【虚拟货币钱包】从 BIP32、BIP39、BIP44 到 Ethereum HD Ｗallet

水深无声 2022-05-19 05:04 283阅读 0赞

> 钱包是很多人第一次接触 Ethereum 或其他虚拟货币的地方。不管是用手机或浏览器的钱包，相信很多人都对一串陌生的单字感到好奇（而且很重要还要备份）。这是源自于 **Bitcoin** 中钱包的设计，采用这套机制的钱包通常称为 **HD Wallet**。**本篇希望简述 HD Wallet 的架构，再使用 JavaScript 套件从头创建一个 Ethereum HD Ｗallet**。

## 虚拟货币钱包 ##

钱包顾名思义是存放$$$。但在虚拟货币世界有点不一样，我的帐户资讯（像是我有多少钱）是储存在区块链上，实际存在钱包中的是我的帐户对应的 **key**。有了这把 key 我就可以在虚拟货币世界证明我的身份、就可以更改我帐户的状态（像是送钱给别人）。这样来说，**虚拟货币钱包实际上是管理和储存 key 的工具**。这把 key 就是我的私钥，而帐户是从我的公钥衍伸出来。

Ledger 虚拟货币钱包

## BIP32, BIP39, BIP44 ##

> BIP 全名是 **Bitcoin Improvement Proposals**，是提出 Bitcoin 的新功能或改进措施的文件。可由任何人提出，经过审核后公布在 [bitcoin/bips][bitcoin_bips] 上。BIP 和 Bitcoin 的关系，就像是 RFC 之于 Internet。

而其中的 **BIP32, BIP39, BIP44 共同定义了目前被广泛使用的 HD Wallet**，包含其设计动机和理念、实作方式、实例等。

*  [BIP32][]：定义 **Hierarchical Deterministic wallet (简称 "HD Wallet")**，是一个系统可以从单一个 **seed** **产生一树状结构储存多组 keypairs（私钥和公钥）**。好处是可以方便的备份、转移到其他相容装置（因为都只需要 seed），以及分层的权限控制等。

![700][]

BIP32 定义的 HD Wallet

*  [BIP39][]：将 **seed** 用方便记忆和书写的单字表示。一般由 **12 个单字**组成，称为 **mnemonic code(phrase)**，中文称为助记词或助记码。例如：
    
    `rose rocket invest real refuse margin festival danger anger border idle brown`
 *  [BIP44][]：基于 BIP32 的系统，赋予树状结构中的各层特殊的意义。让同一个 seed 可以支援**多币种、多帐户**等。各层定义如下：
    
    `m / purpose' / coin_type' / account' / change / address_index`
    
    其中的 `purporse'` 固定是 `44'`，代表使用 BIP44。而 `coin_type'` 用来表示不同币种，例如 Bitcoin 就是 `0'`，Ethereum 是 `60'`。

### Ethereum HD Wallet ###

Ethereum 的钱包目前均采用以上 Bitcoin HD Wallet 的架构，并订 `coin_type'` 为 `60'`，可以在 [ethereum/EIPs/issues][ethereum_EIPs_issues] 中看到相关的讨论。举例来说，在一个 Ethereum HD Wallet 中，第一个帐户（这里的帐户指 BIP44 中定义的 `account'`）的第一组 keypair，其路径会是 `m/44'/60'/0'/0/0`。

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## 创建 Ethereum HD wallet ##

使用的 JavaScript 套件包含：

*  [bip39][]：实作 BIP39，随机产生新的 mnemonic code，并可以将其转成 binary 的 seed。
 *  [ethereumjs-wallet][]：产生和管理公私钥，我使用其中的 hdkey 子套件来创建 HD Wallet。
 *  [ethereumjs-util][]：集合许多 Ethereum 需要的运算功能。

### 安装套件 ###

npm install bip39 ethereumjs-wallet ethereumjs-util --save

### 汇入套件 ###

var bip39 = require('bip39')
    var hdkey = require('ethereumjs-wallet/hdkey')
    var util = require('ethereumjs-util')

### 产生 mnemonic code ###

var mnemonic = bip39.generateMnemonic()

取得的 mnemonic code 会像：

rose rocket invest real refuse margin festival danger anger border idle brown

### 产生 HD wallet ###

先将 mnemonic code 转成 binary 的 seed。

var seed = bip39.mnemonicToSeed(mnemonic)

使用 seed 产生 HD Wallet。如果要说更明确，就是产生 **Master Key** 并记录起来。

var hdWallet = hdkey.fromMasterSeed(seed)

### 产生第一个 Ethereum Address ###

产生 Wallet 中第一个帐户的第一组 keypair。可以从 Master Key，根据其路径 `m/44'/60'/0'/0/0` 推导出来。

var key1 = hdWallet.derivePath("m/44'/60'/0'/0/0")

使用 keypair 中的公钥产生 address。

var address1 = util.pubToAddress(key1._hdkey._publicKey, true)

