以太坊地址是怎么來的

以私鑰為原材料

　　生成私鑰的過程依賴于偽隨機數(shù)生成器（PRNG）和足夠大的熵。關(guān)于私鑰，最重要的一點是，它是從 1 到 2²⁵⁶-1 的范圍內(nèi)隨機選出的整數(shù)。只要是在這個范圍內(nèi)的數(shù)，都可以用作私鑰。

　　既然我們已經(jīng)初步學(xué)習(xí)了私鑰背后的數(shù)學(xué)知識，接下來就可以自己生成有效的私鑰了（譯者注：教育目的，可跟隨作者的思路學(xué)習(xí)，但不推薦自己生成。）。我們不妨將私鑰生成過程想象成一個長達 78 位的水平數(shù)字組合鎖（其可能組合數(shù)量恰好等于 2²⁵⁶-1），然后我們把這個密碼鎖分成 3 排，每排有 26 位。你可以把 PRNG 函數(shù)想象成一個會隨機打亂數(shù)字，打亂出一個數(shù)字組合的東西：一開始每一位都是 0，然后毫無章法地在每一位上選出一個具體的數(shù)字。假設(shè)我們使用 PRNG 函數(shù)生成亂序的數(shù)字組合，得到以下三排數(shù)字：

　　(1) 04406941321102621719184878;

　　(2) 43014596507006094171646853;

　　(3) 06780198554267270848908554;

　　- 瀏覽器使用 Web Cryptography API （提供 Crypto.getRandomValues(32) 之類的密碼學(xué)原語，或者等價的 32 字節(jié)緩沖區(qū)）作為 PRNG。這個 PRNG 使用你的計算機熵源 作為隨機種子來生成隨機數(shù)。在生成隨機數(shù)的時候，請一定要使用電子熵源，因為一些研究表明，人類比較不擅長選擇隨機數(shù)字（人自己選出來的數(shù)字是有模式的，到不到偽隨機的要求） -

　　恭喜！你現(xiàn)在已經(jīng)是私鑰

　　44069413211026217191848784301459650700609417164685306780198554267270848908554 的所有者了。

　　我們可以使用這個私鑰生成一個比特幣或以太坊地址，或者任何以 1 至 2²⁵⁶-1 為私鑰范圍的區(qū)塊鏈的地址。

　　要根據(jù)這個私鑰生成一個以太坊地址，我們需要使用橢圓曲線點乘算法（需要一篇專門的文章才能講清楚）。因此，簡單起見，我們會把它交給計算機處理。為此，我們需要把這個私鑰“告訴”計算機。麻煩的是，計算機不會處理十進制形式的信息，它只能理解二進制代碼。目前，我們的只有十進制數(shù)形式的私鑰。因此，我們先要將這個私鑰從十進制數(shù)形式轉(zhuǎn)換為計算機可以理解的比特（bit，也譯成 “位” 或 “位元”）和字節(jié)（byte，一個字節(jié)等于 8 個比特）。

　　位和字節(jié)

　　在進行下一步操作之前，我們需要先了解什么是比特和字節(jié)。任何數(shù)字設(shè)備都只能理解由 0 和 1 組成的信息，通常被稱為比特。比特就是“二進制數(shù)字”，即，僅使用 1 和 0 表示的數(shù)字。雖然我們的智能手機和電腦都可以顯示漢字和圖片，還能播放歌曲，它們最終都是比特來表示并處理這些信息的。位越多，表示的信息越大，但說到底無非是一堆 0 和 1 而已。

　　根據(jù)上下文，多個位可以表示字符（如，在使用 ASCII 編碼時，字母 a 的定義就是 01100001）或數(shù)字（01100001 也可以用來表示十進制數(shù) 97）。在將十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制形式時，就是將其轉(zhuǎn)換成以 2 為底數(shù)的冪之和，其中每個冪的指數(shù)遞增。例如，我們通常采用十進制形式記數(shù)，十進制數(shù)就是以 10 為底數(shù)的冪之和。因此，在使用二進制時，在 2 的N 次冪以內(nèi)的整數(shù)，我們就可以用 n 個位來表示和存儲。

