通过本章的学习，可以帮你很具象的熟悉钱包的原理，以及私钥、公钥、比特币地址和钱包的关系。本章可以为产品和技术人员设计研发数字钱包时提供参考。
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4.1私钥、公钥、地址和钱包的关系
钱包：钱包是私钥的容器，钱包中只包含私钥，不包含比特币，钱包定义了一套生成私钥、管理私钥以及使用私钥签名的规则。
私钥：作用是对交易进行签名。由钱包通过随机熵源生成，也可由钱包导入已有的私钥。
公钥：由私钥通过特定的椭圆曲线函数生成。由私钥可以推出公钥，但由公钥很难计算出私钥。
比特币地址：由公钥经过单向的双哈希函数生成，通过Base58check编码的方式呈现，比特币地址以数字1开头。
在了解以上4个概念的关系后，下面详细讲解私钥、公钥、地址的生成原理以及钱包的分类。
4.2私钥的生成原理
私钥就是一个随机选出的数字而已，该随机数是一个二进制的256位数字。随机性数据来源于符合密码学安全的随机数生成器，即从一堆随机源的数据中取出一串随机字节，通过SHA算法转化成256位的二进制数字，再验证选择的随机数是否处于1到n-1之间(其中n是一个常数，略小于2^256)，如果运算结果小于n-1，则随机数合适，否则需要重新选取随机数，直至所选取的随机数满足验证条件为止。
2020欧洲杯得分王奖杯首度结合区块链技术:6月14日，欧足联官方公布了 2020 欧洲杯支付宝得分王奖杯，这是欧洲杯 60 年历史上，首座结合了区块链技术的奖杯。[2021/6/14 23:35:48]
当然，不同的钱包选取的随机数位数可能不一样。
私钥的表示方法
私钥的常见表示法有十六进制、WIF格式、WIF-compressed格式。
十六进制格式的私钥，是将原始256位的二进制数据转换成了64位的十六进制数据表示出来；
WIF，即钱包导入格式，指将私钥导入新的钱包中时，钱包用来识别私钥的格式，所以在钱包导出私钥时，会生成该格式的私钥。WIF格式的私钥以5开头，代表该格式的私钥需要生成非压缩格式的公钥。
WIF-compressed，即钱包导入压缩格式，该私钥的格式以K或L开头，将私钥导入到钱包后，代表钱包会用该格式的私钥生成压缩格式的公钥，以便正确解析比特币地址。
4.3公钥的生成原理
原力区资深研究员黑哥：Filecoin实现的是数据存储的区块链化 挖矿会逐步平民化:IPFS100.com现场报道，8月3日，由IPFS100.com主办，CapitalN节点咨询承办，金色算力云联合主办，深圳市先河系统技术有限公司金牌赞助，逆熵科技银牌赞助，金色财经作为联合主办媒体的星际漫游指南·逐鹿中原·IPFS技术与应用研讨论坛在郑州举行。
在主题为《Filecoin离落地商用还差什么》的圆桌环节，原力区资深研究员黑哥表示，大矿工测试是Filecoin主网上线前最后一次大型网络测试，也是检测大矿工软硬件的性能是否能够满足网络的需求的测试。Filecoin挖矿是一个技术活，而比特币挖矿是个体力活，两者有所不同，Filecoin要实现的是数据存储的区块链化。主网上线后，Filecoin挖矿将逐步的走向平民化，硬件接入的标准也会有所降低。对于机构投资者来说，应对这些变化的拓展能力和运维能力很重要。[2020/8/3]
私钥通过椭圆曲线函数，可以计算得到公钥，这是不可逆的过程：K=k*G。其中k是私钥，G是椭圆曲线上定义的初始常数点，K是公钥。
现场 | 金色财经颁发“2019最佳区块链培训机构”奖 共6家企业获奖:2019年12月27日，由金色财经主办的“与时共创”颁奖盛典在京举行。金色财经“与时共创”对2019年最具创新力的Staking矿池进行评选，经评委的评选，金色学院，火币大学，火星大学，比特大学，熵链学派，知矿大学 六家企业获“2019最佳区块链培训机构 ”奖项。
