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最近區(qū)塊鏈風(fēng)靡互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，個(gè)人也專門了解了相關(guān)技術(shù)，也買過數(shù)字貨幣，當(dāng)然也有數(shù)字錢包。一直在思考這種去中心化的錢包，到底安不安全，原理是個(gè)啥：

我們的錢包密碼（私鑰）或者其它錢包信息，是否會(huì)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸？
各大交易平臺(tái)中，我購買的數(shù)字貨幣到底在哪兒？
區(qū)塊鏈中到底有沒有用戶的錢包信息？

帶著這些問題，我們要研究一下數(shù)字錢包到底是咋回事？先搞清楚一些概念：

加密
對稱加密
非對稱加密
- 公鑰、私鑰
簽名
- 驗(yàn)簽

加密 & 對稱加密 & 非對稱加密

加密學(xué)在區(qū)塊鏈技術(shù)中屬于核心技術(shù)之一，錢包的生成也是由加密算法來完成的，當(dāng)然如果講述加密技術(shù)對我這個(gè)不專業(yè)的人來說不能講述的非常明白，不過我們從對它的功能上來大概的了解一下相關(guān)概念。

通俗的講：

加密：把東西（信息）用鑰匙鎖在箱子里面，只有拿到鑰匙的人才能使用這個(gè)東西（查看信息）；
對稱加密：關(guān)閉箱子的鑰匙和打開箱子的要是一樣；
非對稱加密：關(guān)閉箱子的鑰匙和打開箱子的不一樣；

專業(yè)的講：

加密：將明文信息改變?yōu)殡y以讀取的密文內(nèi)容，使之不可讀。只有擁有解密方法的對象，經(jīng)由解密過程，才能將密文還原為正常可讀的內(nèi)容；
對稱加密：加密和解密時(shí)使用相同的密鑰；
非對稱加密：需要兩個(gè)密鑰來進(jìn)行加密和解密，它們分別是公鑰和私鑰，如果用公鑰對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，只能用對應(yīng)的私鑰才能解密；如果用私鑰對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，那么只能用公鑰才能解密；

為什么要用非對稱加密，應(yīng)用場景在哪兒？

其安全性更好：對稱加密的通信雙方使用相同的秘鑰，如果一方的秘鑰遭泄露，那么整個(gè)通信就會(huì)被破解。而非對稱加密使用一對秘鑰，一個(gè)用來加密，一個(gè)用來解密，而且公鑰是公開的，秘鑰是自己保存的，不需要像對稱加密那樣在通信之前要先同步秘鑰。

但是，非對稱加密的缺點(diǎn)是加密和解密花費(fèi)時(shí)間長、速度慢，只適合對少量數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。

簽名

為了能讓信息的接收方得知發(fā)送方的身份，數(shù)字簽名技術(shù)運(yùn)用而生。

數(shù)字簽名是一種以電子形式存在于數(shù)據(jù)信息之中的，或作為其附件或邏輯上有聯(lián)系的數(shù)據(jù)，可用于辨別數(shù)據(jù)簽署人的身份，并表名簽署人對數(shù)據(jù)信息中包含的信息的認(rèn)可技術(shù)。

簽名過程：
- 生成數(shù)據(jù)摘要：將要發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行 Hash
- 生成簽名信息：用發(fā)送者私鑰對數(shù)據(jù)摘要進(jìn)行加密
- 將即將發(fā)送的數(shù)據(jù)+簽名信息發(fā)送給接收者
驗(yàn)簽過程：
- 解密簽名信息：用發(fā)送者公鑰對簽名信息進(jìn)行解密
- 生成數(shù)據(jù)摘要：將接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行 Hash
- 對比數(shù)據(jù)：如果解密的簽名信息和生成的數(shù)據(jù)摘要相同則能確認(rèn)該數(shù)字簽名是發(fā)送者

