5.1钱包技术概述

在本节中，我们总结了各种技术，它们为用户构建起友好，安全和灵活的比特币钱包。

关于比特币的常见误解是，比特币钱包里含有比特币。 事实上，钱包里只含有密钥。 “币”被记录在比特币网络的区块链中。 用户使用钱包中的密钥签名交易，从而控制网络上的钱币。 某种意义上，比特币钱包是密钥链。

提示 比特币钱包只含有密钥，而不是币。 每个用户都有一个包含多个密钥的钱包。 钱包只包含私钥/公钥对的密钥链（请参阅第四章）。 用户用密钥签名交易，从而证明他们拥有这笔交易的输出（他们的钱币）。 钱币以交易输出的形式存储在区块链中（通常记为vout或txout）。

根据钱包包含的多个密钥之间是否有关系，主要分为两种类型：

第一种类型是非确定性钱包（nondeterministic wallet），其中每个密钥都是从随机数独立生成的。密钥彼此无关。这种钱包也被称为“Just a Bunch Of Keys（一堆密钥）”，简称JBOK钱包。

第二种类型是确定性钱包（deterministic wallet），其中所有的密钥都是从一个主密钥派生出来，这个主密钥即为种子（seed）。该类型钱包中所有密钥都相互关联，如果有原始种子，则可以再次生成全部密钥。确定性钱包中使用了许多不同的密钥推导方法。最常用的推导方法是使用树状结构，称为分层确定性（hierarchical deterministic）钱包或HD钱包。

确定性钱包由种子进行初始化的。为了便于使用，种子被编码为英文单词，也称为助记词（mnemonic code words）。

接下来的几节将深入介绍这些技术。

5.1.1非确定性（随机）钱包

在第一个比特币客户端中（ 现在叫Bitcoin Core）中，钱包只是随机生成的私钥的集合。举个例子，Bitcoin Core客户端第一次启动时预先生成100个随机私钥，之后根据需要再生成足够多的密钥，并且每个密钥只使用一次。这种钱包现在正在被确定性钱包替换，因为它们难以管理、 备份以及导入。随机密钥的缺点就是如果你生成很多密钥，就必须保存它们所有的副本。这就意味着这个钱包必须频繁地备份。每一个密钥都必须备份，否则一旦钱包不可访问时，钱包所控制的资金就会无法挽回地丢失。这就与避免地址重复使用的原则相冲突：每个比特币地址只能用于一次交易。地址重复使用会把多个交易和地址关联在一起，会减少隐私。零型非确定性钱包不是好的选择，特别是要避免重复使用地址，因为要管理更多的密钥，还要更频繁地备份。虽然Bitcoin Core客户端包含0型钱包，但Bitcoin Core开发者并不鼓励大家使用。图5-1展示的是一个非确定性钱包，其含有的随机密钥是个松散的集合。

提示 除了简单的测试之外，任何场合都不鼓励使用非确定性钱包。 对于备份和使用来说太麻烦了。 相反，推荐使用基于行业标准的HD钱包，只需要备份种子助记词。

图5-1 0型非确定性（随机）钱包：随机钥匙的集合

5.1.2 确定性（基于种子）钱包

确定性，或者“基于种子”钱包包含的私钥都是使用相同种子，通过单向哈希函数衍生而来的。种子是随机生成的数字。还和别的数据，比如索引号码或者“链码”（参见“ 分层确定性钱包（BIP-32/BIP-44）”一节）结合起来派生私钥。在确定性钱包中，只需要种子就足够恢复所有的派生的私钥，所以只要在初始创建时，一个简单备份就足够。种子也足以用于钱包导入或者导出，允许在不同钱包实现之间轻松迁移所有用户密钥。图5-2展示了确定性钱包的逻辑图。

图5-2 1型确定性(基于种子钱包）：从种子派生的密钥的确定性序列

5.1.3 分层确定性钱包（HD Wallets (BIP-32/BIP-44)）

确定性钱包被开发成更容易从单个“种子”中生成许多密钥。确定性钱包的最高级形式是通过BIP-32标准定义的HD钱包。HD钱包包含的密钥以树状结构衍生，使得父密钥可以衍生一系列子密钥，每个子密钥又可以衍生出一系列孙密钥，以此类推，无限衍生。图5-3展示了这种树状结构。

