墨客区块链(MOAC BlockChain) 助记词

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更新于 2019-12-28 13:22
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虽然助记词和 Keystore 都可以作为私钥的另一种表现形式, 但与 Keystore 不同的是, 助记词是未经加密的私钥, 没有任何安全性可言, 任何人得到了你的助记词, 可以不费吹灰之力的夺走你的资产。

## 1.什么是助记词

拥有数字货币资产的人都知道，私钥的备份是非常重要的，有私钥就拥有该私钥对应账户上的所有资产。一般来说私钥都有 256 位，以 64 个字母数字构成的 16 进制字符串表示。直接抄录这 64 个字母数字是很容易搞错的。

助记词是明文私钥的另一种表现形式, 最早是由BIP39提案提出, 其目的是为了帮助用户记忆复杂的私钥 (64位的哈希值)。助记词一般由12、15、18、21、24个单词构成, 这些单词都取自一个固定词库, 其生成顺序也是按照一定算法而来, 所以用户没必要担心随便输入 12 个单词就会生成一个地址。

## 2.BIP

要弄清楚助记词与私钥的关系，得清楚BIP协议，是Bitcoin Improvement Proposals的缩写，意思是Bitcoin 的改进建议，用于提出 Bitcoin 的新功能或改进措施。BIP协议衍生了很多的版本，主要有BIP32、BIP39、BIP44。

BIP32

BIP32是 HD钱包的核心提案，通过种子来生成主私钥，然后派生海量的子私钥和地址，种子是一串很长的随机数。

BIP39

由于种子是一串很长的随机数，不利于记录，所以我们用算法将种子转化为一串12 ~ 24个的单词，方便保存记录，这就是BIP39，它扩展了 HD钱包种子的生成算法。

BIP44

BIP44 是在 BIP32 和 BIP43 的基础上增加多币种，提出的层次结构非常全面，它允许处理多个币种，多个帐户，每个帐户有数百万个地址。

在BIP32路径中定义以下5个级别：m/purpse'/coin_type'/account'/change/address_index

purpose：在BIP43之后建议将常数设置为44'。表示根据BIP44规范使用该节点的子树。

Coin_type：币种，代表一个主节点（种子）可用于无限数量的独立加密币，如比特币，Litecoin或Namecoin。此级别为每个加密币创建一个单独的子树，避免重用已经在其它链上存在的地址。开发人员可以为他们的项目注册未使用的号码。

Account：账户，此级别为了设置独立的用户身份可以将所有币种放在一个的帐户中，从0开始按顺序递增。

Change：常量0用于外部链，常量1用于内部链，外部链用于钱包在外部用于接收和付款。内部链用于在钱包外部不可见的地址，如返回交易变更。

Address_index：地址索引，按顺序递增的方式从索引0开始编号。

BIP44的规则使得 HD钱包非常强大，用户只需要保存一个种子，就能控制所有币种，所有账户的钱包，因此由BIP39 生成的助记词非常重要，所以一定安全妥善保管，那么会不会被破解呢？如果一个 HD 钱包助记词是 12 个单词，一共有 2048 个单词可能性，那么随机的生成的助记词所有可能性大概是5e+39，因此几乎不可能被破解。

HD钱包

通过BIP协议生成账号的钱包叫做HD钱包。这个HD钱包，并不是Hardware Wallet硬件钱包，这里的 HD 是Hierarchical Deterministic的缩写，意思是分层确定性钱包 。

以太坊对BIP的支持

BIP是用于提出 Bitcoin 的新功能或改进措施，那么对于以太坊来说如何支持呢？

以太坊在EIPs/issues/85中讨论的结果，也采用了 BIP32 的做法，提议 HD 路径为 :m/44'/60'/0'/0/n，n 是第 n 次生成地址。

## 3.助记词到私钥的步骤

3.1 从熵到助记词
随机生成一个128到258位的数字，叫做熵; 熵通过SHA256哈希得一个值，取前面的几位（熵长/32），记为y; 熵和y组成一个新的序列，将新序列以11位为一部分，已经预先定义2048个单词的字典做对应; 生成的有顺序的单词组就是助记词。

