以太坊錢包開發系列2 - 賬號Keystore檔案匯入匯出

Tiny熊發表於2018-11-08

以太坊去中心化網頁錢包開發系列，將從零開始開發出一個可以實際使用的錢包，本系列文章是理論與實戰相結合，一共有四篇：建立錢包賬號、賬號Keystore檔案匯入匯出、展示錢包資訊及發起簽名交易、傳送Token(代幣），這是第二篇，主要介紹錢包賬號匯出與匯入，將對Keystore檔案的生成的原理進行介紹。

如何匯入Geth建立的賬號？

在上一篇文章，介紹瞭如何使用私鑰及助記詞來建立賬號，如果是使用已有的私鑰及助記詞，這其實也是賬號匯入的過程。

有一些同學會問，我的賬號是Geth生成的，如何匯入到錢包呢？使用Geth的同學，應該知道Geth在建立賬號時會生成一個對應keystore JSON檔案，Keystore檔案儲存加密後的私鑰資訊，因此我們需要做的就是匯入這個Keystore檔案，這個檔案通常在同步區塊資料的目錄下的keystore資料夾（如： ~/.ethereum/keystore）裡。

儘管在ethers.js 中，簡單的使用一個函式就可以完成keystore檔案的匯入，不過理解Keystore 檔案的作用及原理還是非常有必要的，當然如果你是在沒有興趣，可以直接跳到本文最後一節：使用ethers.js 實現賬號匯出匯入。

詳細解讀 Keystore 檔案

為什麼需要 Keystore 檔案

通過這篇文章理解開發HD 錢包涉及的 BIP32、BIP44、BIP39，私鑰其實就代表了一個賬號，最簡單的保管賬號的方式就是直接把私鑰儲存起來，如果私鑰檔案被人盜取，我們的數字資產將洗劫一空。

Keystore 檔案就是一種以加密的方式儲存金鑰的檔案，這樣的發起交易的時候，先從Keystore 檔案是使用密碼解密出私鑰，然後進行簽名交易。這樣做之後就會安全的多，因為只有黑客同時盜取 keystore 檔案和密碼才能盜取我們的數字資產。

Keystore 檔案如何生成的

以太坊是使用對稱加密演算法來加密私鑰生成Keystore檔案，因此對稱加密祕鑰(注意它其實也是發起交易時需要的解密祕鑰)的選擇就非常關鍵，這個祕鑰是使用KDF演算法推導派生而出。因此在完整介紹Keystore 檔案如何生成前，有必要先介紹一下KDF。

使用 KDF 生成祕鑰

密碼學KDF（key derivation functions），其作用是通過一個密碼派生出一個或多個祕鑰，即從 password 生成加密用的 key。

其實在理解開發HD 錢包涉及的 BIP32、BIP44、BIP39中介紹助記詞推匯出種子的PBKDF2演算法就是一種KDF函式，其原理是加鹽以及增加雜湊迭代次數。

而在Keystore中，是用的是Scrypt演算法，用一個公式來表示的話，派生的Key生成方程為：

DK = Scrypt(salt, dk_len, n, r, p)

其中的 salt 是一段隨機的鹽，dk_len 是輸出的雜湊值的長度。n 是 CPU/Memory 開銷值，越高的開銷值，計算就越困難。r 表示塊大小，p 表示並行度。

Litecoin 就使用 scrypt 作為它的 POW 演算法

實際使用中，還會加上一個密碼進行計算，用一張圖來表示這個過程就是：

以太坊錢包開發系列2 - 賬號Keystore檔案匯入匯出

對私鑰進行對稱加密

上面已經用KDF演算法生成了一個祕鑰，這個祕鑰就是接著進行對稱加密的祕鑰，這裡使用的對稱加密演算法是 aes-128-ctr，aes-128-ctr 加密演算法還需要用到一個引數初始化向量 iv。

Keystore檔案

好了，我們現在結合具體 Keystore檔案的內容，就很容易理解了Keystore 檔案怎麼產生的了。

{  
   "address":"856e604698f79cef417aab...",
   "crypto":{  
      "cipher":"aes-128-ctr",
      "ciphertext":"13a3ad2135bef1ff228e399dfc8d7757eb4bb1a81d1b31....",
      "cipherparams":{  
         "iv":"92e7468e8625653f85322fb3c..."
      },
      "kdf":"scrypt",
      "kdfparams":{  
         "dklen":32,
         "n":262144,
         "p":1,
         "r":8,
         "salt":"3ca198ce53513ce01bd651aee54b16b6a...."
      },
      "mac":"10423d837830594c18a91097d09b7f2316..."
   },
   "id":"5346bac5-0a6f-4ac6-baba-e2f3ad464f3f",
   "version":3
}