加密算法

加密算法有很多種：RSA、RC2、RC4、IDEA、RSA、DSA、ADS、MD5、PKCS、ECC 等等，想了解算法的同學(xué)自己百度一下。

錢包需要什么功能？

錢包的核心功能：

錢包初始化
- 創(chuàng)建
- 導(dǎo)入
查詢錢包的資產(chǎn)
交易
- 轉(zhuǎn)賬
- 調(diào)用合約

錢包的創(chuàng)建（私鑰、公鑰、地址）

創(chuàng)建錢包我們可以采用 ethereumjs-wallet 庫來完成，它是基于橢圓曲線的ECDSA 算法來創(chuàng)建密鑰對的?？丛创a：

公鑰生成：(ethereumjs-wallet)generate() -> (ethereumjs-util)privateToPublic -> secp256k1.publicKeyCreate -> publicKey
地址生成：(ethereumjs-wallet)generate() -> (ethereumjs-util)privateToAddress -> (ethereumjs-util)sha3 -> (keccakjs)SHA3 -> address

// ethereumjs-wallet 模塊
Wallet.generate = function (icapDirect) {
    if (icapDirect) {
        while (true) {
            var privKey = crypto.randomBytes(32)
            if (ethUtil.privateToAddress(privKey)[0] === 0) {
                return new Wallet(privKey)
            }
        }
    } 
    else {
        return new Wallet(crypto.randomBytes(32))
    }
}

var Wallet = function (priv, pub) {
    //...
}

Object.defineProperty(Wallet.prototype, 'pubKey', {
  get: function () {
    if (!this._pubKey) {
        this._pubKey = ethUtil.privateToPublic(this.privKey)
    }
        return this._pubKey
    }
})

// ethereumjs-util 模塊
exports.privateToAddress = function (privateKey) {
    return exports.publicToAddress(privateToPublic(privateKey))
}

var privateToPublic = exports.privateToPublic = function (privateKey) {
    privateKey = exports.toBuffer(privateKey)
    // skip the type flag and use the X, Y points
    return secp256k1.publicKeyCreate(privateKey, false).slice(1)
}

exports.pubToAddress = exports.publicToAddress = function (pubKey, sanitize) {
    pubKey = exports.toBuffer(pubKey)
    if (sanitize && (pubKey.length !== 64)) {
        pubKey = secp256k1.publicKeyConvert(pubKey, false).slice(1)
    }
    assert(pubKey.length === 64)
    // Only take the lower 160bits of the hash
    return exports.sha3(pubKey).slice(-20)
}

exports.sha3 = function (a, bytes) {
    a = exports.toBuffer(a)
    if (!bytes) bytes = 256

    var h = new SHA3(bytes)
    if (a) {
        h.update(a)
    }
    return new Buffer(h.digest('hex'), 'hex')
}

對于使用者非常簡單：

相關(guān)文檔：https://github.com/ethereumjs/ethereumjs-wallet

const ethUtil = require('ethereumjs-util')
const Wallet = require('ethereumjs-wallet');

// 生成錢包
var wallet = Wallet.generate();
var privateKey = wallet.getPrivateKey(); // 返回 Buffer，可以通過 wallet.getPrivateKeyString() 直接得到字符串
var publicKey = wallet.getPublicKey(); // 返回 Buffer，可以通過 wallet.getPublicKeyString() 直接得到字符串
var address = wallet.getAddress(); // 返回 Buffer，可以通過 wallet.getAddressString() 直接得到字符串

// 導(dǎo)入錢包
var privateKey2 = ethUtil.toBuffer('0xe601e598111629240e4dc6ec7a95534e025838bd0f638dabad9ad4152d80443b');
var wallet2 = Wallet.fromPrivateKey(privateKey2);
var publicKey2 = wallet2.getPublicKey();

查詢錢包的資產(chǎn)

查詢錢包資產(chǎn)通過 web3.js 很容易實(shí)現(xiàn)：

var balance = web3.eth.getBalance("0x407d73d8a49eeb85d32cf465507dd71d507100c1");
console.log(balance); // instanceof BigNumber
console.log(balance.toString(10)); // '1000000000000'
console.log(balance.toNumber()); // 1000000000000

錢包交易

錢包交易的過程：

構(gòu)造交易數(shù)據(jù)
- 以太幣交易數(shù)據(jù)
- 合約交易數(shù)據(jù)
交易簽名
模擬交易，估算 Gas
發(fā)送交易

