密钥与地址

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目标：搞清楚私钥、keystore、种子与助记词，以及BIPbip32、bip39和bip4。

密码、私钥、keystore与助记词

密码

密码不是私钥，密码可以进行修改或重置。它主要用途有两个，一是转账时候的支付密码，二是用 keystore 导入钱包时需要输入的密码，用于解锁keystore。

私钥

以太坊私钥是256bit，相当于32字节，用16进制表示为64个字符，掌握私钥就掌握账号所有权。在钱包应用程序中，解锁账号后可以导出私钥。

keystore

由于私钥不便于记忆，容易被盗，所以就出现了keystore。 keystore是私钥的加密版本，它是一个JSON文件，包含了加密后的私钥和一些其他信息，如算法类型、加密参数等。

助记词

由于私钥多了不便于记忆，所以出现了助记词，它把私钥用一组单词表示出来，方便记忆。助记词可以获取相关联的多个私钥，但是通过私钥不可以推到出助记词。助记词和私钥的关系，主要通过bip32、bip39和bip44三个协议来实现。

公钥、私钥和地址的关系

私钥

一个长度为256位（32字节）的随机数，可以认为是以太坊网络中的用户唯一ID，用途：

签署交易。
验证交易。
生成公钥。
控制地址中的资金。

如何生成？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。

const crypto = require('crypto');
const privateKey = crypto.randomBytes(32);

公钥

通过私钥生成，它是一个长度为64字节的字符串。公钥可以用来验证签名，以及代表用户的身份。公钥可以通过私钥推导出来，但是不能通过公钥推导出私钥, 过程是单向的。以太坊使用与比特币完全相同的椭圆曲线，称为 secp256k1。

如何生成？

import * as secp from '@noble/secp256k1';
const publicKey = secp.getPublicKey(privateKey);

地址

以太坊地址是唯一标识符 unique identifiers，它们是使用单向哈希函数（Keccak-256）从公钥或合约派生的。

使用Keccak-256哈希算法从公钥生成地址。
地址可用于验证签名的有效性。

如何生成？

const createKeccakHash = require('keccak');
const address = createKeccakHash('keccak256').update(publicKey).digest().slice(-20);

钱包

存储和管理用户私钥的软件，有浏览器扩展插件钱包和移动应用程序。

钱包分类

主要根据私钥的生成方式来区分：

非确定性钱包：有随机数生成私钥，私钥和地址一一对应，且多个私钥彼此不相关。传统的以太坊钱包，就是非确定性钱包，它以文件的形式存储私钥，每一个地址都生成一个新的钱包文件，备份和恢复都比较麻烦。
确定性钱包：通过种子生成私钥，私钥和地址一一对应，私钥可恢复。确定性钱包具有由单个主私钥（称为种子，也可以称为助记词）生成的私钥。在确定性钱包中，私钥是相互关联的，并且始终可以使用相同的种子进行复制。种子表示为您可以写下的英语单词列表（通常为 12 个单词），以便在需要时恢复您的密钥。确定性钱包的最先进形式是分层确定性（HD）钱包，基于比特币的 BIP-32 标准。键被称为「分层」，因为它们代表树结构。父密钥可以派生一组子密钥，然后子私钥可以派生另一系列孙密钥。

非确定性钱包

以太坊最初的钱包，通过随机数生成私钥，私钥和地址一一对应，且多个私钥彼此不相关。且私钥存在不方便记忆，不方便在网络上传输等问题，所以以太坊钱包初期都是通过keyStore存储和读取私钥，每一个地址都生成一个新的钱包文件，只需要记住密码即可。

keyStore存储和读取原理
一个JSON文件，包含许多神奇的参数，与复杂的加密操作隐约相关。

{  
    "crypto" : {  
        "cipher" : "aes-128-ctr",  // 对称 AES 算法的名称
        "cipherparams" : {  
            "iv" : "83dbcc02d8ccb40e466191a123791e0e"  
        },  
        "ciphertext" : "d172bf743a674da9cdad04534d56926ef8358534d458fffccd4e6ad2fbde479c", // cipher加密后的以太坊私钥
        "kdf" : "scrypt",  // 一个密钥派生函数，用于让您使用密码加密密钥库文件;
        "kdfparams" : {  
            "dklen" : 32,  
            "n" : 262144,  
            "r" : 1,  
            "p" : 8,  
            "salt" : "ab0c7876052600dd703518d6fc3fe8984592145b591fc8fb5c6d43190334ba19"  
        },  
        "mac" : "2103ac29920d71da29f15d75b4a16dbe95cfd7ff8faea1056c33131d846e3097"  // 用于验证密码的代码;
    },  
    "id" : "3198bc9c-6672-5ab3-d995-4942343ae5b6",  
    "version" : 3  
}

