Hd wallets

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BIP 32: Hierarchical Deterministic Wallets

分层确定性钱包（或简称 "HD Wallets"）是一种从单一源生成其所有密钥和地址的钱包。

分层（Hierarchical） – 密钥和地址可以组织成一棵树。
确定性（Deterministic） – 密钥和地址总是以 相同的方式 生成。

所以基本上，HD Wallets 允许你使用单个 seed 生成数十亿个私钥。因此，只要你记住 seed，你就始终能够恢复相同的密钥和地址。

这使得它们比早期单独生成和存储私钥的比特币钱包更加用户友好。

HD Wallets 最有趣的特性是你可以生成新的公钥，而无需同时生成它们对应的私钥。

示例¶

以下是我喜欢的一些流行的 HD Wallets 示例：

Electrum (桌面端)
Sparrow Wallet (桌面端)
Trezor (硬件钱包)
Coldcard (硬件钱包)

几乎所有现代钱包（自 2013 年以来）都是分层确定性的。

助记词¶

当你创建 HD Wallets 时，你会获得一个包含 12 或 24 个单词的助记词。这是 seed 的来源，然后用于生成钱包中的所有密钥和地址。

例如：

新 Seed

切勿使用由网站生成的 seed，也不要在网站中输入你的 seed。 网站很容易保存 seed 并利用它窃取你的所有比特币。

派生路径¶

你的 HD Wallets 中的密钥将根据你想使用的地址类型，使用以下派生路径之一生成：

m/44'/0'/0' <- 1地址 (P2PKH)
m/49'/0'/0' <- 3地址 (P2SH-P2WPKH)
m/84'/0'/0' <- bc1地址 (P2WPKH)

优势¶

HD Wallets 的优势是什么？

1. 单一备份¶

在基础钱包中，每次你想接收比特币时，都会独立生成私钥和公钥对。

基础钱包。

这运行得很好，但这意味着每次你收到新的付款时，你都需要备份你的钱包。

然而，在分层确定性钱包中，你可以使用单个 seed 来创建 主私钥，并可以使用它来生成数十亿个“子”私钥和公钥。

HD Wallets（确定性）。

所以现在你唯一需要备份的就是 seed，因为你从中创建的主私钥将始终以相同的方式（确定性地）生成你钱包的密钥。

2. 组织性¶

分层确定性钱包的另一个酷炫之处在于其分层部分。

钱包中的每个子密钥也可以生成它自己的密钥，这意味着你可以创建一个树状结构（或层级）来组织钱包中的密钥。

HD Wallets（分层）。

然后，你使用树的不同部分将密钥分入不同的“账户”中。

3. 独立生成公钥¶

但是，主私钥真正酷炫的地方在于它有一个相对应的主公钥，这可以在没有私钥的情况下生成相同的子公钥。

你可以独立于相对应的私钥生成公钥。

因此，你可以将 主公钥 发送到另一台计算机（例如网络商店服务器）以生成新的接收地址，而不必担心如果服务器被黑客入侵，私钥会被窃取。

这看起来像魔法，但这全是数学。

这也适用于像硬件钱包这样的设备 – 你可以将私钥保存在安全设备上，并在另一台计算机上生成新的地址来接收付款。

HD Wallets 是如何工作的？¶

以下是 HD Wallets 工作原理的视觉概述。

有关技术细节，请参阅扩展密钥。

1. Seed¶

要创建 HD Wallets，首先要生成 64 个随机字节。这就是我们的 seed。

示例¶

新 Seed

2. 主私钥¶

“主密钥”是通过将 seed 输入到哈希函数（称为 HMAC）中以生成另一组 64 字节来创建的。

Tool Icon HMAC-SHA512

随机示例

数据 (十六进制)

seed 或 (私钥/公钥 + 4字节索引)

0 bytes

密匙 (十六进制)

"Bitcoin seed" 或链码

0 bytes

"Bitcoin seed" (ASCII)

HMAC Icon HMAC-SHA512

结果

HMAC-SHA512(data, key)

0 bytes

0 secs

我们使用这 64 字节来创建我们的主扩展私钥。

前 32 字节是私钥。
后 32 字节是链码。

链码只是额外的 32 字节，我们将它与私钥结合起来创建我们所说的扩展密钥。

示例¶

“扩展密钥”只是与链码相结合的普通密钥。

我们为什么要对 seed 进行哈希？ 我们本来可以直接使用 64 字节的 seed 来创建主扩展私钥。然而，未来的子扩展密钥是使用 HMAC 创建的，因此与我们的创建方式保持一致是件好事。

扩展密钥内嵌入的私钥可以像往常一样用于创建相对应的公钥：

Tool Icon 公钥

生成随机

私钥

0 bytes

公钥坐标

x:

0d

y:

0d

奇偶性:

