù)據(jù)的校驗(yàn)碼并和自帶的校驗(yàn)碼進(jìn)行對比，二者若不匹配則表明有錯(cuò)誤產(chǎn)生。

實(shí)際上，在比特幣交易中，都會校驗(yàn)比特幣地址是否合法，如果經(jīng)過Base58Check的比特幣地址被比特幣錢包程序判定是無效的，當(dāng)然會阻止交易繼續(xù)進(jìn)行，就避免了資金損失。

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