【Bitcoin系列】HD钱包

2019-01-04 本文已影响27人周宇盛

通过“Tiny熊”的文章弄明白了BIP32, BIP39提议，我再用自己的语言讲一下HD钱包，并添加一些其他内容。

HD钱包的英文是Hierarchical deterministic wallets^[1]，它保存的密钥呈树形结构，只要保存seed就能生成所有地址的密钥，给钱包的管理带来了很大方便。

避免重用地址

使用dumpwallet命令将bitcoin core的钱包导出明文后，可以看到有2000多个密钥和地址。
为什么我们需要这么多的地址呢？
避免地址重用。

地址重用是指在多次交易使用相同的地址，因为区块链的账本是公开的，重用地址会暴露自己的信息^[2]，跟你发生过交易的人只要记住你的地址，就能查到你的交易记录和账户余额。

和银行不同的是，创建比特币地址是不花钱的，电脑分分钟就能创造成千上万个地址，甚至不需要连接到网络。不过由于比特币分散在多个地址，转账时可能需要输入多个地址来凑够数。从而交易在区块中会占用更多空间，交易费会更高，现在的交易费是 7 sat/B ($0.05) 。

每次交易都使用新地址，那就需要很多地址，这会给管理带来一些麻烦。比如：

“冷钱包”的备份：
“冷钱包”是一种很安全的保管方式，但是一堆私钥，抄写很麻烦，而且可能会抄错。即使用打印机打印出来了，导入到电脑也很困难。
钱包的导入：
bitcoin的钱包有很多种^[3]，比如我现在用的是bitcoin core，但我想换一种钱包试试，比如Electrum或者Armory或者Bitcoin Knots。我该怎么把现在钱包中的密钥列表导入到新的软件呢？
bitcoin core的密钥都保存在wallet.dat文件，但是其他钱包并不一定能解析这个文件。而手动输复制粘贴不仅麻烦，也容易出错。

为了解决密钥管理的问题，有了BIP32提议，即Hierarchical Deterministic Wallets（HD钱包）。

这个方案提出使用种子生成树形结构的密钥，备份钱包时只需要记录种子，导入钱包时也只需要输入种子。

生成树形结构的密钥的过程是：

有了这些私钥后，可以通过椭圆曲线生成公钥，再用公钥生成地址。

需要备份的话，只需要将种子抄在纸上就可以了。
导入钱包时，也只需要将种子输入钱包，钱包可以通过上面的过程得到所有的密钥。

种子是一段几百位的二进制数，如果用Base58编码的话其实也挺短的。不过为了进一步适应人的习惯，提高可读性，社区又提出了BIP39提议，将种子转换成一串单词，称为助记词(Mnemonic code)^[4]。

比如可以将下面32位的16进制数，编码成12个单词。

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

这些单词是有范围的，并不是所有的单词都会出现在编码结果中。BIP39挑选了2048个区分度够大的单词/字，中文版、英文版的都有。

每个单词/字都对应一个0~2047的数字，可以转换成11位的二进制数，12个单词则可以转换成12*11=132个二进制数。
反过来，132位二进制数也可以转换成12个单词（单词范围是2048个）。

32位的16进制数，可以转换成32*4=128个二进制数。
132比128多出了4个，为什么呢？这是对前面128数的hash的前4个数，用于提高可靠性。

打开bitcoin-qt，可以看到右下角显示HD，表示启用了HD钱包。

使用bitcoin-qt转账时，只需要输转入地址，不需要填转出地址。bitcoin-qt会自动帮你从地址列表中挑选出有足够余额的地址转账，或者将几个地址凑够数转账。挑选地址时，会考虑尽量减少在区块中占用的空间，减少交易费。

bitcoin-qt会显示当前的余额，这个余额指的是钱包中所有地址总共的余额。