3.2 从助记词生成种子
助记词表示长度为128至256位的熵。 通过使用密钥延伸函数PBKDF2，熵被用于导出较长的（512位）种子。
PBKDF2的基本原理是通过一个伪随机函数（例如HMAC函数），把明文和一个盐值作为输入参数，然后重复进行运算，并最终产生密钥。如果重复的次数足够大，破解的成本就会变得很高。而盐值的添加也会增加“彩虹表”攻击的难度。
比特币钱包中，PBKDF2函数的第一个参数是助记词，第二个参数盐，由字符串常数“助记词”与可选的用户提供的密码字符串连接组成。使用HMAC-SHA512算法，使用2048次哈希来延伸助记符和盐参数，产生一个512位的值作为其最终输出。 这个512位的值就是种子。

3.3 从种子到母密钥
512位分成平均分成两部分，左边的256位为母私钥，右边的256位为链码。母私钥、链码和索引号，CKD（child key derivation)函数去从母密钥衍生出子密钥。

3.4 从母密钥到子密钥
母密钥、链码、索引合并在一起并且用HMAC-SHA512函数散列之后可以产生512位的散列。所得的散列可被拆分为两部分。散列右半部分的256位产出可以给子链当链码。左半部分256位散列以及索引码被加载在母私钥上来衍生子私钥。在图中，我们看到这个说明——索引集被设为0去生产母密钥的第0个子密钥（第一个通过索 引）。

3.5 扩展密钥
母密钥和链码结合叫做扩展密钥，拥有扩展私钥可以推导出子私钥，扩展公钥可以推导出子公钥。拥有扩展公钥就可以推导出子公钥，在服务器不需要母私钥也可以，这样就更安全更方便。但是还有一个问题，那就是扩展公钥包含有链码，如果子私钥被知道或者被泄漏的话，链码就可以被用来衍生所有的其他子私钥。简单地泄露的私钥以及一个母链码，可以暴露所有的子密钥。更糟糕的是，子私钥与母链码可以用来推断母私钥。

基本流程见下图：

![null](https://learnblockchain.cn/image/show/attachments-2019-12-1uLMm40d5e06e169505c5.jpg)

## 4.生成助记词

生成不同个数的助记词代码：

````//默认生成12个助记词
var bip39 = require('bip39')
var mnemonic = bip39.generateMnemonic()
console.log("default:" + mnemonic);

//生成12个助记词
var mnemonic = bip39.generateMnemonic(128)
console.log("12 words:" + mnemonic);

//生成15个助记词
var mnemonic = bip39.generateMnemonic(160)
console.log("15 words:" + mnemonic);

//生成18个助记词
var mnemonic = bip39.generateMnemonic(192)
console.log("18 words:" + mnemonic);

//生成24个助记词
var mnemonic = bip39.generateMnemonic(256, null, bip39.wordlists.english);
console.log("24 English words:" + mnemonic);

//生成24个简体中文助记词
var mnemonic = bip39.generateMnemonic(256, null, bip39.wordlists.chinese_simplified);
console.log("24 chinese words:" + mnemonic);
````
运行结果：

````
D:\nodeJS_Project_new\助记词>node getWord3.js
  default:hold repeat ramp stove fence cycle faith grace hobby kingdom clean cash
  12 words:potato opera cradle green sail depth antique slab pumpkin annual puzzle acoustic
  15 words:bridge flat earn warrior spawn fade nasty pepper bulb hold injury wonder impose love security
  18 words:clay then erode find cliff taxi legend shrimp error invest sweet animal crush media tuition sheriff team blush
  24 English words:cake waste infant chat figure urban choice habit crucial sausage true lobster fossil flame silk rebel rely member capital mutual syrup century sister trick
  24 chinese words:音 档 式 罗 殖 梅 爆 艺 车 氯 遵 担 口 抓 愤 轨 得 刺 川 载 迁 秧 斤 西
````
## 5.助记词编解码