交易對象

{
    nonce: '0x00',
    gasPrice: '0x01',
    gasLimit: '0x01',
    to: '0x633296baebc20f33ac2e1c1b105d7cd1f6a0718b',
    value: '0x00',
    data: '0xc7ed014952616d6100000000000000000000000000000000000000000000000000000000',
    // EIP 155 chainId - mainnet: 1, ropsten: 3
    chainId: 3
}

參考以太坊文檔：

nonce：記錄賬戶已執(zhí)行的交易總數(shù)，nonce 的值隨著每個(gè)新交易的執(zhí)行不斷增加
gasPrice：你愿為該交易支付的每單位 gas 的價(jià)格，gas 價(jià)格目前以 GWei 為單位，其范圍是0.1->100+Gwei
gasLimit：你愿為該交易支付的最高 gas 總額。該上限能確保在出現(xiàn)交易執(zhí)行問題（比如陷入無限循環(huán)）之時(shí)，你的賬戶不會(huì)耗盡所有資金。一旦交易執(zhí)行完畢，剩余所有 gas 會(huì)返還至你的賬戶
to：目標(biāo)地址，如果是轉(zhuǎn)賬交易就是收款地址，如果是合約調(diào)用就是合約地址
value：即你打算發(fā)送的以太幣總量。如果你要執(zhí)行一個(gè)轉(zhuǎn)賬交易，向另一個(gè)人或合約發(fā)送以太幣，你會(huì)需要設(shè)置 value 值。
data：不同的交易類型下該字段會(huì)有所不同，在接下來的介紹中會(huì)有該字段的詳細(xì)說明
chainId：該字段用來標(biāo)明交易數(shù)據(jù)要發(fā)送到哪個(gè)網(wǎng)絡(luò)，1為主網(wǎng)，3位ropsten網(wǎng)絡(luò)

構(gòu)建 data

如果是合約交易，需要通過合約信息來構(gòu)建 data 字段。這一過程相對復(fù)雜，可以參考Ethereum Contract ABI 分兩大過程：

對調(diào)用合約函數(shù)的函數(shù)名進(jìn)行編碼
對調(diào)用合約函數(shù)的參數(shù)進(jìn)行編碼
細(xì)節(jié)省略一萬個(gè)字...

源代碼：https://github.com/ethereumjs/ethereumjs-abi/blob/master/lib/index.js

對于使用者非常簡單

相關(guān)文檔：https://github.com/ethereumjs/ethereumjs-abi

var abi = require('ethereumjs-abi');

var methodID = abi.methodID('sam', ['bytes', 'bool', 'uint256[]']);
// returns the encoded binary (as a Buffer) data to be sent
var encoded = abi.rawEncode(['bytes', 'bool', 'uint256[]'], ['dave', true, [1, 2, 3]]);

var data = methodID.toString('hex') + rawEncode.toString('hex');
console.log(data);

簽名

交易數(shù)據(jù)構(gòu)造好后，接下來我們將數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名，并序列化，最后的數(shù)據(jù)就可以進(jìn)行交易了，繼續(xù)看源代碼：

Hash：(ethereumjs-tx)hash -> (ethereumjs-util)rlphash -> (rlp)encode -> (keccak)SHA3
簽名：(ethereumjs-util)ecsign -> secp256k1.sign

// ethereumjs-tx 模塊
Transaction.prototype.sign = function sign(privateKey) {
    var msgHash = this.hash(false);
    var sig = ethUtil.ecsign(msgHash, privateKey);
    if (this._chainId > 0) {
        sig.v += this._chainId * 2 + 8;
    }
    Object.assign(this, sig);
};

Transaction.prototype.hash = function hash(includeSignature) {
    if (includeSignature === undefined) includeSignature = true;

    // EIP155 spec:
    // when computing the hash of a transaction for purposes of signing or recovering,
    // instead of hashing only the first six elements (ie. nonce, gasprice, startgas, to, value, data),
    // hash nine elements, with v replaced by CHAIN_ID, r = 0 and s = 0

    var items = void 0;
    if (includeSignature) {
        items = this.raw;
    } else {
        if (this._chainId > 0) {
            var raw = this.raw.slice();
            this.v = this._chainId;
            this.r = 0;
            this.s = 0;
            items = this.raw;
            this.raw = raw;
        } else {
            items = this.raw.slice(0, 6);
        }
    }

