理解开发HD 钱包涉及的 BIP3二、BIP4四、BIP39

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若是你还在被HD钱包、BIP3二、BIP4四、BIP39搞的一头雾水，来看看这边文章吧。

数字钱包概念

钱包用来存钱的，在区块链中，咱们的数字资产都会对应到一个帐户地址上， 只有拥有帐户的钥匙（私钥）才能够对资产进行消费（用私钥对消费交易签名）。 私钥和地址的关系以下： （图来自精通比特币） 一句话归纳下就是：私钥经过椭圆曲线生成公钥， 公钥经过哈希函数生成地址，这两个过程都是单向的。 所以实际上，数字钱包实际是一个管理私钥（生成、存储、签名）的工具，注意钱包并不保存资产，资产是在链上的。

如何建立帐号

建立帐号关键是生成一个私钥， 私钥是一个32个字节的数， 生成一个私钥在本质上在1到2^256之间选一个数字。 所以生成密钥的第一步也是最重要的一步，是要找到足够安全的熵源，即随机性来源，只要选取的结果是不可预测或不可重复的，那么选取数字的具体方法并不重要。 好比能够掷硬币256次，用纸和笔记录正反面并转换为0和1，随机获得的256位二进制数字可做为钱包的私钥。 从编程的角度来看，通常是经过在一个密码学安全的随机源(不建议你们本身去写一个随机数)中取出一长串随机字节，对其使用SHA256哈希算法进行运算，这样就能够方便地产生一个256位的数字。

实际过程须要比较下是否小于n-1（n = 1.158 * 10^77, 略小于2^256），咱们就有了一个合适的私钥。不然，咱们就用另外一个随机数再重复一次。这样获得的私钥就能够根据上面的方法进一步生成公钥及地址。

BIP32

钱包也是一个私钥的容器，按照上面的方法，咱们能够生成一堆私钥（一我的也有不少帐号的需求，能够更好保护隐私），而每一个私钥都须要备份就特别麻烦的。

最先期的比特币钱包就是就是这样，还有一个昵称：“Just a Bunch Of Keys(一堆私钥)“

为了解决这种麻烦，就有了BIP32 提议： 根据一个随机数种子经过分层肯定性推导的方式获得n个私钥，这样保存的时候，只须要保存一个种子就能够，私钥能够推导出来，如图： （图来自精通比特币）上图中的孙秘钥就能够用来签发交易。

补充说明下 BIP: Bitcoin Improvement Proposals 比特币改进建议, bip32是第32个改进建议。 BIP32提案的名字是：Hierarchical Deterministic Wallets， 就是咱们所说的HD钱包。 来分析下这个分层推导的过程，第一步推导主秘钥的过程： 根种子输入到HMAC-SHA512算法中就能够获得一个可用来创造主私钥(m) 和 一个主链编码（ a master chain code)这一步生成的秘钥（由私钥或公钥）及主链编码再加上一个索引号，将做为HMAC-SHA512算法的输入继续衍生出下一层的私钥及链编码，以下图： 衍生推导的方案其实有两个：一个用父私钥推导（称为强化衍生方程），一个用父公钥推导。同时为了区分这两种不一样的衍生，在索引号也进行了区分，索引号小于2^31用于常规衍生，而2^31到2^32-1之间用于强化衍生，为了方便表示索引号i'，表示2^31+i。 所以增长索引（水平扩展）及 经过子秘钥向下一层（深度扩展）能够无限生成私钥。 注意， 这个推导过程是肯定（相同的输入，老是有相同的输出）也是单向的，子密钥不能推导出同层级的兄弟密钥，也不能推出父密钥。若是没有子链码也不能推导出孙密钥。如今咱们已经对分层推导有了认识。 一句话归纳下BIP32就是：为了不管理一堆私钥的麻烦提出的分层推导方案。

