创建数字钱包（一）账号生成

椭圆曲线数字签名算法生成私钥

Secp256k1
通过椭圆曲线数字签名算法生成私钥和公钥，其中SEC（Standards for Efficient Cryptography）是专门利用ECDSA或者其可选项Schnorr算法来产生高效的加密方法。
特点是生成密钥很快。

Scep256k1 基本特性

• secp256k1 ECDSA signing/verification and key generation.
• Adding/multiplying private/public keys.
• Serialization/parsing of private keys, public keys, signatures.
• Constant time, constant memory access signing and pubkey generation.
• Derandomized DSA (via RFC6979 or with a caller provided function.)
• Very efficient implementation.

讲解代码

步骤

1. 生成私钥
2. 加密私钥
3. 生成 keyObject 对象
4. 从keyObject对象中恢复私钥

生成私钥

下面利用 keythereum^[1] 产生符合以太坊的密钥，并产生keyObject文件

const params = { keyBytes: 32, ivBytes: 16 };
let {privateKey, salt, iv} = keythereum.create(params);

keythereum可以产生私钥，以及后面加密私钥所用的PBKDF2算法需要的salt，和加密aes-128-ctr私钥的iv值。

得到私钥之后，我们可以通过私钥生成公钥。

let privateKeyBuffer = Buffer.from(privateKey, "hex") // or "base64"
let publicKey = secp256k1.publicKeyCreate(privateKeyBuffer, false).slice(1);
let address = "0x" + keccak256(publicKey).slice(-20).toString("hex");

加密私钥

利用KDF算法基于password派生出密钥，然后利用这个密钥加密我们的私钥。

const password = "Hello,Ethereum"
const options = {
    kdf: "pbkdf2",
    cipher: "aes-128-ctr",
    kdfparams: {
        c: 262144,
        dklen: 32,
        prf: "hmac-sha256"
    }
};
const keyObject = keythereum.dump(password, privateKey, salt, iv, options);

这就是产生keyObject基本思路。我们在看看dump函数到底做了什么

this.marshal(this.deriveKey(password, salt, options), privateKey, salt, iv, options);

deriveKey(...) 的源码如下：

this.crypto.pbkdf2Sync(
        password,
        salt,
        options.kdfparams.c || this.constants.pbkdf2.c,
        options.kdfparams.dklen || this.constants.pbkdf2.dklen,
        prf //hmac-sha256
      );

这里基于password生成的derivedKey，这个密钥并不是我们要用的私钥，而是用来加密先前生成的privateKey的，加密的过程在marshal函数中调用的encrypt函数里。

let ciphertext = this.encrypt(privateKey, derivedKey.slice(0, 16), iv, algo).toString("hex");

encrypt函数，如下：

var cipher, ciphertext;
algo = algo || this.constants.cipher;
if (!this.isCipherAvailable(algo)) throw new Error(algo + " is not available");

//加密过程
cipher = this.crypto.createCipheriv(algo, this.str2buf(key), this.str2buf(iv));
ciphertext = cipher.update(this.str2buf(plaintext));

return Buffer.concat([ciphertext, cipher.final()]);

此处的ciphertext代表的是privateKey，而key则是derivedKey

生成 keyObject 对象

得到了加密后的ciphertext之后，开始组装keyObject对象并返回。

keyObject = {
      address: this.privateKeyToAddress(privateKey).slice(2),
      crypto: {
        cipher: options.cipher || this.constants.cipher,
        ciphertext: ciphertext,
        cipherparams: { iv: iv.toString("hex") },
        mac: this.getMAC(derivedKey, ciphertext)
      },
      id: uuid.v4(), // random 128-bit UUID
      version: 3
    };
keyObject.crypto.kdf = "pbkdf2";
      keyObject.crypto.kdfparams = {
        c: options.kdfparams.c || this.constants.pbkdf2.c,
        dklen: options.kdfparams.dklen || this.constants.pbkdf2.dklen,
        prf: options.kdfparams.prf || this.constants.pbkdf2.prf,
        salt: salt.toString("hex")
      };    

privateKeyToAddress(...)方法里首先通过privateKey产生publicKey，然后使用keccak256哈希publicKey得到地址。

具体实现如下：

let privateKeyBuffer = Buffer.from(privateKey);
let publicKey = secp256k1.publicKeyCreate(privateKeyBuffer, false).slice(1);
let address = "0x" + keccak256(publicKey).slice(-20).toString("hex");

keccak256(publicKey) 产生了32bytes，截取尾部20bytes转换成十六进制之后就是40字符，加上前导0x之后，就是42个字符的以太坊地址，比如：0x0f645438395206b408e52be4fcf4bc21c330bfa2

从keyObject对象中恢复私钥

有了keyObject和密码就可以恢复原来的私钥

let privateKey = keythereum.recover(password, keyObject)

可以想到，recover方法中，首先会利用password和keyObject中的salt派生出当初的密钥derivedKey，然后把加密过的私钥ciphertext和derivedKey, iv作为原来加密算法aes-128-ctr的输入参数，成功解密后返回明文的私钥。

具体代码如下：

verifyAndDecrypt(this.deriveKey(password, salt, keyObjectCrypto), salt, iv, ciphertext, algo)

这里首先得到了derivedKey，然后验证并解密kyeObject中的ciphertext，如下：

function verifyAndDecrypt(derivedKey, salt, iv, ciphertext, algo) {
  var key;
  if (self.getMAC(derivedKey, ciphertext) !== keyObjectCrypto.mac) {
    throw new Error("message authentication code mismatch");
  }
  if (keyObject.version === "1") {
    key = keccak256(derivedKey.slice(0, 16)).slice(0, 16);
  } else {
    key = derivedKey.slice(0, 16);
  }
  return self.decrypt(ciphertext, key, iv, algo);
}

注意这里的mac值比较，确保了ciphertext没有被人篡改才有解密的必要。

参考实现

1. NodeJS
2. Bitcoin-core

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1. Keythereum ↩