　　- 8 位電子游戲機最高能夠表達的十進制數(shù)是 255，因為它們使用的中央處理單元（CPU）最多只能執(zhí)行 8 位操作（譯者注：上圖的左邊解釋了為什么 N 個位就可以表示 2 的 N 次冪以內(nèi)的數(shù) -- 因為其數(shù)字組合有 2 的 N 次冪種可能性；右邊則演示了一個二進 制數(shù)意味著多大的整數(shù)，即相互轉(zhuǎn)換的計算規(guī)則 -

　　雖然我們可以使用二進制形式來表達任何數(shù)字，但是二進制形式過于“繁冗”。如果要表示 97，我們需要 8 個二進制數(shù)字。二進制數(shù)對于計算機來說很容易處理，但是不方便人類閱讀。因此，計算機通常會使用十六進制而非二進制來表示數(shù)據(jù)：位置數(shù)字系統(tǒng)以 16 為底數(shù)來表示數(shù)字。一位十六進制數(shù)可表示四位二進制數(shù)。我們可以用十六進制數(shù) 61 來表示二進制數(shù) 01100001 或十進制數(shù) 97，這樣就比二進制少了 6 位數(shù)。十六進制數(shù)使用 ABCDEF 來表示 10 至 15，通常用來縮小數(shù)據(jù)。

　　私鑰有多少個比特？

　　再說回私鑰，我們知道私鑰的范圍是 1 至 2²⁵⁶-1。我們該如何用位來表示它？需要用到多少位？如上文所述，在將十進制整數(shù)轉(zhuǎn)換為二進制形式時，就是將其轉(zhuǎn)換成以 2 為底數(shù)的冪之和。在使用 8 位二進制數(shù)時，我們能表示的最大的數(shù)是 2⁷ + 2⁶ + 2⁵ + 2⁴ + 2³ + 2² + 2¹ + 2⁰，即，整數(shù) 255。我們可以看出，要表達 2^n 以內(nèi)的數(shù)，我們就需要 n 個位。由此可推得，我們需要 256 位，或者說 32 字節(jié)（256/8），來表示我們的私鑰。

　　- 十六進制數(shù)據(jù)表示旨在減少表示數(shù)字所需的位數(shù)。但是，計算機依然只能使用二進制來處理數(shù)據(jù) -

　　如果我們一致同意需要使用 32 字節(jié)來表示我們在 [1, 2²⁵⁶-1] 范圍內(nèi)的私鑰，那么在十六進制形式下，我們需要 64 個數(shù)來表示私鑰。現(xiàn)在，我們可以將原始私鑰

　　44069413211026217191848784301459650700609417164685306780198554267270848908554

　　轉(zhuǎn)換成十六進制形式：

　　616E6769652E6A6A706572657A616775696E6167612E6574682E6C696E6B0D0A

　　看到十六進制私鑰中多出的字母 A、B、C、D、E 了嗎？看到這些字母，我們就可以輕易辨別出這個數(shù)是十六進制的。

　　從私鑰到公鑰

　　現(xiàn)在，我們可以把這個十六進制私鑰告訴我們的計算機了。我們可以使用 JavaScript 之類的編程語言輕松導(dǎo)入這個十六進制私鑰，以便用于之后的乘法運算。在以下代碼中，之前得到的十六進制數(shù)被導(dǎo)入作為私鑰（“sk”是 secret_key 的縮寫，是密碼學(xué)中的標準記法）。這個十六進制數(shù)是以 16 為底數(shù)的。

　　- 通過使用 BigNumber 庫，我們可以確保轉(zhuǎn)換過程中不會丟失任何小數(shù)。這些數(shù)字通常會被表達成指數(shù)（例如，4.406941321102622e+76），而且如果我們直接將其解析成十六進制，就會失去精度。如果不使用 BigNumber 庫，我們得到的十六進制私鑰就會變成