本次活动邀请到国内外百余家知名区块链企业、300多名行业领袖、众多产业上下游服务机构代表等业界知名人士共同见证此次颁奖盛典。金色财经“与时共创”活动邀请到40余名资深行业专家作为专业评选团，结合网络投票进行综合评审，通过不同的奖项，对各个企业对实现赋能实体创新引领行业未来发展的努力进行表彰，实现与时代共同探索区块链，共创行业美好蓝图。[2019/12/27]
比特币的椭圆曲线方程：y^2=x^3+7,这条曲线定义在素数阶p的有限域内，可以想象为在一个极大的网格上定义了一系列复杂的散点。公钥K的计算运用了椭圆曲线的加法和乘法规则：k*G=G+G+……+G，且该椭圆曲线上的两个点想加，其相加的和等于与椭圆曲线相交于另一点、然后在X轴上的反射点。那么G+G的值相当于从G点做切线后与曲线相交点，其在X轴上的反射点2G，如下图所示：
区块链3.0：助力行业应用落地 赋能实体经济发展:6月16日，一场以“区块链赋能实体经济”为主题的论坛在深圳紫荆山庄举行，该论坛是2018世界经济特区发展（深圳）论坛的分论坛之一。人工智能、区块链等为代表的新技术不断成熟，极大的加速了传统产业数字化创新转型发展，随着区块链技术的深入应用，如何抢先布局区块链技术，已成为行业热点问题。商务部国际贸易经济合作研究院原院长霍建国指出，中国经济要实现高质量发展应该关注新经济的发展。区块链作为一种新的金融创新工具，需要不断去探索其应用价值，坦率地讲，区块链技术可以在金融、保险、银行账户的跟踪、管理、监管，包括社会公共服务领域发挥直接作用。霍建国认为，在中国目前的发展环境下，不断探索区块链技术普及和应用，关键是要克服几个障碍，这几个障碍主要涉及到诚信体系的建设问题，包括政府的诚信、企业的诚信、整体社会的诚信，我们都需要不断地用各种技术手段，通过新的管理体制的改进加以完善。另一块是大数据所需要的信息公开透明的问题还需要进一步推动解决，现在互联网和大数据技术的应用和普及要提供更好的条件，有了这些作为发展的条件和基础，区块链就会建立在更顺利的发展道路上。[2018/6/18]
图一椭圆曲线同点相加，图片来源于网络
MOAC 首席商务官Ryan Wang: 区块链正式进入3.0时代:MOAC公链首席商务官Ryan Wang日前在明斯克举行的创新大会上，给大家带来了刚刚主网上线的Moac公链并展示了区块链3.0的魅力。Moac 作为第一个已经实现了分层，分片，跨链和子链技术的可大规模商用区块链公链已经于今年4月30日主网上线，区块链已经正式从白皮书构想进入3.0时代。[2018/5/18]
公钥K定义为该反射点的坐标K=。
公钥的表示方法
公钥是根据椭圆曲线计算出来的坐标，知道了x的值，可以根据函数求出对应y的值。如果同时将x和y用256位二进制存储的话，所占空间将增大1倍，存储空间上有些浪费。所以，公钥的表示格式分为非压缩格式和压缩格式。
非压缩格式的公钥，是指生成的公钥拼接了x和y的值，非压缩格式的公钥，以前缀04开头。
压缩格式的公钥，是指生成的公钥中只包含了x的值，压缩格式的公钥，以前缀02或03开头。如上述椭圆曲线同点相加图示，同一个横坐标x可能对应2个y值，由于y在有限域中只有正数，此处的2个y值分别对应奇数和偶数，前缀02开头表示y是偶数，前缀03开头表示y是奇数。
由私钥生成压缩格式的公钥时，会在私钥的后面拼接01，用以表明该私钥来自于一个较新的钱包，只能用来生成压缩的公钥。对于私钥本身，是不会改变原值而压缩的。这样做的目的是为了给导入私钥的钱包一个信号：到底是使用压缩格式公钥和比特币地址去扫描区块链，还是使用非压缩格式公钥和比特币地址。
