私钥

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在比特币中,私钥本质上就是一个256位的随机整数。我们以JavaScript为例,演示如何创建比特币私钥。

在JavaScript中,内置的Number类型使用56位表示整数和浮点数,最大可表示的整数最大只有9007199254740991。其他语言如Java一般也仅提供64位的整数类型。要表示一个256位的整数,只能使用数组来模拟。bitcoinjs使用bigi这个库来表示任意大小的整数。

下面的代码演示了通过ECPair创建一个新的私钥后,表示私钥的整数就是字段d,我们把它打印出来:

const bitcoin = require('bitcoinjs-lib');
----
let keyPair = bitcoin.ECPair.makeRandom();
// 打印私钥:
console.log('private key = ' + keyPair.d);
// 以十六进制打印:
console.log('hex = ' + keyPair.d.toHex());
// 补齐32位:
console.log('hex = ' + keyPair.d.toHex(32));

注意:每次运行上述程序,都会生成一个随机的ECPair,即每次生成的私钥都是不同的。

256位的整数通常以十六进制表示,使用toHex(32)我们可以获得一个固定64字符的十六进制字符串。注意每两个十六进制字符表示一个字节,因此,64字符的十六进制字符串表示的是32字节=256位整数。

想要记住一个256位的整数是非常困难的,并且,如果记错了其中某些位,这个记错的整数仍然是一个有效的私钥,因此,比特币有一种对私钥进行编码的方式,这种编码方式就是带校验的Base58编码

对私钥进行Base58编码有两种方式,一种是非压缩的私钥格式,一种是压缩的私钥格式,它们分别对应非压缩的公钥格式和压缩的公钥格式。

具体地来说,非压缩的私钥格式是指在32字节的私钥前添加一个0x80字节前缀,得到33字节的数据,对其计算4字节的校验码,附加到最后,一共得到37字节的数据:

0x80           256bit             check
┌─┬──────────────────────────────┬─────┐
│1│              32              │  4  │
└─┴──────────────────────────────┴─────┘

计算校验码非常简单,对其进行两次SHA256,取开头4字节作为校验码。

对这37字节的数据进行Base58编码,得到总是以5开头的字符串编码,这个字符串就是我们需要非常小心地保存的私钥地址,又称为钱包导入格式:WIF(Wallet Import Format),整个过程如下图所示:

uncompressed-wif

可以使用wif这个库实现WIF编码:

const wif = require('wif');
----
// 十六进制表示的私钥:
let privateKey = '0c28fca386c7a227600b2fe50b7cae11ec86d3bf1fbe471be89827e19d72aa1d';
// 对私钥编码:
let encoded = wif.encode(
        0x80, // 0x80前缀
        Buffer.from(privateKey, 'hex'), // 转换为字节
        false // 非压缩格式
);
console.log(encoded);

另一种压缩格式的私钥编码方式,与非压缩格式不同的是,压缩的私钥格式会在32字节的私钥前后各添加一个0x80字节前缀和0x01字节后缀,共34字节的数据,对其计算4字节的校验码,附加到最后,一共得到38字节的数据:

0x80           256bit           0x01 check
┌─┬──────────────────────────────┬─┬─────┐
│1│              32              │1│  4  │
└─┴──────────────────────────────┴─┴─────┘

对这38字节的数据进行Base58编码,得到总是以KL开头的字符串编码,整个过程如下图所示:

compressed-wif

通过代码实现压缩格式的WIF编码如下:

const wif = require('wif');
----
// 十六进制表示的私钥:
let privateKey = '0c28fca386c7a227600b2fe50b7cae11ec86d3bf1fbe471be89827e19d72aa1d';
// 对私钥编码:
let encoded = wif.encode(
        0x80, // 0x80前缀
        Buffer.from(privateKey, 'hex'), // 转换为字节
        true // 压缩格式
);
console.log(encoded);

目前,非压缩的格式几乎已经不使用了。bitcoinjs提供的ECPair总是使用压缩格式的私钥表示:

const
    bitcoin = require('bitcoinjs-lib'),
    BigInteger = require('bigi');
----
let
    priv = '0c28fca386c7a227600b2fe50b7cae11ec86d3bf1fbe471be89827e19d72aa1d',
    d = BigInteger.fromBuffer(Buffer.from(priv, 'hex')),
    keyPair = new bitcoin.ECPair(d);
// 打印WIF格式的私钥:
console.log(keyPair.toWIF());

小结

比特币的私钥本质上就是一个256位整数,对私钥进行WIF格式编码可以得到一个带校验的字符串。

使用非压缩格式的WIF是以5开头的字符串。

使用压缩格式的WIF是以KL开头的字符串。


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