秘钥路径及BIP44

经过这种分层（树状结构）推导出来的秘钥，一般用路径来表示，每一个级别之间用斜杠 / 来表示，由主私钥衍生出的私钥起始以“m”打头。所以，第一个母密钥生成的子私钥是m/0。第一个公共钥匙是M/0。第一个子密钥的子密钥就是m/0/1，以此类推。 BIP44则是为这个路径约定了一个规范的含义(也扩展了对多币种的支持)，BIP0044指定了包含5个预约义树状层级的结构： m / purpose' / coin' / account' / change / address_index m是固定的, Purpose也是固定的，值为44（或者 0x8000002C） Coin type 这个表明的是币种，0表明比特币，1表明比特币测试链，60表明以太坊 完整的币种列表地址：https://github.com/satoshilabs/slips/blob/master/slip-0044.md Account 表明这个币的帐户索引，从0开始 Change 常量0用于外部链，常量1用于内部链（也称为更改地址）。外部链用于在钱包外可见的地址（例如，用于接收付款）。内部链用于在钱包外部不可见的地址，用于返回交易变动。 (因此通常使用0) address_index 这就是地址索引，从0开始，表明生成第几个地址，官方建议，每一个account下的address_index不要超过20 根据 EIP85提议的讨论以太坊钱包也遵循BIP44标准，肯定路径是m/44'/60'/a'/0/n a 表示账号，n 是第 n 生成的地址，60 是在 SLIP44 提案中肯定的以太坊的编码。因此咱们要开发以太坊钱包一样须要对比特币的钱包提案BIP3二、BIP39有所了解。 一句话归纳下BIP44就是：给BIP32的分层路径定义规范

BIP39

BIP32 提案可让咱们保存一个随机数种子（一般16进制数表示），而不是一堆秘钥，确实方便一些，不过用户使用起来(好比冷备份)也比较繁琐，这就出现了BIP39，它是使用助记词的方式，生成种子的，这样用户只须要记住12（或24）个单词，单词序列经过 PBKDF2 与 HMAC-SHA512 函数建立出随机种子做为 BIP32 的种子。 能够简单的作一个对比，下面那一种备份起来更友好：

// 随机数种子
090ABCB3A6e1400e9345bC60c78a8BE7  
// 助记词种子
candy maple cake sugar pudding cream honey rich smooth crumble sweet treat

使用助记词做为种子其实包含2个部分：助记词生成及助记词推导出随机种子，下面分析下这个过程。

生成助记词

助记词生成的过程是这样的：先生成一个128位随机数，再加上对随机数作的校验4位，获得132位的一个数，而后按每11位作切分，这样就有了12个二进制数，而后用每一个数去查BIP39定义的单词表，这样就获得12个助记词，这个过程图示以下： （图来源于网络）

助记词推导出种子

这个过程使用密钥拉伸（Key stretching）函数，被用来加强弱密钥的安全性，PBKDF2是经常使用的密钥拉伸算法中的一种。 PBKDF2基本原理是经过一个为随机函数(例如 HMAC 函数)，把助记词明文和盐值做为输入参数，而后重复进行运算最终产生生成一个更长的（512 位）密钥种子。这个种子再构建一个肯定性钱包并派生出它的密钥。 密钥拉伸函数须要两个参数：助记词和盐。盐能够提升暴力解密的难度。 盐由常量字符串 "mnemonic" 及一个可选的密码组成，注意使用不一样密码，则拉伸函数在使用同一个助记词的状况下会产生一个不一样的种子，这个过程图示图下: （图来源于网络） 密码能够做为一个额外的安全因子来保护种子，即便助记词的备份被窃取，也能够保证钱包的安全（也要求密码拥有足够的复杂度和长度），不过另一方面，若是咱们忘记密码，那么将没法恢复咱们的数字资产。 一句话归纳下BIP39就是：经过定义助记词让种子的备份更友好

小结

HD钱包（Hierarchical Deterministic Wallets）是在BIP32中提出的为了不管理一堆私钥的麻烦提出的分层推导方案。 而BIP44是给BIP32的分层加强了路径定义规范，同时增长了对多币种的支持。 BIP39则经过定义助记词让种子的备份更友好。 目前咱们的市面上单到的以太币、比特币钱包基本都遵循这些标准。 最后推荐一个助记词秘钥生成器网站 欢迎来知识星球提问，星球内已经汇集了300多位区块链技术爱好者。 深刻浅出区块链 - 系统学习区块链，打造最好的区块链技术博客。