比特币钱包开发:开发比特币钱包不得不了解的概念

目标 本章的内容是理解比特币钱包开发中非常重要的概念。

  1. 理解钱包、账号、地址、公钥、私钥、密码、助记词
  2. 理解HD钱包是什么
  3. 清楚BIP协议的常见版本的作用
  4. 清楚Base58在比特币账号中的重要性

一、钱包应用程序

1. 钱包
  • 钱包不是账号,钱包是一个应用程序,主要用于管理账号、保管私钥、发送和接受代币的客户端。
  • 钱包中可以有很多账号,账号也能导入不同的钱包。
2. 账号
  • 每个账户都是由一对钥匙组成:公钥和私钥。每个账户都对应一个地址。
  • 账户由钱包来管理,一个钱包可以包含多个账户。
  • 账号与公钥、私钥、地址,在以太坊中是一一对应的,而在有的区块链中账号与公私钥对、地址不是一一对应的,比如:EOS。
3. 地址
  • 地址长度为25字节,转为base58编码后,为34或35个字符,如:1PFjZSK9GEGoGKt3aTDZU2o7kBC4W815pC。
  • base58是类似base64的编码,但去掉了易引起视觉混淆的字符,又在地址末尾添加了4个字节校验位。
  • 由于存在公钥有两种形式,那么一个公钥便对应两个地址,这两个地址都可由同一私钥签署交易。
  • 地址标记着一个账号,可以公开给别人,用于别人给你转账。
  • 地址不是公钥,地址是由公钥生成,公钥由私钥生成,这两个过程是不可逆的,即地址不能推算出公钥,公钥也不能推算出私钥。
4. 公钥
  • 公钥压缩格式是33字节,非压缩格式是65字节。即压缩格式是66位长度的十六进制,非压缩格式是130位长度的十六进制字符组成。以0x02/0x03开头为压缩公钥。早期比特币均使用非压缩公钥,现大部分客户端已默认使用压缩公钥。
  • 公钥对账号的交易进行加密。即使用公钥签名交易,然后使用私钥去验证交易。
  • 公钥是通过使用secp256k1椭圆曲线加密算法计算私钥所对应的公钥获得。
  • 公钥、私钥、地址,它们是一一对应的,唯一的,不可修改的。
5. 私钥
  • 私钥由64位长度的十六进制的字符组成,比如:0xE4356E49C88C8B7AB370AF7D5C0C54F0261AAA006F6BDE09CD4745CF54E0115A
  • 私钥一定要妥善保管,不能被公开和泄漏,拥有私钥就相当于拥有此账号的使用权。
  • 私钥有可由助记词推导出来。
6. 密码 密码不是私钥,密码可以进行修改或重置。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。 7. 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,且每个账号对应一个私钥,多个账号就有多个私钥,不易管理,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。
8. 总结 钱包应用程序用于管理多个账号,在比特币中账号与公私钥对、地址是一一对应的,公钥、私钥、地址也是一一对应的,私钥生成公钥,公钥生成地址,且不可逆,私钥是账号的核心且不可泄漏,地址可以公开用于转账。关于子账号的介绍稍后说明。

二、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 。比特币中的钱包就是非确定性钱包,BIP32是 HD钱包的标准定义,由种子派生生成多个私钥。 1. BIP BIP是协议,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。币种列表
  • 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。

2. 种子 种子可以派生生成多个私钥,所以种子是一个钱包账号中最关键的数据,比私钥的等级更高,因此备份一个种子就备份了相关联的所有私钥。HD钱包中包含了在树结构中派生的密钥,这样一来,父密钥就可以派生出一系列子密钥,每个密钥都可以派生出一系列的子密钥,从而达到无限的深度。

三、Base58编码 1. Base64编码 Base64就是一种基于64个可打印字符来表示二进制数据的方法
  • Base64使用了26个小写字母、26个大写字母、10个数字以及两个符号(例如“+”和“/”),用于在电子邮件这样的基于文本的媒介中传输二进制数据。
  • Base64通常用于编码邮件中的附件。
Base64字符集:
ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz0123456789+/
2. Base58编码 Base58是一种基于文本的二进制编码格式,是用于Bitcoin中使用的一种独特的编码方式,主要用于产生Bitcoin的钱包地址。
  • 相比Base64,Base58不使用数字"0",大写字母"O",大写字母"I"和小写字母"l",以及"+"和"/"符号。目的就是去除容易混淆的字符。
  • 这种编码格式不仅实现了数据压缩,保持了易读性,还具有错误诊断功能。
Base58字符集:
ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZabcdefghijkmnopqrstuvwxyz123456789
3. Base58Check Base58Check是一种常用在比特币中的Base58编码格式,增加了错误校验码来检查数据在转录中出现的错误。在Base58Check中,对数据添加了一个称作“版本字节”的前缀,这个前缀用来明确需要编码的数据的类型。
  1. 首先对数据添加一个版本前缀,这个前缀用来识别编码的数据类型。例如,比特币地址的前缀是0(十六进制是0x00)。
  2. 对数据连续进行两次SHA256哈希算法checksum = SHA256(SHA256(prefix+data))
  3. 在产生的长度为32个字节(两次哈希云算)的哈希值中,取其前4个字节作为检验和添加到数据第一步产生的数据之后。
  4. 将数据进行Base58编码处理
Base58Check的编码过程如下图。

Base58Check的作用:

  • 既然有了Base58编码,已经不会搞错0和O, 1和l和I,也把大整数转换成了可读字符串,为什么还要再有Base58Check这个环节呢?
  • 假设一种情况,你在程序中输入一个Base58编码的地址,尽管你已经不会搞错0和O, 1和l和I,但是万一你不小心输错一个字符,或者少写多写一个字符,会咋样?你可能会说,没啥大不了的,错个字符而已,这不是很常见嘛,重新输入不就可以了吗?但是当用户给一个比特币地址转账,如果输入错误,那么对方就不会收到资金,更关键的是该笔资金发给了一个根本不存在的比特币地址,那么这笔资金也就永远不可能被交易,也就是说比特币丢失了。
  • 校验码长4个字节,添加到需要编码的数据之后。
  • 校验码是从需要编码的数据的哈希值中得到的,所以可以用来检测并避免转录和输入中产生的错误。
  • 使用Base58check编码格式时,程序会计算原始数据的校验码并和自带的校验码进行对比,二者若不匹配则表明有错误产生。
  • 实际上,在比特币交易中,都会校验比特币地址是否合法,如果经过Base58Check的比特币地址被比特币钱包程序判定是无效的,当然会阻止交易继续进行,就避免了资金损失。

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本文来源: BTCsos 速援财经 · 为快不破 文章作者: 佚名

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