    // create hash
    return ethUtil.rlphash(items);
};

// ethereumjs-util 模塊
exports.ecsign = function (msgHash, privateKey) {
    const sig = secp256k1.sign(msgHash, privateKey)

    const ret = {}
    ret.r = sig.signature.slice(0, 32)
    ret.s = sig.signature.slice(32, 64)
    ret.v = sig.recovery + 27
    return ret
}

同樣對于使用者非常簡單

相關(guān)文檔：https://github.com/ethereumjs/ethereumjs-tx

const EthereumTx = require('ethereumjs-tx');

var privateKey = ...;
var txParams = {
    nonce: '0x00',
    gasPrice: '0x09184e72a000', 
    gasLimit: '0x2710',
    to: '0x0000000000000000000000000000000000000000', 
    value: '0x00', 
    data: '0x7f7465737432000000000000000000000000000000000000000000000000000000600057',
    // EIP 155 chainId - mainnet: 1, ropsten: 3
    chainId: 3
};

var tx = new EthereumTx(txParams);
tx.sign(privateKey);

var serializedTx = tx.serialize(); // 這是最終交易需要發(fā)送的數(shù)據(jù)

估算 Gas

需要簽名的交易，需要估算 Gas 費(fèi)用，如果給一個(gè)不合理的 Gas 交易不會(huì)發(fā)送成功。我們可以通過 Web3 來估算一個(gè)相對合理的 Gas，讓交易能夠順利的進(jìn)行。

var transactionObject = {
    nonce: '',
    gasPrice: '',
    from: '',
    to: '',
    value: '',
    data: '',
}

web3.eth.estimateGas(transactionObject, function(err, res) {
    if (!err)
        console.log(res);
});

發(fā)送交易

發(fā)送交易我們使用 web3 的協(xié)議很容易就能搞定了：

不需要簽名的交易：web3.eth.sendTransaction
需要簽名的交易：web3.eth.sendRawTransaction

var transactionObject = {
    nonce: '',
    gasPrice: '',
    gasLimit: '',
    from: '',
    to: '',
    value: '',
    data: '',
}

web3.eth.sendTransaction(transactionObject, function(err, address) {
    if (!err)
        console.log(address);
});

// ...
// 32字節(jié)的16進(jìn)制格式的交易哈希串
web3.eth.sendRawTransaction(serializedTx.toString('hex'), function(err, hash) {
    if (!err)
        console.log(hash);
});

錢包交易過程

Flowchart

回顧一下錢包的核心功能：

錢包初始化：
- 創(chuàng)建：ethereumjs-wallet.generate()
- 導(dǎo)入：ethereumjs-wallet.fromPrivateKey(privateKey)
查詢錢包的資產(chǎn)：web3.eth.getBalance(addressHexString [, defaultBlock] [, callback])
交易：
- 構(gòu)造交易數(shù)據(jù)：
  - 交易對象：{ from: '', to: '', ...}
  - data：ethereumjs-abi.methodID() + ethereumjs-abi.rawEncode()
- 交易簽名：ethereumjs-tx.sign(privateKey) -> ethereumjs-tx.serialize()
- 發(fā)送交易：
  - 轉(zhuǎn)賬：web3.eth.sendTransaction(transactionObject [, callback])
  - 合約（已經(jīng)簽名的交易）：web3.eth.sendRawTransaction(signedTransactionData [, callback])

有了以上幾個(gè)核心方法，你就可以完成數(shù)字錢包應(yīng)用了。

錢包核心 SDK 的封裝

為了簡化以上的操作，并且讓錢包具有更好的擴(kuò)展性（支持以太幣、比特幣等），我們將上面的整過過程進(jìn)行一次封裝，讓開發(fā)人員更好的使用，我們做成了 trip-wallet。

Install

yarn add trip-wallet
Or
npm install trip-wallet

Usage

import Wallet from 'trip-wallet';

let wallet = Wallet('eth');
wallet.generate();
wallet.setProvider('http://host:port');

// async/await
let balance = await wallet.getBalance(wallet.address);

// Promise
wallet.getBalance(wallet.address).then(res => {
    balance = res;
}, err => {

});

