如何通过私钥创建以太坊钱包地址?

在本系列文章的第一篇中,我们得到了如下的比特币私钥:

60cf347dbc59d31c1358c8e5cf5e45b822ab85b79cb32a9f3d98184779a9efc2

编者注:这里没有写出私钥的生成过程。简单来说,私钥就是一串随机的十六进制字符串,为了安全(私钥不暴露、不被他人重现出来),这串随机数的生成环境应尽可能满足随机性、不可预测性、不可重现性。

所以,不要自己写一串数字来当私钥,因为你自以为的“随机”往往并不怎么随机,很不安全。

(理论上来说你确实可以自己连抛 256 次硬币产生符合长度要求(64 位)的随机数,但还是很不推荐。)

在本文中,我们会演示使用这个私钥来获得公开地址,以及与该私钥对应的以太坊钱包地址。

通过私钥来获得比特币钱包地址的具体流程有些复杂,因此我们会描述简化后的版本。我们需要使用一个哈希函数去获得公钥,还需要使用另一个函数去获得地址。

现在,让我们开始吧。

公钥

这部分内容和之前讨论比特币的文章中所说的相同,所以如果你已经读完了,那么就可以跳过(除非你想要复习一下)。

首先,我们需要在私钥上使用 ECDSA,即椭圆曲线数字签名算法。椭圆曲线是通过 y² = x³ + ax + b 公式得出的,其中 a 和 b 可以自定义。椭圆曲线家族有很多知名并且广泛应用的案例。比特币使用了 secp256k1 曲线,关于椭圆曲线密码学,如果你想了解更多,可以参考此文章。

以太坊使用了同样的椭圆曲线,secp256k1,因此对于比特币和以太坊来说,获得公钥的流程是相同的。

对私钥作了 ECDSA 运算之后,我们得到了 64 字节的整数,这是由两个 32 字节的整数串联组成,代表了椭圆曲线上某个点的 X 值和 Y 值。

在 Python 程序中,代码显示如下:

private_key_bytes = codecs.decode(private_key, ‘hex’)
# Get ECDSA public key
key = ecdsa.SigningKey.from_string(private_key_bytes, curve=ecdsa.SECP256k1).verifying_key
key_bytes = key.to_string()
key_hex = codecs.encode(key_bytes, ‘hex’)

注意:从上面的代码可以看出,我使用了 ecdsa 模块并通过编码器解码了私钥。这样写更多是因为 Python 的关系,而与算法本身无关,为免误解,让我来好好解释一下。

Python 语言中,至少有两种数据类型可以保存私钥和公钥:“str”和“bytes”。前者对应的是 string(字符串),后者则是 byte array(数值)。Python 语言中的密码学运算只能对“bytes”类操作,将 byte 型数据作为输入,并且将输出作为结果。

但是,这里面有个小问题:作为字符串的“4f3c”和作为 byte array 的 4f3c 是不等同的,string 等于 byte array 和两个元素 O< 的结合。codecs.decode 方法就是将字符串转换为 byte array。本文中使用的密码学操作都要进行这一步骤。

钱包地址

一旦获得公钥,我们就可以计算出钱包地址,和比特币不同,以太坊在主网和所有测试网都有相同的地址。当用户发起转账和签名的时候,他们需要选择相应的网络。

为了通过公钥得出地址,我们需要做的就是在公钥上应用 Keccak-256 加密算法,然后拿出结果的后 20 个字节,这样就可以了。整个过程不需要其他的哈希函数,无需 Base58 编码,也不用其他任何转换,你唯一需要做的事情就是在地址的开头添加“0x”。

Python代码如下:

public_key_bytes = codecs.decode(public_key, ‘hex’)
keccak_hash = keccak.new(digest_bits=256)
keccak_hash.update(public_key_bytes)
keccak_digest = keccak_hash.hexdigest()
# Take the last 20 bytes
wallet_len = 40
wallet = ‘0x’ + keccak_digest[-wallet_len:]

校验和(checksum)

我们都知道,比特币是对公钥使用哈希算法,然后取结果的前 4 个数字,以此创建校验和。这对于所有比特币地址来说都是适用的,因此在没有添加 checksum 字节之前,用户无法获得有效地址。

编者注:校验和(checksum)是一种较为简单的验证数据完整性的方法,具体方法有很多种,比如说对一段数据逐次取 4 个比特,把取出的数全部加起来,最后得到一个 4 个比特的值作为校验和。如果两段数据不一样,产生的校验和有极大概率是不一样的。跟哈希函数的原理有相似之处,但够不上密码学哈希函数那样的强度。)

例:

MD5(cvsoiu687y0adbfiq7et5tgho0) = a277a316d38c21786eac518b83af898f

MD5(wysoiu687y0adbfiq7et5tgho0) = becd314fb8d277cfe20aaadc2b52c177

在以太坊中,产生地址的流程与此并不相同。最初的时候,以太坊中没有校验和这样的机制来验证秘钥的完整性。但是在 2016 年,Vitalik Buterin 引进了 checksum 机制,现在已经被钱包提供商和交易所使用。

在以太坊钱包地址上添加 checksum 使得我们可以通过大小写来校验地址的有效性。

首先,你需要获得地址的 Keccak-256 哈希值。注意,将地址放入哈希函数的时候不可以添加 0x 部分。

其次,你需要迭代初始地址的字符,如果哈希值中的第 i 个字节(byte)大于或者等于 8,那么你要将地址中的第 i 个字符变为大写,否则就还是保持小写。

最后,你需要把 0x 添加到结果的开头。如果忽略大小写,那么校验和地址与初始地址是相同的。但是,这种使用大写字母的做法让人们可以随时随地检查地址是否有效。你可以通过这个网页找到有效验证 checksum 的算法。

通过 checksum 验证方法,我们可以得到下面的结论:

“平均来看每个地址有 15 个校验位,并且随机得出的错误地址能够偶然通过检验的概率为 0.0247%。”

下面是将 checksum 添加到以太坊地址的代码:

checksum = ‘0x’
# Remove ‘0x’ from the address
address = address[2:]
address_byte_array = address.encode(‘utf-8’)
keccak_hash = keccak.new(digest_bits=256)
keccak_hash.update(address_byte_array)
keccak_digest = keccak_hash.hexdigest()
for i in range(len(address)):
address_char = address[i]
keccak_char = keccak_digest[i]
if int(keccak_char, 16) >= 8:
checksum += address_char.upper()
else:
checksum += str(address_char)

结论

如文中所述,和比特币相比,创建以太坊地址要容易地多。我们需要做的事情就是用私钥在 ECDSA 上找出公钥,然后使用 Keccak-256 算法,并以最终哈希值的后 20 个字节作为地址。

如何通过私钥创建以太坊钱包地址?

如果你想使用这些代码,我已经把它们发布到这个 GitHub repository 上了.

编者注:如上图所示,以太坊的公钥和地址都由私钥生成,并且其生成所需的数学运算都是完全公开的。


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发布于 2023-01-02 10:49:41
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