图5-3 2型D钱包:从种子产生的密钥树

相比较随机（不确定性）密钥，HD钱包有两个主要的优势。第一，树状结构可以被用来表达附加的组织含义，比如子密钥的特定分支用来接收交易收入款项，另一个分支用来负责接收对外付款的找零。密钥的分支也可以用于公司设置，将不同的分支分配给部门、子公司、特定功能或会计类别。

HD钱包的第二个好处是，用户可以创建一系列公钥，而不需要访问对应的私钥。这样，HD钱包就能用在不安全的服务器上，或者仅作为接收用途，它为每个交易发布不同的公钥。公钥不需要被预先加载或者提前衍生，服务器也不需要有用来支付的私钥。

5.1.4 种子和助记词（BIP-39）

HD钱包具有管理多个密钥和多个地址的强大机制。如果将它们与一种标准化的方法相结合，从一系列英文单词创建种子，这些单词更易于转录、导出和跨钱包导入，那么它们将更加有用。 这些英文单词被称为助记词，标准由BIP-39定义。 今天，大多数比特币钱包（以及其他加密货币的钱包）使用此标准，使用可互操作的助记词导入和导出种子进行备份和恢复。

让我们从实际的角度来看以下哪些种子更容易转录，记录在纸上、无错拼读、导出导入到别的钱包：

16进制表示的确定性钱包的种子：

0C1E24E5917779D297E14D45F14E1A1A

12个单词的助记词表示的确定性钱包的种子：

army van defense carry jealous true
garbage claim echo media make crunch

5.1.5 钱包最佳实践

由于比特币钱包技术已经成熟，出现了一些常见的行业标准，使得比特币钱包具备广泛互操作，易于使用，安全和灵活的特性。这些常用的标准是：

• 助记码，基于BIP-39

• HD钱包，基于BIP-32

• 多用途HD钱包结构，基于BIP-43

• 多币种和多帐户钱包，基于BIP-44

这些标准可能会随着发展而改变或过时，但是现在它们形成了一套互锁技术，这些技术事实上已成为比特币的钱包标准。

这些标准已被软件和硬件比特币钱包广泛采用，使所有这些钱包实现互操作。用户导出在其中一个钱包上生成的助记词，再导入另一个钱包，就可以恢复所有交易，密钥和地址。

支持这些标准的软件钱包，有（按字母顺序排列）Breadwallet，Copay，Multibit HD和Mycelium。支持这些标准的硬件钱包，有（按字母顺序排列）Keepkey，Ledger和Trezor。

以下部分将详细介绍这些技术。

提示 如果您正准备实施一个比特币钱包，那么应该构建为一个HD钱包，遵循BIP-32，BIP-39，BIP-43和BIP-44标准，将种子编码为助记词用以备份，像下面章节会描述的。

5.1.6 使用比特币钱包

在之前的用户故事中，我们介绍了Gabriel，里约热内卢是一个有进取心的少年，他正在经营一家简单的网络商店，销售比特币品牌的T恤，咖啡杯和贴纸。

Gabriel使用图5-4的Trezor比特币硬件钱包来安全地管理他的比特币。 Trezor是一个简单的USB设备，具有两个按钮，用于存储密钥（以HD钱包的形式）和签署交易。 Trezor钱包遵循本章讨论的所有行业标准，因此Gabriel不依赖于任何专有技术或单一供应商解决方案。

图5-4 Trezor设备：比特币硬件HD钱包

当Gabriel首次使用Trezor时，设备从内置的硬件随机数生成器生成助记词和种子。 在钱包初始化阶段，屏幕上会按顺序逐个显示单词（见图5-5）。

图5-5 Trezor显示的其中一个助记词

写下这个助记词，Gabriel就创建了一个备份（参见表5-1），可以在Trezor设备丢失或损坏的情况下用于恢复。 记下来的助记词可以在新的Trezor钱包，或者任一种兼容的软件和硬件钱包进行恢复。 请注意，单词顺序非常重要，因此，助记词记录在纸上时，每个单词之间都要有空格。Gabriel必须仔细地把每个单词都记录在编号的空格里，以保持正确的顺序。

表5-1 Gabriel的助记器备份

提示 为了简单起见，表5-1显示了12个单词。 事实上，大多数硬件钱包生成更安全的24个词的助记符。 助记词使用的方式都是相同的，与长度无关。

作为网店的第一次实践，Gabriel使用他的Trezor设备生成一个比特币地址。 所有客户的订单都使用此单一地址。 我们将看到，这种方法有一些缺点，不过可以使用HD钱包进行改进。