通过cipher对称加密函数加密私钥，获得加密后的私钥密文ciphertext，cipher(cipherparams)=ciphertext。
通过kdf密钥派生函数，用于从密码短语中计算（或“派生”）解密密钥，这里就需要输入密码，kdf(kdfparams+passphrase)=decryption-key。
通过以上两步后，验证mac， SHA3–256(decryption-key+ciphertext) === mac。
如果验证通过，则就可以解密密文（私钥）了，cipher(decryption-key) = decrypted ethereum private key。

参考：julien-maffre.medium.com/what-is-an-…

HD(Hierarchical Deterministic Wallet)钱包

分层确定性钱包

公私钥推导：BIP32

用于生成HD钱包的标准协议，根据一个随机数种子通过分层确定性推导的方式得到 N 个私钥。

种子：通常是一个随机数，它是HD钱包的根。从种子可以生成一个主私钥，然后通过一系列的推导操作生成子密钥对。
推导路径：推导路径是一系列的推导操作，用于从根密钥生成子密钥对。推导路径是一个字符串，它描述了如何从根密钥到达特定的子密钥。
Extended Key：扩展密钥是一种包含了额外信息的密钥，它可以用于生成子密钥对。有两种类型的扩展密钥：扩展私钥（xprv）和扩展公钥（xpub）。
硬化推导：硬化推导是一种推导方式，它使用了父密钥的私钥来生成子密钥对，而不是使用公钥。这样可以保证即使一个子密钥被泄露，也无法推导出其它子密钥。
用途：BIP32标准使得在一个系统中管理大量地址变得更加便捷和安全，尤其在钱包应用中非常有用。

路径规范：BIP44

为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个预定义树状层级的结构： m / purpose' / coin' / account' / change / address_index

m是固定的
purpose是固定的，值为44（或者 0x8000002C）
coin 代表Coin type，代表币种，比如比特币为0，以太坊为60，完整列表.
account 代表账户索引，从0开始
change 常量0用于外部(收款地址)，常量1用于内部（也称为找零地址）。外部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，用于返回交易变更。 (所以一般使用0)
address_index 代表地址索引，从0开始, 代表生成第几个地址，官方建议: 每个account下的address_index不要超过20.

助记词规范：BIP39

助记词是由 BIP-39 定义的过程生成的，该过程涉及从一些信息源开始，转换数据，然后将其映射到单词列表。

生成助记词

随机数生成128位数字
取hash sha256，取前四位，添加到后面得到132位
每11位切割一次，得到12个数字，每个数字对应一个单词

助记词 => 种子

这个过程使用密钥拉伸函数（pbkdf2），它将助记词和一个可选的密码（称为“salt”）作为输入，重复运算并生成一个512位的密钥种子。

salt：常量字符串 "mnemonic" 及一个可选的密码组成，注意使用不同密码，则拉伸函数在使用同一个助记词的情况下会产生一个不同的种子。
PBKDF2（Password-Based Key Derivation Function 2）是一种密码学函数，通常用于将用户提供的密码转换成密钥，以便在加密通信或存储中使用。它的设计目的是增强密码的安全性，即使用户选择了相对较弱的密码，也能生成一个强大的密钥。工作流程：PBKDF2使用一个伪随机函数（通常是一个哈希函数，如SHA-256）来将密码和盐作为输入，并生成一个密钥。具体流程如下：
- 将密码和盐连接在一起，形成一个输入字符串。
- 使用伪随机函数对输入字符串进行一次哈希。
- 将上一步的哈希结果再次与盐连接，形成新的输入字符串，然后再次进行哈希。
- 重复上述步骤，直到达到指定的迭代次数。
- 最终的输出就是生成的密钥种子512位。

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