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Newton HD Wallet
HD是Hierarchical Deterministic的缩写,意思是分层确定性。先确定根私钥root,然后根据索引计算每一层的子私钥:
root
│
├─────────────┬─────────────┐
│ │ │
▼ ▼ ▼
k0 k1 k2 ...
│ │ │
├──┬──┐ ├──┬──┐ ├──┬──┐
│ │ │ │ │ │ │ │ │
▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼ ▼
k0 k1 k2 ... k0 k1 k2 ... k0 k1 k2 ...
对于任意一个私钥k,总是可以根据索引计算它的下一层私钥kn:
kn = hdkey(k,n)
即HD层级实际上是无限的,每一层索引从0~232,约43亿个子key。这种计算被称为衍生(Derivation)。
HD钱包给私钥管理带来了非常大的方便,因为只需要管理一个根扩展私钥,就可以管理所有层级的所有衍生私钥。
但是HD钱包的扩展私钥算法有个潜在的安全性问题,就是如果某个层级的xprv泄露了,可反向推导出上层的xprv,继而推导出整个HD扩展私钥体系。为了避免某个子扩展私钥的泄漏导致上层扩展私钥被反向推导,HD钱包还有一种硬化的衍生计算方式(Hardened Derivation),它通过算法“切断”了母扩展私钥和子扩展私钥的反向推导。HD规范把索引0~231作为普通衍生索引,而索引231~231作为硬化衍生索引,硬化衍生索引通常记作0'、1'、2'……,即索引0'=231,1'=231+1,2'=231+2,以此类推。
因此,m/44'/0
表示的子扩展私钥,它的第一层衍生索引44'
是硬化衍生,实际索引是231+44=2147483692。从m/44'/0
无法反向推导出m/44'
。
在只有扩展公钥的情况下,只能计算出普通衍生的子公钥,无法计算出硬化衍生的子扩展公钥,即可计算出的子扩展公钥索引被限制在0~231。因此,观察钱包能使用的索引是0~231。
HD钱包理论上有无限的层级,对使用secp256k1或secp256r1算法的任何币都适用。但是,如果一种钱包使用m/1/2/x
,另一种钱包使用m/3/4/x
,没有一种统一的规范,就会乱套。
比特币的BIP-44规范定义了一种如何派生私钥的标准,它本身非常简单:
m / purpose' / coin_type' / account' / change / address_index
- purpose总是44,
- coin_type在SLIP-44中定义,例如,0=BTC,2=LTC,60=ETH,其中等。其中,Newton注册的coin_type为
1642
。 - account表示用户的某个“账户”,由用户自定义索引。
- change=0表示外部交易,change=1表示内部交易。
- address_index则是真正派生的索引为0~231的地址。
从HD钱包的创建方式可知,要创建一个HD钱包,我们必须首先有一个确定的512bit(64字节)的随机数种子。
为了解决初始化种子的易用性问题,BIP-39规范提出了一种通过助记词来推算种子的算法:
以英文单词为例,首先,挑选2048个常用的英文单词,构造一个数组:
const words = ['abandon', 'ability', 'able', ..., 'zoo'];
然后,生成128~256位随机数,注意随机数的总位数必须是32的倍数。例如,生成的256位随机数以16进制表示为:
179e5af5ef66e5da5049cd3de0258c5339a722094e0fdbbbe0e96f148ae80924
在随机数末尾加上校验码,校验码取SHA-256的前若干位,并使得总位数凑成11的倍数,即,上述随机数校验码的二进制表示为00010000
。
将随机数+校验码按每11 bit一组,得到范围是0~2047的24个整数,把这24个整数作为索引,就得到了最多24个助记词,例如:
bleak version runway tell hour unfold donkey defy digital abuse glide please omit much cement sea sweet tenant demise taste emerge inject cause link
由于在生成助记词的过程中引入了校验码,所以,助记词如果弄错了,软件可以提示用户输入的助记词可能不对。
生成助记词的过程是计算机随机产生的,用户只要记住这些助记词,就可以根据助记词推算出HD钱包的种子。