钱包是什么？
在这篇文章中，我们将介绍钱包是什么、钱包的制作方式，以及它们如何利用椭圆曲线密码学来生成和保护私钥与公钥对、推导种子短语，并进行安全的区块链交互。钱包是用户管理区块链账户、安全存储资产和签署交易以更新区块链状态的重要工具。在这篇文章中，我们将探讨钱包的定义、制作过程，以及它们如何运用椭圆曲线密码学来生成和保护私钥与公钥对、推导种子短语，并确保安全的区块链交互。
钱包究竟是什么？
钱包是一个应用程序，允许你查看和与自己的区块链账户进行互动；这些账户可以让你提交交易，执行例如发送代币或与智能合约互动等操作。区块链上的每个账户由一对加密密钥组成，这对密钥是相互关联的。在区块链中，这种账户通常被称为外部拥有账户（EOA），由公钥和私钥构成：
- 公钥：就是你的钱包地址。可以与任何人分享，其他人（或智能合约）可以通过这个地址向你发送加密货币。
- 私钥：是你用来签署消息或交易的“签名密钥”。任何人只要拥有私钥，就能完全控制钱包里的资金。
这对密钥有一个重要的特性，叫做陷门函数；这意味着：
- 如果你有私钥，那么推导出公钥非常简单（A→B）。
钱包的用途是什么？
钱包用于通过其私钥签署消息或交易，并将其发送到区块链上。
它们能够让我们知道钱包同意了哪些消息或交易，因为交易发送者的公钥可以从交易签名中提取。这对于防止虚假或恶意交易被区块链接受非常重要。
举个例子，Jarrod可以提交一个交易，声称Abril给他发送了5个以太坊，即使Abril从未同意这笔交易。然而，由于区块链会验证每个交易的签名，它会迅速拒绝这个交易，因为从签名中提取的地址与交易的“发送者”（即Abril）不符。
像以太坊这样的区块链使用ECDSA（椭圆曲线数字签名算法）来验证从交易签名中提取的公钥是否与发送交易的人公钥一致。
钱包是如何创建的？
创建钱包的第一步是生成一对公钥和私钥。不过，这对密钥必须遵循一些规则，才能在区块链上正常运作。
- 私钥由64个十六进制字符（范围从0到F）构成。
- 公钥则是通过椭圆曲线密码学（ECC）从私钥生成的。
- 随后，公钥会被分割、哈希处理并格式化，最终形成一个42个字符的地址。
这个三步流程是区块链上账户生成的核心。
接下来，我们将详细介绍如何利用椭圆曲线和私钥推导出公钥。但在此之前，我们会回答你可能对钱包的其他问题，比如：
- 我怎么确保我的私钥是随机生成的？
- 如果我和别人获得了相同的私钥怎么办？
- 种子短语在这个过程中有什么作用？
- 如何从一个种子短语生成多个密钥对？
什么是种子短语？
虽然可以生成一个随机的64个十六进制值，但通常私钥是根据源自比特币的特定标准来生成的。这些标准允许用户记住一个种子短语，这是一组由12到24个单词组成的短语，可以用来创建任意数量的新账户。
这样，用户只需记住一组单词，就能访问所有账户，每个账户都有自己独立的公钥和私钥对。通过特定的密钥派生函数（KDF），可以从单个种子短语生成任意数量的新私钥。
接下来，我们将介绍种子短语是如何通过随机熵生成的，以及如何从种子短语派生私钥，最后再讨论如何从私钥派生公钥。
种子短语的工作原理
当你首次安装钱包应用时，通常会要求你写下并安全存储一个种子短语，通常是12或24个单词的组合。你可以在这里看到一个可能的英语单词列表，长度为2048个单词（我们稍后会再提到这个数字）。
什么是 BIP-39？
存储助记种子短语的概念是在2013年通过BIP（比特币改进提案）提出的，称为BIP-39。该提案提供了一种标准化的方法来生成随机熵，并将其转化为一系列易于记忆的单词。
种子短语是如何生成的？
首先，我们需要确保种子短语是随机生成的，因为我们不希望其他人意外访问我们的钱包和资金。
为了实现这一点，使用CSPRNG（密码学安全伪随机数生成器）生成一个随机数，你可以在浏览器中完成这个过程：
这个随机数被称为熵。熵用于生成构成种子短语的单词集。在我们的例子中，128位熵对应12个单词，但也可以使用其他长度，例如：
- 15 个字：160 位
- 18 个字：192 位
- 21 个字：224 位
- 24 个字：256 位
那么，我们如何利用这些位来生成种子短语呢？位和单词之间的关系是什么？首先，会为熵创建一个校验和，并将其附加到128位熵上；这个校验和是熵的4位哈希，用于确保其完整性。因此，我们现在拥有128位的熵加上4位的校验和，总共132位。接下来，这132位会被转换为二进制，具体来说，它们会被分成11位的块。
