在区块链技术中，HD（Hierarchical Deterministic）钱包是一种强大且灵活的钱包类型，它提供了多种功能，包括生成助记词、生成地址、离线签名和验证签名。本文将详细讲述这些功能的实现原理。
一、钱包的发展历史
1.传统钱包
- 物理钱包：我们日常使用的钱包，用来存放现金、信用卡等。
- 电子钱包：随着科技的发展，电子钱包（如支付宝、微信支付）出现，用于存放和管理电子货币。
2.数字货币钱包
单密钥钱包（Single-key Wallet）：最早期的数字货币钱包，每个钱包地址对应一个私钥。私钥用于签名交易，控制资金。
- 优点：简单易用。
- 缺点：如果私钥丢失，资金无法找回；管理多个地址时较为繁琐。
3.多重签名钱包（Multi-signature Wallet）
多重签名技术：要求多个私钥签名才能完成一笔交易，提高了安全性。
- 优点：更高的安全性，适合企业级应用。
- 缺点：复杂度增加，管理多个私钥较为繁琐。
4.分层确定性（HD）钱包
HD钱包：利用分层确定性算法生成一系列私钥，所有私钥都由一个种子（seed）生成。
- 优点：只需备份一个种子即可恢复所有地址和私钥，管理更方便。
- 缺点：种子一旦泄露，所有地址和私钥都可能被盗。
二、HD钱包的原理
1.BIP标准
- BIP32：描述了HD钱包的基本结构和原理。
- BIP39：定义了助记词（Mnemonic Phrase）和种子（Seed）的生成方式。
- BIP44：规定了多币种钱包的路径结构。
2.生成助记词
助记词是一组随机生成的单词，用于生成种子。助记词的生成过程如下：
- 2.1.生成随机熵：生成128到256位的随机数。
- 2.2.计算校验和：对随机熵进行SHA-256哈希，取前几位作为校验和。
- 2.3.组合熵和校验和：将随机熵和校验和组合在一起。
- 2.4.映射到单词表：将组合后的数据按11位一组映射到单词表，生成助记词。
3.生成地址
从助记词生成地址的过程如下：
- 3.1.生成种子：从助记词生成种子。
- 3.2.生成根密钥：从种子生成根密钥。
- 3.3.生成子密钥对：根据 BIP44 标准的派生路径生成子密钥对。
- 3.4.生成地址：从子公钥生成地址。
4.离线签名
离线签名的过程如下：
- 4.1.构建交易数据： 将交易构建之后生成待签名的 Msg。
- 4.2.将 Msg 递给签名机签名，签完之后返回 signature。
- 4.3.构建完整交易：将交易数据，签名信息和公钥添加到交易数据中，构建完整的交易。
5.验证签名
验证签名的过程如下：
- 5.1.提取公钥和签名：从交易数据中提取公钥和签名。
- 5.2.重建交易哈希：对交易数据执行双重SHA-256哈希，得到交易哈希。
- 5.3.验证签名：使用公钥和交易哈希验证签名。