來解讀一下各個欄位：

  • address: 賬號地址
  • version: Keystore檔案的版本，目前為第3版，也稱為V3 KeyStore。
  • id : uuid
  • crypto: 加密推倒的相關配置.
    • cipher 是用於加密以太坊私鑰的對稱加密演算法。用的是 aes-128-ctr 。
    • cipherparams 是 aes-128-ctr 加密演算法需要的引數。在這裡，用到的唯一的引數 iv。
    • ciphertext 是加密演算法輸出的密文，也是將來解密時的需要的輸入。
    • kdf: 指定使用哪一個演算法，這裡使用的是 scrypt。
    • kdfparams: scrypt函式需要的引數
    • mac: 用來校驗密碼的正確性， mac= sha3(DK[16:32], ciphertext) 下面一個小節單獨分析。

我們來完整梳理一下 Keystore 檔案的產生：

  1. 使用scrypt函式 （根據密碼 和 相應的引數） 生成祕鑰
  2. 使用上一步生成的祕鑰 + 賬號私鑰 + 引數 進行對稱加密。
  3. 把相關的引數 和 輸出的密文 儲存為以上格式的 JSON 檔案

如何確保密碼是對的？

當我們在使用Keystore檔案來還原私鑰時，依然是使用kdf生成一個祕鑰，然後用祕鑰對ciphertext進行解密，其過程如下：

以太坊錢包開發系列2 - 賬號Keystore檔案匯入匯出

此時細心的同學會發現，無論使用說明密碼，來進行這個操作，都會生成一個私鑰，但是最終計算的以太坊私鑰到底是不是正確的，卻不得而知。

這就是 keystore 檔案中 mac 值的作用。mac 值是 kdf輸出 和 ciphertext 密文進行SHA3-256運算的結果，顯然密碼不同，計算的mac 值也不同，因此可以用來檢驗密碼的正確性。檢驗過程用圖表示如下：

以太坊錢包開發系列2 - 賬號Keystore檔案匯入匯出

現在我們以解密的角度完整的梳理下流程，就可以得到以下圖：

以太坊錢包開發系列2 - 賬號Keystore檔案匯入匯出

用ethers.js 實現賬號匯出匯入

ethers.js 直接提供了載入keystore JSON來建立錢包物件以及加密生成keystore檔案的方法，方法如下：

// 匯入keystore Json
    ethers.Wallet.fromEncryptedJson(json, password, [progressCallback]).then(function(wallet) {
       // wallet
    });

    // 使用錢包物件 匯出keystore Json
    wallet.encrypt(pwd, [progressCallback].then(function(json) {
        // 儲存json
    });

現在結合介面來完整的實現賬號匯出及匯入，先看看匯出，UI圖如下：

以太坊錢包開發系列2 - 賬號Keystore檔案匯入匯出

HTML 程式碼如下：

    <h3>KeyStore 匯出:</h3>
    <table>
        <tr>
            <th>密碼:</th>
            <td><input type="text" placeholder="(password)" id="save-keystore-file-pwd" /></td>
        </tr>

        <tr>
            <td> </td>
            <td>
                <div id="save-keystore" class="submit">匯出</div>
            </td>
        </tr>
    </table>

上面主要定義了一個密碼輸入框和一個匯出按鈕，點選“匯出”後，處理邏輯程式碼如下：

// "匯出" 按鈕，執行exportKeystore函式
  $('#save-keystore').click(exportKeystore);

  exportKeystore: function() {
    // 獲取密碼
    var pwd = $('#save-keystore-file-pwd');

    // wallet 是上一篇文章中生成的錢包物件
    wallet.encrypt(pwd.val()).then(function(json) {
      var blob = new Blob([json], {type: "text/plain;charset=utf-8"});

      // 使用了FileSaver.js 進行檔案儲存
      saveAs(blob, "keystore.json");

    });
  }

FileSaver.js 是可以用來在頁面儲存檔案的一個庫。

再來看看匯入keystore 檔案, UI圖如下：

以太坊錢包開發系列2 - 賬號Keystore檔案匯入匯出

 <h2>載入賬號Keystore檔案</h2>
<table>
    <tr>
        <th>Keystore:</th>
        <td><div class="file" id="select-wallet-drop">把Json檔案拖動到這裡</div><input type="file" id="select-wallet-file" /></td>
    </tr>
    <tr>
        <th>密碼:</th>
        <td><input type="password" placeholder="(password)" id="select-wallet-password" /></td>
    </tr>
    <tr>
        <td> </td>
        <td>
            <div id="select-submit-wallet" class="submit disable">解密</div>
        </td>
    </tr>
</table>

上面主要定義了一個檔案輸入框、一個密碼輸入框及一個“解密“按鈕，因此處理邏輯包含兩部分，一是讀取檔案，二是解析載入賬號，關鍵程式碼如下：

// 使用FileReader讀取檔案，

var fileReader = new FileReader();
 fileReader.onload = function(e) {
   var json = e.target.result;

   // 從載入
   ethers.Wallet.fromEncryptedJson(json, password).then(function(wallet) {

   }， function（error) {

   });

 };
fileReader.readAsText(inputFile.files[0]);

哈哈，恭喜大家，到這裡這裡就完整的實現了一個基於以太坊去中心化網頁錢包。

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參考文件

  1. Ethers.js

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