公钥只是椭圆曲线上的一个点。最终的公钥是这些坐标的十六进制形式。

压缩压缩 (02 或 03 前缀) 未压缩 (04 前缀) 仅 x (无前缀)

椭圆曲线沿 x 轴对称，因此压缩公钥只需存储完整的 x 坐标以及 y 坐标是偶数还是奇数。

仅 x 公钥用于 Taproot 输出。相对应的 y 坐标被假定为偶数。

0 bytes

切勿在网站中输入你的私钥，或使用由网站生成的私钥。 网站很容易保存私钥并利用它窃取你的比特币。

0 secs

实际的主扩展私钥本身就只是私钥和链码。

3. 子密钥 (基础)¶

派生私钥和公钥

通过将扩展私钥（私钥和链码）输入到 HMAC 函数中，从扩展私钥生成新的子私钥。

我们每次还会包含一个索引号，这允许我们从单个主密钥创建多个子密钥。

通过更改索引，你会从哈希函数中得到完全不同的结果。

所以本质上，新的私钥是通过将主扩展私钥与索引号一起进行哈希生成的。

示例¶

在哈希父扩展私钥后计算子私钥时有一个额外的数学步骤。这就是为什么你无法通过简单地将 (32字节私钥 | 4字节索引) 和 (32字节链码) 输入到 HMAC 中来获得正确结果。详情请参阅扩展密钥。

一个扩展密钥可以生成 2,147,483,648 个此类“基础”（硬化）子密钥。

4. 子密钥 (高级)¶

派生私钥和公钥，并独立派生公钥

这是有趣的部分。

如果我们想让扩展私钥创建子私钥和公钥，但同时也想让它相对应的扩展公钥能够生成相同的子公钥呢？

换句话说，我们如何在没有私钥的情况下生成公钥？

1. 扩展公钥¶

首先，我们需要构建扩展公钥。

这只是来自扩展私钥的公钥与相同的链码相结合：

Tool Icon 公钥

生成随机

私钥

0 bytes

公钥坐标

x:

0d

y:

0d

奇偶性:

公钥只是椭圆曲线上的一个点。最终的公钥是这些坐标的十六进制形式。

压缩压缩 (02 或 03 前缀) 未压缩 (04 前缀) 仅 x (无前缀)

椭圆曲线沿 x 轴对称，因此压缩公钥只需存储完整的 x 坐标以及 y 坐标是偶数还是奇数。

仅 x 公钥用于 Taproot 输出。相对应的 y 坐标被假定为偶数。

0 bytes

切勿在网站中输入你的私钥，或使用由网站生成的私钥。 网站很容易保存私钥并利用它窃取你的比特币。

0 secs

示例¶

2. 扩展私钥子密钥¶

主扩展私钥通过将其相对应的扩展公钥的内容输入到 HMAC 函数中，并将结果相加到原始私钥来创建子私钥。

示例¶

3. 扩展公钥子密钥¶

主扩展公钥通过将其内容输入到 HMAC 函数中，并将结果相加到原始公钥来创建子公钥。

示例¶

一个扩展密钥可以生成 2,147,483,648 个这些“高级”（普通）子密钥。
因此，一个扩展密钥总共可以派生出 4,294,967,296 个子密钥：
普通（Normal） = 2,147,483,648 (索引 0 到 2147483647)
硬化（Hardened） = 2,147,483,648 (索引 2147483648 到 4294967295)