5.1 编码

//编码助记词
````
var bip39 = require('bip39')
var mnemonic = bip39.generateMnemonic()
var encrytMnemonic = bip39.mnemonicToEntropy(mnemonic)
console.log(encrytMnemonic);
````
运行结果：
````
D:\nodeJS_Project_new\助记词>node encryt.js
d3227efdf2476c1da0c15b7a6b1a2aa0
````
5.2 解码
````
//解码助记词
var bip39 = require('bip39')
 
var mnemonic = bip39.generateMnemonic()
console.log(mnemonic);
 
var encrytMnemonic = bip39.mnemonicToEntropy(mnemonic)
 
var word = bip39.entropyToMnemonic(encrytMnemonic)
console.log(word);
````
运行结果：
![null](https://learnblockchain.cn/image/show/attachments-2019-12-TDUaMnK45e06e2590b867.png)

````
D:\nodeJS_Project_new\助记词>node encrytToWord.js
silver produce tiger blood food bench slush peasant birth zebra marble raven
silver produce tiger blood food bench slush peasant birth zebra marble raven
````
5.3 验证助记词
````
//验证助记词
var bip39 = require('bip39')
 
var mnemonic = bip39.generateMnemonic()
console.log(mnemonic);
 
var bool = bip39.validateMnemonic(mnemonic)
console.log(bool);
````
运行结果：

![null](https://learnblockchain.cn/image/show/attachments-2019-12-utPLxMl55e06e5baa8ad6.png)

6.生成随机数种子
````
//生成随机数种子
var bip39 = require('bip39')
 
var mnemonicE = bip39.generateMnemonic()
console.log(mnemonicE);
 
var Seed= bip39.mnemonicToSeed(mnemonicE)
console.log(Seed);
````
运行结果：

![null](https://learnblockchain.cn/image/show/attachments-2019-12-dGAS4BxM5e06e5cce8a21.png)

这里是个异步过程，因此代码修改为：
````
//生成随机数种子
var bip39 = require('bip39')
var mnemonicE = bip39.generateMnemonic()
console.log(mnemonicE);
 
bip39.mnemonicToSeed(mnemonicE).then(Seed=>{
    console.log(Seed);
})
````
运行结果：
![null](https://learnblockchain.cn/image/show/attachments-2019-12-LAIdJgyl5e06e2e690904.png)

## 7.生成私钥
````
//从助记词到私钥
var bip39 = require('bip39')
var hdkey = require('ethereumjs-wallet/hdkey');
var util  = require('ethereumjs-util')
 
var mnemonicE = bip39.generateMnemonic()
console.log(mnemonicE);
 
bip39.mnemonicToSeed(mnemonicE).then(Seed=>{
    console.log(Seed);
 
    var hdWallet = hdkey.fromMasterSeed(Seed);
    console.log(hdWallet);
	
    var key1 = hdWallet.derivePath("m/44'/60'/0'/0/0")
    console.log("私钥："+util.bufferToHex(key1._hdkey._privateKey))
 
    var address1 = util.pubToAddress(key1._hdkey._publicKey, true)
    console.log("地址："+util.bufferToHex(address1))
 
    address1 = util.toChecksumAddress(address1.toString('hex'))
    console.log("Encoding Address 地址："+ address1)
 
})
````
运行结果：

![null](https://learnblockchain.cn/image/show/attachments-2019-12-zIRZnA0R5e06e2c86be50.png)

