4.5 高级密钥和地址

在以下部分中，我们将看到密钥和地址的高级形式，诸如加密私钥、脚本和多重签名地址，靓号地址，和纸钱包。

4.5.1 加密私钥（BIP0038）

私钥必须保密。私钥的保密性需求的真实情况是，在实践中相当难以实现，因为该需求与同样重要的可用性安全目标相矛盾。当你为了避免私钥丢失而存储备份时，会发现维护私钥私密性相当困难。通过密码加密保存私钥的钱包可能要安全一点，但那个钱包也需要备份。有时，例如用户因为要升级或重装钱包软件，而需要把密钥从一个钱包转移到另一个。私钥备份也可能需要存储在纸张上（参见“纸钱包”一节）或者外部存储介质里，比如U盘。但如果一旦备份文件失窃或丢失呢？这些相互矛盾的安全目标推进了便携、方便、可以被众多不同钱包和比特币客户端理解的加密私钥标准BIP-38的出台（BIP-38详细可参见附录部分）。

BIP-38提出了一个通用标准，使用一个口令加密私钥并使用Base58Check对加密的私钥进行编码，这样加密的私钥就可以安全地保存在备份介质里，安全地在钱包间传输，保持密钥在任何可能被暴露情况下的安全性。这个加密标准使用的是Advanced Encryption Standard（AES），该标准由NIST建立，并广泛应用于商业和军事应用的数据加密。

BIP-38加密方案是：使用一个比特币私钥作为输入，该私钥通常使用WIF编码过，base58chek字符串的前缀“5”。BIP-38加密方案还需要一个长密码作为口令，通常由多个单词或一段复杂的数字字母字符串组成。BIP-38加密方案的结果是一个由 base58check编码过的加密私钥，前缀为6P。如果你看到一个6P开头的的密钥，这就意味着该密钥是被加密过，并需要一个口令来转换（解密）该密钥，成为任何钱包可用的WIF格式的私钥（前缀为5）。许多钱包应用现在能够识别 BIP-38加密过的私钥，会提示用户输入口令解码导入密钥。第三方应用，诸如非常好用基于浏览器的Bit Address 的Wallet Details标签，也能用来解码BIP-38的密钥。

BIP-38加密密钥的最常见使用例子是纸钱包：在一张纸上备份私钥。只要用户选择了强口令，使用BIP-38加密私钥的纸钱包就非常安全，这也是一种很棒的比特币离线存储方式（也被称作“冷存储”）。

在bitaddress.org上测试表4-5中加密密钥，看看输入密码如何得到加密密钥。

表4-5 BIP-38加密私钥例子

4.5.2 P2SH (Pay-to-Script Hash)支付脚本哈希和多重签名地址

正如我们所知，传统的比特币地址从数字1开头，来源于公钥，而公钥来源于私钥。虽然任何人都可以将比特币发送到 一个1开头的地址，但比特币只有提供相应的私钥签名和公钥哈希值后才能花费。

以数字3开头的比特币地址是P2SH地址，有时被错误的称谓多重签名或多重签名地址。它们指定比特币交易中受益人为脚本哈希，而不是公钥的所有者。这个特性在2012年1月由BIP-16（参见附录appdxbitcoinimpproposals）引进，正是因为BIP-16提供了向地址本身添加功能的机会而被广泛地采纳。不同于P2PKH（pay-to-public-key-hash，支付公钥哈希），交易发送资金到传统1开头的比特币地址，资金被发送到3开头的地址时，要求的不仅仅是公钥的哈希值和私钥签名来证明所有权。这些要求是在创建地址时在脚本中指定的，对这个地址的所有输入都将使用相同的要求。

P2SH地址从交易脚本中创建，后者定义谁能花费这个交易输出（参见“P2SH（Pay-to-Script-Hash）”一节）。对P2SH地址编码使用的是与创建比特币地址同样的双重哈希函数，只是应用在脚本而不是公钥：

 script hash = RIPEMD160(SHA256(script))

得到的”脚本哈希”使用Base58Check编码，版本前缀为5，最后生成3开头的编码地址。一个P2SH地址例子是 3F6i6kwkevjR7AsAd4te2YB2zZyASEm1HM。可以使用比特币浏览器命令script encode、sha256、ripemd160和base58check encode（参见附录appdx_bx]）导出，举例如下：