　　616e6769652e6c00000000000000000000000000000000000000000000000000 -

　　導(dǎo)入私鑰之后，下一步就是創(chuàng)建公鑰。你可能還記得，我們在第一篇文章中提到過，在獲取以太坊地址之前，我們先要通過私鑰來生成公鑰。根據(jù)以太坊黃皮書所述，公鑰生成過程遵循的是標準的 ECDSA 公鑰生成算法，其中，我們將私鑰乘以生成器點得到一個坐標，將該坐標的 x 值和 y 值前后拼在一起就是公鑰。我們的公鑰（在密碼學(xué)中記為“pk”）可以用來生成我們的以太坊地址。

　　- x 和 y 是使用橢圓曲線上的點乘以我們的私鑰（sk）得到的。雖然私鑰可以在任意區(qū)塊鏈中作為一個地址的唯一生成器，以 太坊專門使用橢圓曲線 secp256k1 生成公鑰；因此，私鑰的簽名操作也跟這條曲線有關(guān) -

　　終于到了最后一步。有了公鑰，我們就執(zhí)行黃皮書中的最后一個操作：

　　給定某個私鑰，以太坊地址 A 是對應(yīng) ECDSA 公鑰的 Keccak 哈希值的最右邊 160 位。

　　鑒于我們已經(jīng)有了自己的 ECDSA 公鑰，剩下的唯一一件事是在我們的公鑰上執(zhí)行 Keccak 哈希函數(shù)，取結(jié)果最右邊的 160 位。當(dāng)我們將這些操作結(jié)果存儲在“緩沖區(qū)”（就好像存儲信息的小盒子）時，我們可以“丟掉”（切片）前 24 個十六進制數(shù)，只留下后 40 個十六進制數(shù)，或者更準確地說，20 個字節(jié)（這就是以太坊地址的長度）。

　　- 以太坊地址被設(shè)計為 20 個字節(jié)。有人認為刪掉一些字節(jié)（具體來說是 12 個字節(jié)）可能會引起碰撞，導(dǎo)致兩個私鑰生成相同的以太坊地址。不過到目前為止，還沒發(fā)生過這種情況 -

　　你的個人專屬錢包

　　如你所見，只要一個數(shù)（雖然很長）就可以生成一個以太坊地址來存儲各類資產(chǎn)：從代表虛擬貓、磁帶、襪子和門票等物品的 NFT 到具有增值潛力的密碼學(xué)資產(chǎn)等等。你的以太坊地址是公開的，而且像你的家庭住址一樣，但是只能通過鑰匙打開。如果你不想自己來處理所有這些流程，你可以在 Portis 上注冊一個賬戶。Portis 會自動為你創(chuàng)建私鑰（這個私鑰只有你知道，因為它采用的是端到端加密架構(gòu)）以及對應(yīng)的以太坊地址，供你在 100 多個 dApp 中使用。

以太坊地址生成過程

以太坊地址生成過程如下：

1、生成 256 位隨機數(shù)作為私鑰。

2、將私鑰轉(zhuǎn)化為 secp256k1 非壓縮格式的公鑰，即 512 位的公鑰。

3、使用散列算法 Keccak256 計算公鑰的哈希值，轉(zhuǎn)化為十六進制字符串。

4、取十六進制字符串的后 40 個字母，開頭加上 0x 作為地址。
 

以太坊地址生成實例

生成以太坊地址過程實例數(shù)據(jù)：

私鑰：1f2b77e3a4b50120692912c94b204540ad44404386b10c615786a7efaa065d20

公鑰：04dfa13518ff965498743f3a01439dd86bc34ff9969c7a3f0430bbf8865734252953c9884af787b2cadd45f92dff2b81e21cfdf98873e492e5fdc07e9eb67ca74d

地址：0xabcd68033A72978C1084E2d44D1Fa06DdC4A2d57
 

生成隨機數(shù)作為私鑰

生成 256 位隨機數(shù)：

>>> import random
>>> r = random.randint(0, 2**256)
>>> r
14098500174935566811277058424286341448580475958153633347646702637404947635488
>>> r.to_bytes(32, byteorder='big').hex()
'1f2b77e3a4b50120692912c94b204540ad44404386b10c615786a7efaa065d20'