参考资料：

https://github.com/bitcoinjs/bip39

https://blog.csdn.net/jiang_xinxing/article/details/83896262

https://www.jianshu.com/p/5d90634cc710

1.什么是助记词

2.BIP

BIP32

BIP32是 HD钱包的核心提案，通过种子来生成主私钥，然后派生海量的子私钥和地址，种子是一串很长的随机数。

BIP39

BIP44

BIP44 是在 BIP32 和 BIP43 的基础上增加多币种，提出的层次结构非常全面，它允许处理多个币种，多个帐户，每个帐户有数百万个地址。

在BIP32路径中定义以下5个级别：m/purpse'/coin_type'/account'/change/address_index

purpose：在BIP43之后建议将常数设置为44'。表示根据BIP44规范使用该节点的子树。

Account：账户，此级别为了设置独立的用户身份可以将所有币种放在一个的帐户中，从0开始按顺序递增。

Change：常量0用于外部链，常量1用于内部链，外部链用于钱包在外部用于接收和付款。内部链用于在钱包外部不可见的地址，如返回交易变更。

Address_index：地址索引，按顺序递增的方式从索引0开始编号。

HD钱包

通过BIP协议生成账号的钱包叫做HD钱包。这个HD钱包，并不是Hardware Wallet硬件钱包，这里的 HD 是Hierarchical Deterministic的缩写，意思是分层确定性钱包。

以太坊对BIP的支持

BIP是用于提出 Bitcoin 的新功能或改进措施，那么对于以太坊来说如何支持呢？

以太坊在EIPs/issues/85中讨论的结果，也采用了 BIP32 的做法，提议 HD 路径为 :m/44'/60'/0'/0/n，n 是第 n 次生成地址。

3.助记词到私钥的步骤

3.1 从熵到助记词随机生成一个128到258位的数字，叫做熵; 熵通过SHA256哈希得一个值，取前面的几位（熵长/32），记为y; 熵和y组成一个新的序列，将新序列以11位为一部分，已经预先定义2048个单词的字典做对应; 生成的有顺序的单词组就是助记词。

3.2 从助记词生成种子助记词表示长度为128至256位的熵。通过使用密钥延伸函数PBKDF2，熵被用于导出较长的（512位）种子。 PBKDF2的基本原理是通过一个伪随机函数（例如HMAC函数），把明文和一个盐值作为输入参数，然后重复进行运算，并最终产生密钥。如果重复的次数足够大，破解的成本就会变得很高。而盐值的添加也会增加“彩虹表”攻击的难度。比特币钱包中，PBKDF2函数的第一个参数是助记词，第二个参数盐，由字符串常数“助记词”与可选的用户提供的密码字符串连接组成。使用HMAC-SHA512算法，使用2048次哈希来延伸助记符和盐参数，产生一个512位的值作为其最终输出。这个512位的值就是种子。

3.3 从种子到母密钥 512位分成平均分成两部分，左边的256位为母私钥，右边的256位为链码。母私钥、链码和索引号，CKD（child key derivation)函数去从母密钥衍生出子密钥。

3.4 从母密钥到子密钥母密钥、链码、索引合并在一起并且用HMAC-SHA512函数散列之后可以产生512位的散列。所得的散列可被拆分为两部分。散列右半部分的256位产出可以给子链当链码。左半部分256位散列以及索引码被加载在母私钥上来衍生子私钥。在图中，我们看到这个说明——索引集被设为0去生产母密钥的第0个子密钥（第一个通过索引）。

3.5 扩展密钥母密钥和链码结合叫做扩展密钥，拥有扩展私钥可以推导出子私钥，扩展公钥可以推导出子公钥。拥有扩展公钥就可以推导出子公钥，在服务器不需要母私钥也可以，这样就更安全更方便。但是还有一个问题，那就是扩展公钥包含有链码，如果子私钥被知道或者被泄漏的话，链码就可以被用来衍生所有的其他子私钥。简单地泄露的私钥以及一个母链码，可以暴露所有的子密钥。更糟糕的是，子私钥与母链码可以用来推断母私钥。

基本流程见下图：

4.生成助记词

生成不同个数的助记词代码：

var bip39 = require('bip39')
var mnemonic = bip39.generateMnemonic()
console.log("default:" + mnemonic);

//生成12个助记词
var mnemonic = bip39.generateMnemonic(128)
console.log("12 words:" + mnemonic);

//生成15个助记词
var mnemonic = bip39.generateMnemonic(160)
console.log("15 words:" + mnemonic);