现在我们拥有一组12个二进制数字，每个数字都是11位长。提示：我们有12个数字，而我们的种子短语将包含12个单词！
回想一下，我们的单词列表中有2048个单词，这个数字的选择是因为2048等于2的11次方，意味着可以用11位生成2048种不同的二进制数。
接下来，我们只需将这些二进制数字转换为单词列表中的单词。这是通过将二进制数用作索引来查找单词来完成的。换句话说，如果二进制数是10，我们就会使用列表中的第9个单词（因为索引从0开始），例如：
- 000000111（在二进制中是7）对应列表中的第8个单词，即“abstract”! 😉
- 11111111111（在二进制中是2047）则是列表中的最后一个单词（第2048个），即“zoo”。
这个过程会重复12次，每次对应一个11位的数字，从而形成一个包含12个单词的种子短语。
通过生成随机的熵值，将其分割成二进制块，并使用这些二进制值作为索引来查找单词列表中的单词，我们最终得到了一个随机的种子短语。
有人能猜到我的种子短语吗？
你可能会问：“如果只有2048个可能的单词，难道不会有人猜到我的种子短语吗？”技术上是可能的，但这真的……非常不可能。你问有多不可能？
想象一下，如果我们忽略随机生成128位的步骤，而只是手动选择12个单词。每次选择一个单词时，我们都是在2048个单词中进行选择。
所以，其他人要想猜到这12个单词的顺序，他们需要在2048个选项中每次都正确猜到，这样的概率是1/2048，连续12次。这时你可能会想：“这听起来并不难……”，对吗？*但让我们来分析一下：
- 第一个词: 2048 个选择
- 第二个词: 2048 个选择
- 以此类推，最多12个: 2048 个选择
这就是2048 x 2048 x 2048 …… 12次，或者2048的12次方。这是一个极其庞大的数字，大约是5 septillion，或者5 quadrillion billions。这个数字对我们来说难以想象，但我们可以尝试一下…… \
假设你现在开始猜测，使用一台每秒可以猜测1万亿个种子短语的超级计算机。这台机器将需要159万亿年才能猜出一个种子短语。或者（根据你的观点），大约是宇宙当前年龄的11,000倍。
24个单词的种子短语是否比12个更安全？
一些钱包选择128位（12个单词），但现代钱包通常要求用户记住24个单词的种子短语！这同样是一个极其庞大的数字。
如何从种子短语生成私钥
现在我们有了一个12个单词的种子短语，那么它是如何用于创建账户的私钥的呢？为此，我们需要将种子短语转换为一个可以用于生成钱包的二进制种子。这个过程包括以下几个步骤：
- 用户可以选择提供一个额外的密码。
- 一个名为PBKDF2（基于密码的密钥派生函数）的算法会接受以下输入：种子短语，以及字符串“mnemonic”和可选密码的组合。
这个过程（称为密钥派生函数）会使用另一个算法HMAC-SHA512作为伪随机函数，输出一个64字节的哈希值，称为二进制种子。
生成的64字节哈希值可以用来创建账户，其逻辑源自其他比特币标准，特别是BIP-32和可选的BIP-32扩展BIP-44。
什么是 BIP-32？
BIP-32引入了分层确定性（HD）钱包的概念，允许从一个种子派生出多个钱包，并且这些钱包还可以进一步派生出更多钱包，从而形成一个“树状”结构。
什么是 BIP-44？
BIP-44提供了一种标准化的方法，通过实现特定的派生路径，从一个二进制种子创建钱包结构的层次，结构格式为：m / purpose’ / coin_type’ / account’ / change / address_index：
- purpose：标识所使用的BIP标准；对于BIP-44，它的值是44’。
- coin_type：指定加密货币类型；例如，0’代表比特币，60’代表以太坊。
- account：用于区分不同的用户账户。
- change：指示地址类型：0表示接收地址，1表示找零地址。
- address_index：为同一账户和找零类型下的每个地址提供唯一的索引。
并非所有的钱包都使用BIP-44，但它是标准化如何从二进制种子派生账户的常见方法。
如何从二进制种子生成私钥？
正如之前提到的，私钥由64个十六进制字符构成，即32字节。而我们刚刚通过PBKDF2过程生成了一个64字节的二进制种子。那么，如何利用这个64字节的哈希值来创建私钥呢？
