什么是 BIP-39

2023-04-15分类：钱包阅读（）

BIP-39 规范主要描述了基于助记词（一组便于记忆的单词）来生成确定性钱包的算法和过程。

BIP-39 规范中主要由两部分构成：

如何生成助记词；
如何将生成的助记词转化成一个二进制种子；

下面就先分别介绍这两个部分来看看如何生成确定性钱包。

生成助记词

生成助记词的算法过程如下图：

具体过程如下：

创建一个 128 到 256 位（步长 32 位）的随机序列（熵）
对上一步生成的随机序列进行 SHA256 生成 Hash 值，并取出该 Hash 值的前 N 位（熵长/32，如：128 位，则 N = 4）作为随机序列的校验和（Checksum）；
将 Checksum 添加至第一步生成的随机序列的尾部，此时对于图中示例加上 Checksum 之后为 128 + 4 = 132 位的随机序列；
将上一步的随机序列按照 11 位一段进行分隔(split)，这样对于 128 位熵长的序列就会生成 12 段（132/11=12）；
此时将每个包含 11 位部分的值与一个预定义的 2048 个单词的词典进行对应；
按照切割顺序生成了最终的单词组就是助记词；

从助记词生成种子

助记词生成之后我们可以通过密钥生成函数 PBKDF2 算法来生成种子。

PBKDF2 需要提供两个参数：助记词和盐（salt）。其中 salt 的目的就是增加破解难度，而在 BIP-39 中，我们可以引入密码（passphrase）来作为保护种子的附加安全因素。

PBKDF2 is part of RSA Laboratories’ Public-Key Cryptography Standards (PKCS) series, specifically PKCS #5 v2.0, also published as Internet Engineering Task Force’s RFC 2898.

接着上面的助记词生成之后，如下图为生成 seed 的算法过程：

PBKDF2 的第一个参数是上面生成的助记词；
PBKDF2 的第二个参数就是 salt，一般有字符串和可选的用户提供的密码字符串连接组成；
PBKDF2 使用 HMAC-SHA512 算法，使用了 2048 次 Hash 之后产生一个 512 位的值作为种子；

从种子开始生成 HD 钱包

下面就将上面生成的种子作为 HD 钱包的根种子（root seed），任何 HD 钱包的根种子都可以重新创造整个 HD 钱包。

将 root seed 输入到 HMAC-SHA512 算法中可以得到一个 512 位的 Hash，该 Hash 的左边 256 位作为主私钥 m（Master Private Key），右边 256 位作为主链码（Master Chain Code）。之后的主公钥 M（Master Public Key，264 bits）可以通过主私钥 m 生成。

从上图可以看到，HD 的密钥生成如下几个参数：

Parent Private Key 或 Parent Public Key；（均为未压缩的 256 bits 的 ECDSA 密钥）；
256 bits 的 Parent Chain Code；
32-bit 整型的 index number（索引号）；

另外，上面的过程是可以递归下去的，图中的 Child Private Key 可以作为其下一层级的 Parent Private Key。

通过将 (Parent Publick Key, Parent Chain Code, Index Number) 输入至 HMAC-SHA512 算法中，我们就可以生成其子密钥，并且我们可以通过调整 Index Number 来生成同一层级的多个子密钥。

关于扩展密钥

因为这个密钥衍生函数是单向的，所有子密钥都是不能够被用来推导出它们的父密钥的，也不能推导出同层级的姊妹密钥的，只有父密钥和父链码（又是由 Parent 的 Parent 层级的密钥和链码生成）可以推导出所有的子密钥和子链码，后续也就可以生成相应的子公钥以及地址，并且用于对交易进行签名。

将密钥 Key 和 Chain Code 结合起来称为扩展密钥（extended key），可以通过扩展密钥来生成自其而下的所有分支。

扩展密钥中提供的密钥可以为私钥或者公钥，和链码结合起来分别称为扩展私钥（extended private key）和扩展公钥（extended public key），并且分别记为 (k, c) 和 (K, c)，其中公钥 K = point(k)。

我们可以从扩展私钥推导出扩展公钥，而反之则不可以，因此对于某些交易场景（如电商），可以为每笔交易生成一个新的公钥和地址来收款，而扩展私钥可以被存储在纸质钱包或者硬件钱包中，用于安全的离线签署交易。可以看到扩展公钥的安全性相对高一些，下图为通过扩展父公钥来衍生子私钥进而生成子公钥的传递机制：

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