//生成18个助记词
var mnemonic = bip39.generateMnemonic(192)
console.log("18 words:" + mnemonic);

//生成24个助记词
var mnemonic = bip39.generateMnemonic(256, null, bip39.wordlists.english);
console.log("24 English words:" + mnemonic);

//生成24个简体中文助记词
var mnemonic = bip39.generateMnemonic(256, null, bip39.wordlists.chinese_simplified);
console.log("24 chinese words:" + mnemonic);

运行结果：

D:\nodeJS_Project_new\助记词>node getWord3.js
  default:hold repeat ramp stove fence cycle faith grace hobby kingdom clean cash
  12 words:potato opera cradle green sail depth antique slab pumpkin annual puzzle acoustic
  15 words:bridge flat earn warrior spawn fade nasty pepper bulb hold injury wonder impose love security
  18 words:clay then erode find cliff taxi legend shrimp error invest sweet animal crush media tuition sheriff team blush
  24 English words:cake waste infant chat figure urban choice habit crucial sausage true lobster fossil flame silk rebel rely member capital mutual syrup century sister trick
  24 chinese words:音 档 式 罗 殖 梅 爆 艺 车 氯 遵 担 口 抓 愤 轨 得 刺 川 载 迁 秧 斤 西

5.助记词编解码

5.1 编码

//编码助记词

var bip39 = require('bip39')
var mnemonic = bip39.generateMnemonic()
var encrytMnemonic = bip39.mnemonicToEntropy(mnemonic)
console.log(encrytMnemonic);

运行结果：

D:\nodeJS_Project_new\助记词>node encryt.js
d3227efdf2476c1da0c15b7a6b1a2aa0

5.2 解码

//解码助记词
var bip39 = require('bip39')

var mnemonic = bip39.generateMnemonic()
console.log(mnemonic);

var encrytMnemonic = bip39.mnemonicToEntropy(mnemonic)

var word = bip39.entropyToMnemonic(encrytMnemonic)
console.log(word);

运行结果：

D:\nodeJS_Project_new\助记词>node encrytToWord.js
silver produce tiger blood food bench slush peasant birth zebra marble raven
silver produce tiger blood food bench slush peasant birth zebra marble raven

5.3 验证助记词

//验证助记词
var bip39 = require('bip39')

var mnemonic = bip39.generateMnemonic()
console.log(mnemonic);

var bool = bip39.validateMnemonic(mnemonic)
console.log(bool);

运行结果：

6.生成随机数种子

//生成随机数种子
var bip39 = require('bip39')

var mnemonicE = bip39.generateMnemonic()
console.log(mnemonicE);

var Seed= bip39.mnemonicToSeed(mnemonicE)
console.log(Seed);

运行结果：

这里是个异步过程，因此代码修改为：

//生成随机数种子
var bip39 = require('bip39')
var mnemonicE = bip39.generateMnemonic()
console.log(mnemonicE);

bip39.mnemonicToSeed(mnemonicE).then(Seed=>{
    console.log(Seed);
})

运行结果：

7.生成私钥

//从助记词到私钥
var bip39 = require('bip39')
var hdkey = require('ethereumjs-wallet/hdkey');
var util  = require('ethereumjs-util')

var mnemonicE = bip39.generateMnemonic()
console.log(mnemonicE);

bip39.mnemonicToSeed(mnemonicE).then(Seed=>{
    console.log(Seed);

    var hdWallet = hdkey.fromMasterSeed(Seed);
    console.log(hdWallet);

    var key1 = hdWallet.derivePath("m/44'/60'/0'/0/0")
    console.log("私钥："+util.bufferToHex(key1._hdkey._privateKey))

    var address1 = util.pubToAddress(key1._hdkey._publicKey, true)
    console.log("地址："+util.bufferToHex(address1))

    address1 = util.toChecksumAddress(address1.toString('hex'))
    console.log("Encoding Address 地址："+ address1)

})

运行结果：