首先，将哈希值分成两部分，每部分32字节
- 第一部分是主私钥。这是二进制种子的直接1对1映射（它是通过你的种子短语生成的），并与钱包相关联。主私钥可以用于生成子私钥。
- 第二部分是链代码。链代码的作用是确保：如果某个子密钥被泄露，主密钥仍然保持安全。子密钥可以被一致地生成，并且每个子密钥都是唯一的。
现在我们了解了私钥的结构、它们的随机生成方式，以及如何从一个种子短语派生出多个密钥。接下来，让我们看看如何从私钥派生出公钥。
公私钥的工作原理
通过椭圆曲线密码学（ECC），我们可以根据给定的私钥计算出公钥。虽然存在多种椭圆曲线，但比特币和以太坊使用的都是称为secp256k1的曲线。
该曲线的规范定义了一个基点G，作为我们生成其他曲面点的起点。从这个起始点开始，我们以特定的方式“在曲线上移动”若干次（具体次数由私钥决定）。当我们停止这一过程时，最终到达的曲面点就是我们的公钥。
我们在曲线上“移动”的方式称为标量乘法。在椭圆曲线中，标量是指用来缩放曲线某一点的数字。我们将基点G与标量数字结合，通过“拉伸”该点来获得曲线上的新点。
我们应用于基点的标量数字就是我们的私钥；简单来说，我们从基点G开始，通过标量乘法将其与私钥相乘，从而得出公钥。
实际上，由于该曲线是在素数域ℤp上定义的，因此它的表现形式更像是一堆分散的点……但依然保持椭圆曲线的特性。
在这个标量乘法过程结束时（在曲线上“跳跃”<私钥>次），我们将到达曲线上的一个新点，这个点就是我们的公钥。你可以想象这个过程大致是这样的：
公钥在区块链上的作用？
公钥顾名思义，可以公开分享给任何人。它们的主要用途包括：
- 查看在区块链上提交交易的用户
- 接收来自其他钱包的资金，例如以太币（ETH）
- 验证某个私钥是否签署了特定消息
总结
钱包是使用椭圆曲线密码学的区块链中不可或缺的组成部分，使用户能够从其账户提交交易并签署消息。
不过，一些区块链（如Abstract）也支持一种称为智能合约账户的新型钱包，这种钱包提供了更多功能，并增强了安全性、恢复机制等。
声明：
本文转载自[https://abs.xyz/blog]，原文标题《What is a Wallet?（钱包是什么？）》，著作权归属原作者 [ Jarrod Watts ]，如对转载有异议，请联系Gate Learn团队，团队会根据相关流程尽速处理。
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- 公钥：就是你的钱包地址。可以与任何人分享，其他人（或智能合约）可以通过这个地址向你发送加密货币。
- 私钥：是你用来签署消息或交易的“签名密钥”。任何人只要拥有私钥，就能完全控制钱包里的资金。
这对密钥有一个重要的特性，叫做陷门函数；这意味着：
- 如果你有私钥，那么推导出公钥非常简单（A→B）。
钱包的用途是什么？
钱包用于通过其私钥签署消息或交易，并将其发送到区块链上。
它们能够让我们知道钱包同意了哪些消息或交易，因为交易发送者的公钥可以从交易签名中提取。这对于防止虚假或恶意交易被区块链接受非常重要。
举个例子，Jarrod可以提交一个交易，声称Abril给他发送了5个以太坊，即使Abril从未同意这笔交易。然而，由于区块链会验证每个交易的签名，它会迅速拒绝这个交易，因为从签名中提取的地址与交易的“发送者”（即Abril）不符。
像以太坊这样的区块链使用ECDSA（椭圆曲线数字签名算法）来验证从交易签名中提取的公钥是否与发送交易的人公钥一致。
钱包是如何创建的？
创建钱包的第一步是生成一对公钥和私钥。不过，这对密钥必须遵循一些规则，才能在区块链上正常运作。
- 私钥由64个十六进制字符（范围从0到F）构成。
- 公钥则是通过椭圆曲线密码学（ECC）从私钥生成的。
- 随后，公钥会被分割、哈希处理并格式化，最终形成一个42个字符的地址。
这个三步流程是区块链上账户生成的核心。
接下来，我们将详细介绍如何利用椭圆曲线和私钥推导出公钥。但在此之前，我们会回答你可能对钱包的其他问题，比如：
- 我怎么确保我的私钥是随机生成的？
- 如果我和别人获得了相同的私钥怎么办？
- 种子短语在这个过程中有什么作用？
- 如何从一个种子短语生成多个密钥对？
什么是种子短语？
虽然可以生成一个随机的64个十六进制值，但通常私钥是根据源自比特币的特定标准来生成的。这些标准允许用户记住一个种子短语，这是一组由12到24个单词组成的短语，可以用来创建任意数量的新账户。
