pybitcointools源碼分析之BIP32實作

在看本篇之前，需要了解一個很重要的背景知識。那就是 HD錢包和 比特币協定 BIP32。

關于HD錢包的概念，建議大家去看看<<精通比特币>>。BIP32可以看下下面這篇翻譯:

http://blog.csdn.net/pony_maggie/article/details/76178228

開始源碼分析。

safe_from_hex把字元串形式的16進制數字轉換成byte形式， 例如”1234”->b”\x12\x34”。

比較簡單不詳述。

bip32_master_key函數是用于産生符合bip32的主密鑰。那邊問題來了，什麼是 bip32的主密鑰呢？

根據bip32約定，主密鑰是從一個短種子值生成的，步驟如下:

• 從（P）RNG生成所選長度（128到512位;建議256位）的種子位元組序列S。
• 計算I = HMAC-SHA512（Key =“Bitcoin seed”，Data = S）
• 将I分為兩個32位元組序列，IL和IR。
• 使用parse256（IL）作為主密鑰，IR作為主鍊碼。

有了上面的理論支撐，再來看代碼就比較容易了解了。

def bip32_master_key(seed, vbytes=MAINNET_PRIVATE):
    I = hmac.new(from_string_to_bytes("Bitcoin seed"), seed, hashlib.sha512).digest()

    return bip32_serialize((vbytes, , b'\x00'*, , I[:], I[:]+b'\x01'))
           

I是hmac-sha512算法計算得到的，用的key是”Bitcoin seed”，data是前面傳過來的短種子值:

b"\x00\x01\x02\x03\x04\x05\x06\x07\x08\x09\x0a\x0b\x0c\x0d\x0e\x0f"
           

I[32:]就是IR， I[:32]是IL。根據規範IL就可以作為主密鑰了，那bip32_serialize是幹啥的呢？

原來是為了友善表示，bip32引入序列化的概念，過程如下:

• 4位元組：版本位元組（mainnet：0x0488B21E public，0x0488ADE4 private; testnet：0x043587CF public，0x04358394 private）
• 1位元組：深度：主節點為0x00，級别1派生密鑰為0x01。
• 4位元組：父密鑰的指紋（如果主密鑰為0x00000000）
• 4位元組：子數字。這是對于i在xi = xpar / i中的ser32（i），其中xi是鍵序列化。 （如果主密鑰為0x00000000）
• 32位元組：鍊碼
• 33位元組：公鑰或私鑰資料（公鑰的serP（K），私鑰的0x00 || ser256（k））

可以通過首先添加32個校驗和位（從雙SHA-256校驗和派生），然後轉換為Base58表示。

bip32_serialize入參有六個，我們可以和上面一一對應下，

vbytes是版本位元組，0x0488ADE4。

0表示深度，這裡是主密鑰，深度表示為0。

b’\x00’*4在python中就是b’\x00\x00\x00\x00’，對應父密鑰的指紋。

接下來的0對應子數字，在bip32_serialize函數裡會轉為4位元組。

I[32:]也叫IR，對應鍊碼。

I[:32]+b’\x01’，33位元組對應私鑰資料(這裡是私鑰)。

進入bip32_serialize裡面，

def bip32_serialize(rawtuple):
    vbytes, depth, fingerprint, i, chaincode, key = rawtuple
    i = encode(i, , )

    keydata = b'\x00'+key[:-] if vbytes in PRIVATE else key
    bindata = vbytes + from_int_to_byte(depth % ) + fingerprint + i + chaincode + keydata

    return changebase(bindata+bin_dbl_sha256(bindata)[:], , )
           

i的值是0， i = encode(i, 256, 4)把0轉換為b’\x00\x00\x00\x00’。

keydata是就是公鑰或者私鑰資料(這裡是私鑰)。

最後拼接然後轉換為base58表示。

下面看看如何用主密鑰衍生出第一個子密鑰。

參數0是一個索引值，表示第一個子密鑰。

def bip32_ckd(data, i):
    return bip32_serialize(raw_bip32_ckd(bip32_deserialize(data), i))
           

bip32_serialize這個之前說過了，bip32_deserialize很明顯是相對的，反序列化。就是把主密鑰再變回元組的表示。

是以核心的函數是raw_bip32_ckd。在分析這個函數之前還是要先來點理論知識，看看BIP32裡對于主密鑰(私鑰)衍生子密鑰是怎麼說的，

函數CKDpriv（（kpar，cpar），i）→（ki，ci）從父擴充私鑰計算子擴充私鑰：

1. 檢查 是否 i ≥ 2^31(子私鑰)。

   如果是（硬化的子密鑰）：讓I= HMAC-SHA512（Key = cpar，Data = 0x00 || ser256（kpar）|| ser32（i））。 （注意：0x00将私鑰補齊到33位元組長。）

   如果不是（普通的子密鑰）：讓I= HMAC-SHA512（Key = cpar，Data = serP（point（kpar））|| ser32（i））。

2. 将I分為兩個32位元組序列，IL和IR。
3. 傳回的子密鑰ki是parse256（IL）+ kpar（mod n）。
4. 傳回的鍊碼ci是IR。

如果parse256（IL）≥n或ki = 0，則生成的密鑰無效，并且應繼續下一個i值。 （注：機率低于1/2127）

def raw_bip32_ckd(rawtuple, i):
    vbytes, depth, fingerprint, oldi, chaincode, key = rawtuple
    i = int(i)

    if vbytes in PRIVATE:
        priv = key
        pub = privtopub(key)
    else:
        pub = key

    if i >= **:
        if vbytes in PUBLIC:
            raise Exception("Can't do private derivation on public key!")
        I = hmac.new(chaincode, b'\x00'+priv[:]+encode(i, , ), hashlib.sha512).digest()
    else:
        I = hmac.new(chaincode, pub+encode(i, , ), hashlib.sha512).digest()

    if vbytes in PRIVATE:
        newkey = add_privkeys(I[:]+B'\x01', priv)
        fingerprint = bin_hash160(privtopub(key))[:]
    if vbytes in PUBLIC:
        newkey = add_pubkeys(compress(privtopub(I[:])), key)
        fingerprint = bin_hash160(key)[:]

    return (vbytes, depth + , fingerprint, i, I[:], newkey)
           

代碼比較簡單，都是按照協定的流程編寫的。這裡隻需要特别說明密鑰指紋(fingerprint)的計算規則，

fingerprint = bin_hash160(privtopub(key))[:]
           

根據BIP32,擴充密鑰可以由序列化的ECSDA公鑰K的Hash160（SHA256之後的RIPEMD160）辨別。