HD 钱包及其创建过程的精华总结

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所属分类:技术

引子

创建钱包及其重要的几个都写完了,但总感觉还缺少一些什么,到底缺少什么呢?在重新读过几边之后,才发现通过前面几篇文章还是不能把一切连贯起来,所以又补写了本篇,作为创建钱包的补充说明。

正文

首先说明,下文中说的 hash160 字符串 指的是私钥或公钥的内容通过双重哈希算法(行 SHA256,再 RIPEMD160)生成的长度为 20 个字节的字符串。

钱包是 keystore 的扩展,管理着交易和余额,提供创建交易的能力。它有几个特别重要的属性,现在解释如下:

  • hdChain,HD 数据模型,它包含了一个 hash160 的种子,一个内部链的数量和一个外部链的数量。
  • setInternalKeyPool,内部密钥池的集合。
  • setExternalKeyPool,外部密钥池的集合。
  • set_pre_split_keypool,一个预分割的密钥池集合。
  • m_max_keypool_index,最大密钥池的索引。
  • m_pool_key_to_index
  • mapKeyMetadata,公钥元数据的映射集合。键为一个 hash160 字符串,值为一个公钥元数据。
  • m_script_metadata
  • mapMasterKeys,
  • mapWallet
  • mapAddressBook

钱包说完了,我们来看 keystore。keystore 顾名思议它代表了密钥的存储,自然而然提供了一些管理密钥的方法,比如:添加一个密钥(私钥和公钥)到 store中、检查给定地址对应的密钥是否在 store中、添加及检查一般脚本与只读脚本的功能等。根据是否加密,keystore 分为基础的和加密的两种。钱包继承自加密的 keystore,而加密的 keystore 又继承了基础的 keystore。

我们先来看下 基础 keystore ,它有以下几个重要的属性:

  • mapKeys,一个私钥映射集合。键为一个 hash160 字符串,值为一个私钥。
  • mapWatchKeys,一个只读的公钥映射集合。键为一个 hash160 字符串,值为一个公钥。
  • mapScripts,一个脚本映射集合。键为一个 hash160 字符串,值为一个用在交易输入和输出的序列化的脚本。
  • setWatchOnly,一个用在交易输入和输出的序列化的脚本集合。

加密 keystore 在基础 keystore 上增加了几个与加密相关的属性,它们分别为:

  • fUseCrypto,一个标志钱包是否为加密的变量。
  • vMasterKey,一个在加密情况下使用的私钥集合。当加密时 mapKeys 集合就会为空,而 vMasterKey 集合不空;当不加密时,情况正好反过来,即 mapKeys 集合不空,而 vMasterKey 集合为空。
  • mapCryptedKeys,一个映射集合。键为一个 hash160 字符串,值为一个公钥和加密后私钥组成的 pair 。

说完钱包与 keystore,下面我们就来看下密钥池。其实密钥池这个名字不准确,因为它仅包含了一个公钥,初次之外,还包含了两个布尔变量:fInternalm_pre_split,前者表示密钥池是内部还是外部的,后者功能暂时不清楚,英语备注为:For keys generated before keypool split upgrade。m_pre_split 属性默认为假。

当创建钱包时,会执行如下几个动作:

  1. 首先,生成一个私钥,根据私钥通过椭圆曲线算法生成对应的公钥;
  2. 其次,也会生成对应的密钥元数据,并且把公钥的内容用 hash160 (先 SHA256,再RIPEMD160)算法生成的 20个字节的字符串保存为密钥元数据的种子,然后把私钥元数据保存在 mapKeyMetadata 集合中;
  3. 然后,私钥被保存在 mapKeys,或 mapCryptedKeys 与 vMasterKey 集合中;当公钥是压缩的(通常是)时,通过公钥生成脚本,脚本进而被保存在 mapScripts 集合中;同时,私钥、公钥及密钥元数据都被保存在数据库中。
  4. 再然后,公钥被作为种子,生成 HD 链对象,保存在钱包中。
  5. 最后,当前面一切完成后,使用前面 3步生成的公钥做为种子,开始衍生用户指定数量的子私钥/公钥对,如果用户没有指定则默认衍生 3000 个子私钥/公钥对。
    • 衍生的私钥、公钥及元数据的处理与第 2、3 步相同;
    • 同时,用公钥生成的密钥池也被保存在数据库中;
    • 根据生成的私钥属于内部或外部,对应的索引保存在 setInternalKeyPool、或 setExternalKeyPool 集合中;不区分地,索引被保存在 m_pool_key_to_index 映射集合中,其中键为公钥对应的 hash160 字符串。

    其中,2000 个子私钥的路径从 m/0'/0'/0 到 m/0'/0'/1999,1000 个子私钥的路径从 m/0'/1'/0 到 m/0'/1'/999。其中的 m 代表私钥,m/0' 代表主私钥的第 1 个强化子私钥,m/0'/0'/0 代表主私钥的第 1 个强化子私钥的外部链的第 1 个强化孙私钥,同理,m/0'/0'/1999 代表主私钥的第 1 个强化子私钥的外部链的第 1999 个强化孙私钥;m/0'/1'/0 代表主私钥的第 1 个强化子私钥的内部链的第 1 个强化孙私钥,同理,m/0'/1'/999 代表主私钥的第 1 个强化子私钥的内部链的第 999 个强化孙私钥。

在上面过程中,1-3 步是 GenerateNewSeed 方法的主要内容,第 4 步是 SetHDSeed 的主要内容,第 5 步是 TopUpKeyPool 的主要内容。

最后,用两张图来概述 HD 钱包的创建。

HD 钱包及其创建过程的精华总结

创建钱包
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后记

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