这样，用户只需记住一组单词，就能访问所有账户，每个账户都有自己独立的公钥和私钥对。通过特定的密钥派生函数（KDF），可以从单个种子短语生成任意数量的新私钥。
接下来，我们将介绍种子短语是如何通过随机熵生成的，以及如何从种子短语派生私钥，最后再讨论如何从私钥派生公钥。
种子短语的工作原理
当你首次安装钱包应用时，通常会要求你写下并安全存储一个种子短语，通常是12或24个单词的组合。你可以在这里看到一个可能的英语单词列表，长度为2048个单词（我们稍后会再提到这个数字）。
什么是 BIP-39？
存储助记种子短语的概念是在2013年通过BIP（比特币改进提案）提出的，称为BIP-39。该提案提供了一种标准化的方法来生成随机熵，并将其转化为一系列易于记忆的单词。
种子短语是如何生成的？
首先，我们需要确保种子短语是随机生成的，因为我们不希望其他人意外访问我们的钱包和资金。
为了实现这一点，使用CSPRNG（密码学安全伪随机数生成器）生成一个随机数，你可以在浏览器中完成这个过程：
这个随机数被称为熵。熵用于生成构成种子短语的单词集。在我们的例子中，128位熵对应12个单词，但也可以使用其他长度，例如：
- 15 个字：160 位
- 18 个字：192 位
- 21 个字：224 位
- 24 个字：256 位
那么，我们如何利用这些位来生成种子短语呢？位和单词之间的关系是什么？首先，会为熵创建一个校验和，并将其附加到128位熵上；这个校验和是熵的4位哈希，用于确保其完整性。因此，我们现在拥有128位的熵加上4位的校验和，总共132位。接下来，这132位会被转换为二进制，具体来说，它们会被分成11位的块。
现在我们拥有一组12个二进制数字，每个数字都是11位长。提示：我们有12个数字，而我们的种子短语将包含12个单词！
回想一下，我们的单词列表中有2048个单词，这个数字的选择是因为2048等于2的11次方，意味着可以用11位生成2048种不同的二进制数。
接下来，我们只需将这些二进制数字转换为单词列表中的单词。这是通过将二进制数用作索引来查找单词来完成的。换句话说，如果二进制数是10，我们就会使用列表中的第9个单词（因为索引从0开始），例如：
- 000000111（在二进制中是7）对应列表中的第8个单词，即“abstract”! 😉
- 11111111111（在二进制中是2047）则是列表中的最后一个单词（第2048个），即“zoo”。
这个过程会重复12次，每次对应一个11位的数字，从而形成一个包含12个单词的种子短语。
通过生成随机的熵值，将其分割成二进制块，并使用这些二进制值作为索引来查找单词列表中的单词，我们最终得到了一个随机的种子短语。
有人能猜到我的种子短语吗？
你可能会问：“如果只有2048个可能的单词，难道不会有人猜到我的种子短语吗？”技术上是可能的，但这真的……非常不可能。你问有多不可能？
想象一下，如果我们忽略随机生成128位的步骤，而只是手动选择12个单词。每次选择一个单词时，我们都是在2048个单词中进行选择。
所以，其他人要想猜到这12个单词的顺序，他们需要在2048个选项中每次都正确猜到，这样的概率是1/2048，连续12次。这时你可能会想：“这听起来并不难……”，对吗？*但让我们来分析一下：
- 第一个词: 2048 个选择
- 第二个词: 2048 个选择
- 以此类推，最多12个: 2048 个选择
这就是2048 x 2048 x 2048 …… 12次，或者2048的12次方。这是一个极其庞大的数字，大约是5 septillion，或者5 quadrillion billions。这个数字对我们来说难以想象，但我们可以尝试一下…… \
假设你现在开始猜测，使用一台每秒可以猜测1万亿个种子短语的超级计算机。这台机器将需要159万亿年才能猜出一个种子短语。或者（根据你的观点），大约是宇宙当前年龄的11,000倍。
24个单词的种子短语是否比12个更安全？
一些钱包选择128位（12个单词），但现代钱包通常要求用户记住24个单词的种子短语！这同样是一个极其庞大的数字。
如何从种子短语生成私钥
现在我们有了一个12个单词的种子短语，那么它是如何用于创建账户的私钥的呢？为此，我们需要将种子短语转换为一个可以用于生成钱包的二进制种子。这个过程包括以下几个步骤：
- 用户可以选择提供一个额外的密码。