现在，因为这次子密钥已根据父私钥和公钥进行了调整，椭圆曲线数学的魔力意味着子私钥和公钥将一一对应。

我知道这看起来像魔法，但这只是数学。

常见问题¶

为什么我们使用链码？¶

添加链码意味着子密钥不是仅从密钥中派生出来的。

例如，我们可能使用树中的一个公钥来接收付款，这将使它在区块链上可见。如果我们不使用链码，任何人都可以获取此公钥并派生它的所有子密钥：

但是通过使用不公开到区块链上的链码，其他人就无法从公钥派生出子密钥：

因此，换句话说，链码是额外的秘密数据，可防止其他人派生密钥的子密钥。

HD Wallets 中的密钥是否相连？¶

不相连。

你无法看出树中的任何两个公钥（或地址）是否属于同一个钱包（即从同一个主扩展密钥派生而来）。

即使子密钥是从主扩展密钥确定性地派生出来的，实际的私钥和公钥本身之间也没有任何相似之处。

因此，对外部世界来说，所有的私钥和公钥就像是完全独立生成的一样。

HD Wallets 中的密钥安全吗？¶

安全，你从 HD Wallets 获得的所有私钥和公钥，都与你使用随机数生成器独立生成的密钥一样安全。

然而，扩展密钥应该格外安全地保存，因为任何有权访问它们的人都可以派生出它们所有的子密钥。

例如，如果你透露了你的主扩展公钥，其他人将能够找到你钱包中的所有地址。他们 无法偷走任何东西，因为他们无法为它们生成私钥，但他们仍然可以看到你拥有多少比特币。

泄漏父扩展公钥以及任何子私钥，会允许他人计算出父扩展私钥。

如果他们能计算出扩展私钥，他们就可以生成该层级（及以下）钱包的所有私钥，并窃取你的比特币：

你起初可能认为这不可能，但确实可以，所以请注意这一点。

尽量不要透露你的扩展公钥。如果透露了，其他人就可以找到你钱包中的地址。
如果你还透露了子私钥，那就和透露扩展私钥一样糟糕了。

地址¶

HD Wallets 中的扩展私钥和扩展公钥有它们自己的地址格式。

Tool Icon 地址（扩展密钥）

生成随机示例

扩展密匙数据

类型

传统 (BIP 44) 扩展私钥 (xprv) 扩展公钥 (xpub)

注意：1地址 (P2PKH)

Segwit (BIP 49) 扩展私钥 (yprv) 扩展公钥 (ypub)

注意：3地址 (P2SH-P2WPKH)

Segwit (BIP 84) 扩展私钥 (zprv) 扩展公钥 (zpub)

注意：bc1地址 (P2WPKH)

深度

从主密钥派生的深度（如果是主密钥则为 0）

0d

+1

指纹

父公钥 HASH160 的前 4 个字节（如果是主密钥则为 00000000）

索引

此密钥与其父密钥的索引号（如果是主密钥则为 0）

0d

+1

链码

父密钥 HMAC-SHA512 的最后 32 字节（密钥+索引，链码）或（seed，密码学密码）

0 bytes

密匙

原始私钥（32字节）或公钥（33字节）

0 bytes

序列化 (十六进制)

0 bytes

校验和0 bytes

地址

序列化扩展密钥和校验和的 Base58 编码

0 characters

切勿使用由网站生成的私钥，或在网站中输入你的私钥。 网站很容易保存私钥并利用它窃取你的比特币。

0 secs

例如，这是我们的主扩展私钥序列化后的样子：

然后，我们可以通过对其进行 base58check 编码来使其成为地址：

这现在是我们的扩展私钥更有用的格式，因为它更容易在计算机之间共享并导入到钱包中。

详情请参阅扩展密钥地址。

历史¶

谁发明了 HD Wallets？

Gregory Maxwell 提出了最初的想法，即你可以微调公钥以获取新的公钥，而无需知道它们对应的私钥，这也被称为 同态派生（homomorphic derivation）。
Armory 是第一个实现这种同态派生的钱包，并且还引入了使用链码的概念。
Pieter Wuille 提出了使用分层结构的想法，并基于 Armory 使用的方案创建了 BIP 32 规范。

FSF 想要接受比特币捐赠，并希望为每个用户生成新的地址，但不希望在他们的 Web 服务器上留有私钥。

Gregory Maxwell, (于 IRC)

HD Wallets (BIP32) 是基于 Armory 的方案，但具有更大的灵活性（分层结构），以及在索引中的随机访问（Armory 的方案要求在派生地址编号 n 之前，生成 n 之前的所有 N 个地址）。

Pieter Wuille, (于 IRC)

总结¶

分层确定性钱包提供了一种生成新私钥和公钥的有用方法。

它是 确定性 的，因为所有的子密钥每次都是以 相同的方式 从单个 seed 生成的；它是分层的，因为你可以将密钥组织成 树状结构（或层级）。额外的好处是可以在完全不了解私钥的情况下派生钱包中的公钥，这非常神奇。

如果你对 HD Wallets 的细节感兴趣，这里有一些更具技术性的解释：

助记词 – 为你的 HD Wallets 生成对用户友好的 seed。
扩展密钥 – 创建主扩展密钥，并从中派生子密钥。
派生路径 – 钱包用于组织密钥的常见层级结构。

资源¶

https://bitcointalk.org/index.php?topic=19137 – Gregory Maxwell 讨论关于确定性钱包的贴子
https://github.com/bitcoin/bips/blob/master/bip-0032.mediawiki – Pieter Wuille 撰写的 BIP
https://iancoleman.io/bip39/ – 一个用于生成 HD Wallets 的优秀网页工具
https://github.com/lian/bitcoin-ruby/blob/master/lib/bitcoin/ext_key.rb – Ruby 语言的简洁实现
https://www.youtube.com/watch?v=OVvue2dXkJo – James Chiang 的演讲
https://www.cs.cornell.edu/~iddo/detwal.pdf – Gregory Maxwell 关于确定性钱包的幻灯片
https://eprint.iacr.org/2014/998.pdf – Gus Gutoski 和 Douglas Stebila 撰写的有趣论文
Hierarchical determinism: how Bitcoin's HD wallets are born – 带有交互式工具的 HD Wallets 介绍