取得的 Address：

685ce4cbdd5c19b64ca008cb85b83947e5318efa

Encoding Address

Ethereum 很贴心，为了避免大家打错 address（导致把钱送错人），Ethereum 让 Address 变得比较难打？！总之一般会用 [EIP55: Mixed-case checksum address encoding][EIP55_ Mixed-case checksum address encoding] 再进行编码。许多钱包也支援用户输入没经过编码的 Address，那就会跳过 checksum 机制，建议还是使用编码过的 Address。

address1 = util.toChecksumAddress(address1.toString('hex'))

最后取得的 Address 会像：

0x685ce4CbDd5c19b64CA008cB85b83947e5318EFA

### 可以用 [Mnemonic Code Converter][] 验证结果 ###

![700 1][]

输入 mnemonic code

![700 2][]

产生 Address、公钥、私钥，结果和我取得的 Address 一致

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## 使用 Ethereum HD wallet ##

把 mnemonic code 记录下来好好保存，就会是一个冷钱包（指不连网路的钱包，所以安全很多）。可以使用产生出来的 address 收 Ether 或任何 REC20 Token。要送钱的话，可以汇入到任一个支援 Ethereum HD Wallet 的钱包。常用的 Ethereum HD wallet 像，在浏览器使用的 MyEtherWallet、MetaMask 和在手机使用的 imToken 等。

![359][]

MetaMask

## 题外话，MetaMask 如何在浏览器储存我们的 mnemonic code? ##

相信大家都了解了，有 mnemonic code 就可以产生 HD Wallet 中所有的 keys。有了 keys 就可以任意送钱包中的 Ether 或 Token 给别人。所以 mnemonic code 很重要！！！那这么重要的东西保存在浏览器不会很危险吗？我便研究下我常用的 MetaMask 浏览器钱包。**MetaMask 将加密后的 mnemonic code 存在浏览器的 Local Storage（一块只存在 Local 且不会过期的资料区块）**。加密使用用户另外输入的密码，再汇入时会要求用户设定密码（如上图），而每一次重新开启钱包都会要求输入密码。解密算法有 [Open Source][]，也有线上 [Live Demo][]。

![700 3][]

MetaMask Local Storage

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## References ##

*  [Standardizing of HD wallet derivation paths (BIP32, BIP39, BIP44)][ethereum_EIPs_issues]
 *  [HD Wallet by 徐粲邦][HD Wallet by]

## 其他相关 Ethereum JavaScript 套件 ##

*  [ethers.js][]
 *  [ethereum-bip44][]
 *  [truffle-hdwallet-provider][]
 *  [ethjs][]

[bitcoin_bips]: https://link.jianshu.com/?t=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fbitcoin%2Fbips
[BIP32]: https://link.jianshu.com/?t=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fbitcoin%2Fbips%2Fblob%2Fmaster%2Fbip-0032.mediawiki
[700]: /images/20220519/55dab1a2fb8b4bdb910172b74c8f5ef5.png
[BIP39]: https://link.jianshu.com/?t=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fbitcoin%2Fbips%2Fblob%2Fmaster%2Fbip-0039.mediawiki
[BIP44]: https://link.jianshu.com/?t=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fbitcoin%2Fbips%2Fblob%2Fmaster%2Fbip-0044.mediawiki
[ethereum_EIPs_issues]: https://link.jianshu.com/?t=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fethereum%2FEIPs%2Fissues%2F84
[bip39]: https://link.jianshu.com/?t=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fbitcoinjs%2Fbip39
[ethereumjs-wallet]: https://link.jianshu.com/?t=https%3A%2F%2Fwww.npmjs.com%2Fpackage%2Fethereumjs-wallet
[ethereumjs-util]: https://link.jianshu.com/?t=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fethereumjs%2Fethereumjs-util
[EIP55_ Mixed-case checksum address encoding]: https://link.jianshu.com/?t=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fethereum%2FEIPs%2Fblob%2Fmaster%2FEIPS%2Feip-55.md
[Mnemonic Code Converter]: https://link.jianshu.com/?t=https%3A%2F%2Fiancoleman.io%2Fbip39%2F
[700 1]: /images/20220519/e0651ac542204975898718fce8b30b1d.png
[700 2]: /images/20220519/833e1cb1ff544653a5ea77ef9f230a7a.png
[359]: /images/20220519/f9db0fb0da58414eb2714d320b0d1347.png
[Open Source]: https://link.jianshu.com/?t=https%3A%2F%2Fgithub.com%2FMetaMask%2Fvault-decryptor
[Live Demo]: https://link.jianshu.com/?t=https%3A%2F%2Fmetamask.github.io%2Fvault-decryptor%2F
[700 3]: /images/20220519/71920e7db15e4b2a91aa55faaf1b4b5b.png
[HD Wallet by]: https://link.jianshu.com/?t=https%3A%2F%2Fmedium.com%2F%40bun919tw%2Fhd-wallet-970096a6d72f
[ethers.js]: https://link.jianshu.com/?t=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fethers-io%2Fethers.js%2F
[ethereum-bip44]: https://link.jianshu.com/?t=https%3A%2F%2Fwww.npmjs.com%2Fpackage%2Fethereum-bip44
[truffle-hdwallet-provider]: https://link.jianshu.com/?t=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Ftrufflesuite%2Ftruffle-hdwallet-provider
[ethjs]: https://link.jianshu.com/?t=https%3A%2F%2Fgithub.com%2Fethjs%2Fethjs