- 一个名为PBKDF2（基于密码的密钥派生函数）的算法会接受以下输入：种子短语，以及字符串“mnemonic”和可选密码的组合。
这个过程（称为密钥派生函数）会使用另一个算法HMAC-SHA512作为伪随机函数，输出一个64字节的哈希值，称为二进制种子。
生成的64字节哈希值可以用来创建账户，其逻辑源自其他比特币标准，特别是BIP-32和可选的BIP-32扩展BIP-44。
什么是 BIP-32？
BIP-32引入了分层确定性（HD）钱包的概念，允许从一个种子派生出多个钱包，并且这些钱包还可以进一步派生出更多钱包，从而形成一个“树状”结构。
什么是 BIP-44？
BIP-44提供了一种标准化的方法，通过实现特定的派生路径，从一个二进制种子创建钱包结构的层次，结构格式为：m / purpose’ / coin_type’ / account’ / change / address_index：
- purpose：标识所使用的BIP标准；对于BIP-44，它的值是44’。
- coin_type：指定加密货币类型；例如，0’代表比特币，60’代表以太坊。
- account：用于区分不同的用户账户。
- change：指示地址类型：0表示接收地址，1表示找零地址。
- address_index：为同一账户和找零类型下的每个地址提供唯一的索引。
并非所有的钱包都使用BIP-44，但它是标准化如何从二进制种子派生账户的常见方法。
如何从二进制种子生成私钥？
正如之前提到的，私钥由64个十六进制字符构成，即32字节。而我们刚刚通过PBKDF2过程生成了一个64字节的二进制种子。那么，如何利用这个64字节的哈希值来创建私钥呢？
首先，将哈希值分成两部分，每部分32字节
- 第一部分是主私钥。这是二进制种子的直接1对1映射（它是通过你的种子短语生成的），并与钱包相关联。主私钥可以用于生成子私钥。
- 第二部分是链代码。链代码的作用是确保：如果某个子密钥被泄露，主密钥仍然保持安全。子密钥可以被一致地生成，并且每个子密钥都是唯一的。
现在我们了解了私钥的结构、它们的随机生成方式，以及如何从一个种子短语派生出多个密钥。接下来，让我们看看如何从私钥派生出公钥。
公私钥的工作原理
通过椭圆曲线密码学（ECC），我们可以根据给定的私钥计算出公钥。虽然存在多种椭圆曲线，但比特币和以太坊使用的都是称为secp256k1的曲线。
该曲线的规范定义了一个基点G，作为我们生成其他曲面点的起点。从这个起始点开始，我们以特定的方式“在曲线上移动”若干次（具体次数由私钥决定）。当我们停止这一过程时，最终到达的曲面点就是我们的公钥。
我们在曲线上“移动”的方式称为标量乘法。在椭圆曲线中，标量是指用来缩放曲线某一点的数字。我们将基点G与标量数字结合，通过“拉伸”该点来获得曲线上的新点。
我们应用于基点的标量数字就是我们的私钥；简单来说，我们从基点G开始，通过标量乘法将其与私钥相乘，从而得出公钥。
实际上，由于该曲线是在素数域ℤp上定义的，因此它的表现形式更像是一堆分散的点……但依然保持椭圆曲线的特性。
在这个标量乘法过程结束时（在曲线上“跳跃”<私钥>次），我们将到达曲线上的一个新点，这个点就是我们的公钥。你可以想象这个过程大致是这样的：
公钥在区块链上的作用？
公钥顾名思义，可以公开分享给任何人。它们的主要用途包括：
- 查看在区块链上提交交易的用户
- 接收来自其他钱包的资金，例如以太币（ETH）
- 验证某个私钥是否签署了特定消息
总结
钱包是使用椭圆曲线密码学的区块链中不可或缺的组成部分，使用户能够从其账户提交交易并签署消息。
不过，一些区块链（如Abstract）也支持一种称为智能合约账户的新型钱包，这种钱包提供了更多功能，并增强了安全性、恢复机制等。
声明：
本文转载自[https://abs.xyz/blog]，原文标题《What is a Wallet?（钱包是什么？）》，著作权归属原作者 [ Jarrod Watts ]，如对转载有异议，请联系Gate Learn团队，团队会根据相关流程尽速处理。
免责声明：本文所表达的观点和意见仅代表作者个人观点，不构成任何投资建议。
文章其他语言版本由Gate Learn团队翻译，除非另有说明，否则禁止复制、传播或抄袭经翻译文章。
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