私鑰生成公鑰

以太坊使用的橢圓曲線算法為 secp256k1，從私鑰生成對應(yīng)的公鑰有兩種方法：比特幣工具 bx 和 secp256k1-py 包。

使用 bx 工具生成公鑰

Mac 用戶可以使用 brew 安裝 bx 工具：

$ brew install bx

以 1f2b77e3a4b50120692912c94b204540ad44404386b10c615786a7efaa065d20 作為私鑰，然后使用 bx 工具將私鑰轉(zhuǎn)化為 secp256k1 的非壓縮格式公鑰：

$ bx ec-to-public 1f2b77e3a4b50120692912c94b204540ad44404386b10c615786a7efaa065d20 -u
04dfa13518ff965498743f3a01439dd86bc34ff9969c7a3f0430bbf8865734252953c9884af787b2cadd45f92dff2b81e21cfdf98873e492e5fdc07e9eb67ca74d

使用 secp256k1-py 包生成公鑰

使用 pip 安裝：

$ pip install secp256k1

之后將私鑰轉(zhuǎn)化為公鑰：

>>> import secp256k1
>>> private_key = '1f2b77e3a4b50120692912c94b204540ad44404386b10c615786a7efaa065d20'
>>> private_key = bytes.fromhex(private_key)
>>> privkey = secp256k1.PrivateKey(private_key)
>>> privkey.pubkey.serialize(compressed=False).hex()
'04dfa13518ff965498743f3a01439dd86bc34ff9969c7a3f0430bbf8865734252953c9884af787b2cadd45f92dff2b81e21cfdf98873e492e5fdc07e9eb67ca74d'

計算公鑰哈希值

要使用 keccak256 哈希算法，可以使用 PyCryptodome 工具，使用 pip 進行安裝：

$ pip install pycryptodome

公鑰開頭去除 04，將剩余部分轉(zhuǎn)化為字節(jié)串并使用 keccak256 算法進行哈希：

>>> from Crypto.Hash import keccak
>>> keccak_hash = keccak.new(digest_bits=256)
>>> public_key = '04dfa13518ff965498743f3a01439dd86bc34ff9969c7a3f0430bbf8865734252953c9884af787b2cadd45f92dff2b81e21cfdf98873e492e5fdc07e9eb67ca74d'[2:]
>>> public_key = bytes.fromhex(public_key)
>>> keccak_hash.update(public_key)
<Crypto.Hash.keccak.Keccak_Hash object at 0x102960588>
>>> keccak_hash.hexdigest()
'39c0eb3b26d4838930b1f34babcd68033a72978c1084e2d44d1fa06ddc4a2d57'

得到地址

取哈希值十六進制字符串后 40 個字母，開頭加上 0x 生成最終的以太坊地址：

>>> '0x' + '39c0eb3b26d4838930b1f34babcd68033a72978c1084e2d44d1fa06ddc4a2d57'[-40:]
'0xabcd68033a72978c1084e2d44d1fa06ddc4a2d57'

以太坊地址生成 Python3 實現(xiàn)

使用 Python3 實現(xiàn)以太坊地址生成：

import secp256k1
from Crypto.Hash import keccak

def get_eth_addr(private_key_str=None):
    if private_key_str is None:
        private_key = secp256k1.PrivateKey()
        private_key_str = private_key.serialize()
    else:
        private_key_bytes = bytes.fromhex(private_key_str)
        private_key = secp256k1.PrivateKey(private_key_bytes)
    public_key_bytes = private_key.pubkey.serialize(compressed=False)
    public_key_str = public_key_bytes.hex()
    keccak_hash = keccak.new(digest_bits=256)
    keccak_hash.update(public_key_bytes[1:])
    h = keccak_hash.hexdigest()
    address = '0x' + h[-40:]
    return {
        "private_key": private_key_str,
        "public_key": public_key_str,
        "address": address
    }

參考資料

以太坊在線地址生成工具：可以作為以太坊靚號地址生成工具，代碼開源：https://github.com/bokub/vanity-eth。

https://pycryptodome.readthedocs.io/en/latest/src/hash/keccak.html：Keccak python 工具。

https://github.com/ctz/keccak：Python2 環(huán)境下使用的 Keccak，此為源代碼，需要自己 clone 在本地使用。

https://github.com/ludbb/secp256k1-py：secp256k1 的 Python 庫。

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