扩展公钥与扩展私钥

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比特币钱包软件让你可以在同一个应用中使用许多个 “钱包” 并生成无数个地址。理解 “xPub” 和 “xPriv” 可以帮助你理解这是怎么做到的。

扩展公钥与扩展私钥

“xPub” 是 “扩展公钥(Extended Public Key)” 的缩写,而 “xPriv” 是 “扩展私钥(Extended Private Key)” 的缩写。简单来说,xPub 和 xPriv 是父密钥,钱包软件用它们就可以自动地产生不计其数的子密钥,并在软件中使用这些私钥和公钥。

作为比特币用户,理解 xPub 和 xPriv 可以帮助你:

  • 探索能够丰富你的比特币使用体验的方法
  • 理解公钥和私钥如何影响你的比特币的安全性和隐私性
  • 理解为什么最好的比特币钱包都使用这样的规范

xPub 和 xPriv 并不是比特币钱包一诞生就有的东西,下面就是我们需要它们的理由。

xPub 和 xPriv 出现以前的比特币

第一种比特币钱包 Bitcoin-Qt,是有密钥管理问题的。它会随时生成一堆私钥,然后全部存储在计算机本地的 wallet.dat 文件里。

虽然这种办法也不是不行,但要是用户意外删除了这个密钥文件,或者遇到了恶意软件,那用户就可能会弄丢比特币。此外,如果你加密了这个文件,但忘记了加密的口令,也无法再复原你的资金。

作为 Bitcoin-Qt 的用户,要保证你的资金的安全,你还必须每当发起一笔交易就备份一次新版本的 wallet.dat 文件。当然,它还是没有针对忘记口令的解决方案。

为了让钱包和地址的管理不那么麻烦,人们提出了 BIP32(比特币升级提议 32),改变了私钥的生成方式。在这个协议中,比特币钱包不再需要为每一笔交易随机生成私钥,一个主密钥(master key)就足以按照预先定义的方式生成其它密钥。

用一种确定性的方式来生成私钥,意味着:

  • 你只需要备份一个私钥(主私钥)
  • 在多个钱包软件中使用相同的私钥变得更加便捷

下面,我们来看看父私钥是如何取代多个私钥的:

xPub 和 xPriv 的工作原理

比特币离不开密钥对的概念,其中,私钥是用来签名交易(转移资金)的,而公钥(本身是从私钥计算出来的),则是用来接收交易的。

至于 xPub(扩展公钥)和 xPriv(扩展私钥),它们当然分别是公钥和私钥,但是其作用跟上述的不同。它们的 “扩展性” 使得它们可以派生出更多的子私钥和子公钥。此外,就像普通的私钥和公钥的关系一样,扩展公钥也是从扩展私钥中计算出来的。

而且,派生出来的子密钥可以继续派生子密钥(对扩展密钥来说就是孙子密钥了)。但不论派生多少代,(因为派生的方法)每一代子密钥都携带其父密钥的唯一签名(就像 DNA 一样)。这种家族树一样派生程序,催生了新一代的比特币钱包 —— 层级确定式钱包。

在层级确定式钱包(也称 “HD 钱包”)中,选定了某一条 树路径/分支,也就确定了子密钥。持有父密钥(也就是 xPub 和 xPriv),你可以遍历所有分支来检查子密钥(译者注:实际上,完全遍历是做不到的)。

只需持有一个主密钥,就可以派生出许许多多的密钥;这样的便利给比特币打开了一个全新的世界,用户再也不需要在更好的隐私性与便利的备份之间权衡取舍。

(译者注:在 BIP 32 出现之前,“钱包” 与 “地址” 的概念几乎是等同的,因为地址之间没有关联,所以每一个地址都是一个钱包;但在 BIP32 出现之后,两者就可以分离了,一个钱包指的不是一个地址,而是一对拓展密钥(主密钥)推导出来的一组地址。当然,因为地址是层级式的,由路径决定,所以, 你可以给地址分组,从而产生其它的概念,例如,下文所说的 “账户”。)

实际操作 xPub 和 xPriv

你可以在同一个钱包中拥有许多账户

因为一个父密钥就可以生成出许多子密钥,钱包软件可以派生出子私钥和子公钥,并将这些子私钥和子公钥进一步用作父密钥,从而在一个主钱包中产生新钱包。

作为用户,如果你想在一个钱包中设立多个账户,这是非常有用的。你可以运用这种特性,将你的金融身份分离开来。例如,你可以设立一个用于私人支出的账户、一个用作商务的账户,甚至一个储蓄账户,无需建立多个比特币钱包。

易于保管你的密钥

随机生成私钥意味着你在备份时需要备份许多私钥。但实现了 xPub 和 xPriv 的钱包,备份起来就不必这么麻烦了。

因为父密钥可以确定性地生成子密钥,并将这些密钥用于你的交易,所以你只需备份一个主密钥就可以了。这个主密钥可以推导出你曾用在交易中的所有密钥。因此,你只需要备份主密钥,就可以复原你所有的资金。(译者注:对大部分单签名钱包,这段说法是成立的;但是,请记住,地址是由主密钥和派生路径决定的,不同钱包可能使用不同的派生路径,所以最好也备份派生路径,除非你非常确定被使用的派生路径是标准的。)

你可以在单个比特币钱包中共享资金

因为 xPriv 可以签名用它来生成的任意地址的交易,分享它就可以让受你信任的人代你发起交易。举个例子,一个阻止可以使用主密钥 xPriv 生成子密钥,并将这些密钥分别发给采购部门和员工薪酬部门,它们都可可以获得资金,但无法花费其他部门的资金。

因此,在分享 xPriv 时,应当极为小心,因为任何人只要掌握了你的私钥,就可以控制你所有的资金。

更好的隐私性

一个 xPub 可以生成许多子公钥,用来接收资金。这是一种非常简单的提升比特币交易隐私性的办法,因为它防止了许多交易数据跟同一个地址关联起来(如果你重复使用相同的地址来接收互无关联的交易,就有这样的风险)。

可以同时使用多种钱包软件

xPriv 和 xPub 是比特币世界的进步,它让用户可以使用不止一种钱包软件,而无需创建多个备份。

在某一个钱包软件中生成种子词之后,你就可以将它导入另一种钱包软件,并推导得出相同的 xPub 和 xPriv,并复原资金的控制权(即使你此前从没用过这种钱包软件)。

不过,不同的钱包可能使用不同的派生路径,所以你并不是一定能成功。在切换软件供应商之前,你可以先检查一下不同比特币钱包的兼容性

安全地给不信任的人支付

因为私钥完全控制着你的资金,在联网、接收支付的设备上存储它们是不理想的。尤其是,如果你在不安全的支付处理器上存储私钥的话,任何恶意软件都可能让你损失资金。

但是,只需 xPub 就足以生成许多地址(用于接收支付),所以你不必让你的私钥暴露在可能的威胁中。

(译者注:作者在此处没有探讨的一种可能性是,当某人公开了自己的 xPub,我们就可以在其主人不知情的情况下使用其公钥 —— 我们可以用这个 xPub 推导出许多子公钥,然后放在我们的多签名钱包中。因为派生路径无限多,如果我们不告知原主人,TA 就不可能直到我们用到了 TA 的公钥;但因为确定性推导的特性,当 TA 知道了这些公钥之后,又确实能为它们生成有效的签名。)

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本文是全系列中第74 / 187篇:行业技术

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