4.4比特币地址
比特币地址是将公钥经过双哈希，得到公钥哈希后，采用Base58check编码的形式展示。比特币地址以1开头。
Base64编码是将任意的一长串输入转化成特定长度的数字和字母组成的表示法，其编码字符使用了26个小写字母、26个大写字母、10个数字和两个符号+以及/，Base58编码舍弃了一些容易错读和混淆的字符，其不含数字0，小写o、大写O、小写i、大写I以及+和/两个字符。Base58check编码采用的是Base58编码，同时加入了校验的功能。
最终的比特币地址由版本前缀、公钥哈希和校验码3部分组成。其中版本前缀用来标识编码后得到的是比特币地址，如采用Base58check编码时，比特币地址的前缀是0，私钥编码的前缀为128；公钥哈希，即将原始公钥经过SHA256和RIPEMD计算后得到的20字节的值；校验码，是由前缀拼接公钥哈希后，经过2次SHA256，取计算后的值的前4个字节得到。
比特币地址的生成原理，如下图所示：
图二比特币地址的生成原理
使用Base58check编码格式时，编码软件会计算原始数据的校验码和结果数据中自带的校验码进行对比，二者不匹配则表明有错误产生，那么这个地址也是无效的。
4.5比特币钱包的分类
钱包是用来管理私钥的容器。比特币钱包分为非确定性钱包钱包和确定性钱包。
非确定性钱包：由钱包预先随机生成N个私钥，每个私钥一旦使用，需要单独备份，当密钥足够多时，很难管理、备份和导入到新钱包，所以这种钱包使用起来很不方便，正被确定性钱包替代。
确定性钱包：又称种子钱包，顾名思义，即通过一个种子即可推出所有密钥。所以，在备份密钥或导入到新钱包时，只需要备份种子密钥即可，剩余的密钥可以根据既定规则推算出来。常见的确定性钱包，包含助记码词汇以及分层确定性钱包。
助记码词汇
助记码词汇是用英文单词序列代表作种子，来对应确定性钱包的随机数。单词的顺序就是钱包的备份，也就是对应的私钥集合。助记码词汇可以让使用者复制钱包更容易一些，它们相对于随机数字顺序来说，可以很容易的被读并且正确抄写。
助记码和种子的创建过程如下：
1.创造一个128到256位的随机顺序；
2.使用SHA256哈希该随机顺序，取前几位作为校验和。所选取的随机数的位数不同，校验和的字符数也不相同。
3.把校验和拼接在随机顺序的后面
4.按顺序把拼接后的值分解成11位不同的集合，并用这些集合去和一个预先已经定义的2048个单词字典做对应
5.取出对应的单词，按顺序即可生成一个12至24个词的助记码。
分层确定性钱包
分层确定性钱包，是通过单个种子生成主密钥，再由主密钥以树状结构衍生子密钥，子密钥又可以通过规则衍生出孙密钥，以此类推，一个种子可以衍生出无穷个子密钥，而且备份时只需备份种子即可将钱包中的所有密钥备份。
由种子衍生主密钥的过程：
如上图所示，由随机数生成种子后，通过单向哈希函数，输出512位的值，其中左边的256位做为主密钥，右边的256位作为主链编码。
由父私钥衍生子私钥的过程：
如上图所示，父私钥衍生子私钥时，先由父私钥生成父公钥，再由父公钥、父链编码和索引号通过单向哈希函数计算输出512位的值，左边的256位对应子密钥，右边的256位对应子链编码。其中索引号用来标识子私钥对应的位置。
4.6总结
通过本章的学习，可以很具象的熟悉私钥、公钥和比特币地址的背后原理，同时了解钱包的本质及其管理私钥的方式。本章可以为产品和技术人员设计研发数字钱包时提供参考。
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