Object & Attributes

walletObject
- privateKey: String (hex string)
- publicKey: String (hex string)
- address: String (hex string)
- currency: String
transactionObject
- contract: Object
- methodName: String
- arguments: Array[]
- privateKey: String (hex string)
- from: String (hex string)
- to: String (hex string)
- value: Number | String | BigNumber
- gasLimit: Number | String | BigNumber
- gasPrice: Number | String | BigNumber
- data: String
- none: Number

Methods

generate([currency]): Object
import(key [, type] [, currency]): Object
- type: 'privateKey', 'keystore', 'mnemonicPhrase', 'readonly'
- key: String
- currency: String
setProvider(host)
getBalance(addressHexString): Promise
sendTransaction(transactionObject): Promise
getTransaction(transactionHash): Promise
contract(abi, address): Object
estimateGas(transactionObject): Promise
gasPrice(): Promise

eth-util

toWei(num, unit)
fromWei(num, unit)
toBigNumber
toBuffer
toHex
verifyPrivateKey
decodeAbi
encodeAbi
signTransaction

錢包 App 的整體架構(gòu)

Wallet

問題：

我們了解了一下錢包的大致原理后，來看看最早提出來的問題：

我們的錢包密碼（私鑰）或者其它錢包信息，是否會(huì)在網(wǎng)絡(luò)中傳輸？
- 區(qū)塊鏈中沒有存儲(chǔ)任何賬戶私鑰信息，至少在交易過程中，我們沒有將私鑰信息傳遞出去；
- 在生成或者導(dǎo)入錢包，交易信息的構(gòu)建過程，都是在本地完成，我們不會(huì)泄露用戶私鑰；
- 除非軟件本身代碼上做手腳；
- 所以錢包應(yīng)用需要開源；
各大交易平臺(tái)中，我購買的數(shù)字貨幣到底在哪兒？
區(qū)塊鏈中到底有沒有用戶的錢包信息？
- 當(dāng)錢包地址產(chǎn)生了交易，只會(huì)存儲(chǔ)錢包的地址信息
- 如果錢包地址沒有產(chǎn)生任何交易，沒有存儲(chǔ)該錢包的相關(guān)信息

所以，中本聰通過這一獨(dú)特的思維，將用戶錢包信息（賬戶體系）全部由用戶自己本地來管理；賬本或者交易（公開信息）中除了錢包地址沒有存儲(chǔ)任何其它帳戶信息。這樣一來區(qū)塊鏈看起來是公開透明又是安全可靠的。

〖堅(jiān)持的一俢〗

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數(shù)字錢包初探

數(shù)字錢包初探

加密 & 對稱加密 & 非對稱加密

為什么要用非對稱加密，應(yīng)用場景在哪兒？

簽名

加密算法

錢包需要什么功能？

相關(guān) Js 庫

錢包的創(chuàng)建（私鑰、公鑰、地址）

對于使用者非常簡單：

查詢錢包的資產(chǎn)

錢包交易

交易對象

構(gòu)建 data

對于使用者非常簡單

簽名

同樣對于使用者非常簡單

估算 Gas

發(fā)送交易

錢包交易過程

回顧一下錢包的核心功能：

錢包核心 SDK 的封裝

Install

Usage

Object & Attributes

Methods

eth-util

錢包 App 的整體架構(gòu)

問題：

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數(shù)字錢包初探

加密 & 對稱加密 & 非對稱加密

為什么要用非對稱加密，應(yīng)用場景在哪兒？

簽名

加密算法

錢包需要什么功能？

相關(guān) Js 庫

錢包的創(chuàng)建（私鑰、公鑰、地址）

對于使用者非常簡單：

查詢錢包的資產(chǎn)

錢包交易

交易對象

構(gòu)建 data

對于使用者非常簡單

簽名

同樣對于使用者非常簡單

估算 Gas

發(fā)送交易

錢包交易過程

回顧一下錢包的核心功能：

錢包核心 SDK 的封裝

Install

Usage

Object & Attributes

Methods

eth-util

錢包 App 的整體架構(gòu)

問題：

相關(guān)閱讀更多精彩內(nèi)容

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為什么要用非對稱加密，應(yīng)用場景在哪兒？

錢包需要什么功能？

錢包的創(chuàng)建（私鑰、公鑰、地址）