$ echo \
'DUP HASH160 [89abcdefabbaabbaabbaabbaabbaabbaabbaabba] EQUALVERIFY CHECKSIG' > script
$ bx script-encode < script | bx sha256 | bx ripemd160 \
| bx base58check-encode --version 5
3F6i6kwkevjR7AsAd4te2YB2zZyASEm1HM

提示 P2SH不一定就是多重签名的交易。虽然P2SH地址通常都是代表多重签名，但也可能表示编码其他类型交易的脚本。

4.5.2.1 多重签名地址和P2SH

目前，P2SH最常见的实现是多重签名地址脚本。顾名思义，底层脚本需要多个签名来证明所有权，才能花费资金。比特币多重签名功能的设计要求是总共N个密钥中需要M个签名（也称为“阈值”），被称为M-N多重签名，其中M是等于或小于N。例如，第一章中提到的咖啡店主Bob使用的多重签名地址，需要1-2签名，一个是属于他的密钥，另一个是他妻子的密钥，其中任何一方都可以签名花费这个地址锁定的输出。这类似于传统的银行中的一个“联合账户”，其中夫妻任何一方都可以单独签单消费。或就像Bob雇佣的网页设计师Gopesh， 可能需要的是一个2-3的多签名地址，可以确保至少两个合伙人签名了交易才可以继续支付。

我们将会在第五章交易中探讨如何构造P2SH（和多重签名）地址花费资金的交易。

4.5.3 靓号地址

靓号地址也是有效的比特币地址，只不过增加了可读性。例如，1LoveBPzzD72PUXLzCkYAtGFYmK5vYNR33就是有效的地址，开头的4个字符Base-58包含了字母love。靓号地址需要生成和测试几十亿个候选私钥，直到一个符合模式要求的比特币地址。虽然有一些优化过的靓号生成算法，但是这些方法必然涉及到随机选择一个私钥，生成公钥，再生成比特币地址，并检查是否与所要的靓号模式相匹配，需要重复数十亿次，直到找到一个匹配。

一旦找到一个与所需模式匹配的靓号地址，那么这个靓号地址的私钥就和其他地址一样被所有者花费比特币。靓号地址不比其他地址具有更多或更少的安全性。它们依靠和其他地址相同的椭圆曲线加密算法（ECC）和SHA。找一个靓号开头的地址的私钥并不比找其他地址容易。

在第一章中，我们介绍了Eugenia，一位菲律宾的儿童慈善机构负责人。我们假设Eugenia组织了一场比特币募捐活动，并希望使用靓号比特币地址来宣传这个募捐活动。Eugenia将会创造一个以1Kids开头的靓号地址来推广儿童慈善募捐的活动。让我们看看这个靓号地址如何被创建，以及对Eugenia慈善募捐的安全性有什么意义。

4.5.3.1 生成靓号地址

应该意识到，比特币地址不过是由Base58字母表中的符号表示的一组数字。寻找像“1kids”开头的靓号就像从1Kids11111111111111111111111111111到1Kidszzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz这个区间找一个地址。以“1kid”开头的地址区间大约有5829个地址（大约是1.4 * 1051)）。表4-6显示了这些有“1kids”前缀的地址范围。

表4-6 “1Kids”靓号的范围

我们把“1Kids”这个前缀当作数字，可以看看比特币地址中这个前缀出现的频率。一台普通台式电脑， 没有任何特殊的硬件，大约每秒搜索大约10万个密钥。

表4-7 靓号（1KidsCharity）的出现的频率以及生成所需时间

正如你所见，Eugenia并不能很快创造以“1KidsCharity”开头的靓号地址，即使她有数千台电脑同时进行运算。每增加一个字符就会增加58倍的计算难度。超过七个字符的靓号通常需要专用的硬件才能被找到，譬如用户定制的多个GPU的台式机。通常是使用无法继续比特币挖矿的矿机，被赋予了寻找靓号地址的任务。用GPU搜索靓号的速度比通用的CPU要快很多个量级。

另一种寻找靓号地址的方法是外包给一个靓号矿池，如Vanity Pool。矿池提供一种服务，把有GPU硬件的人组织起来，通过为他人寻找靓号地址来获得比特币。Eugenia可以将搜索7位字符模式的靓号地址的工作外包出去，只需要很少的金额（本书写作时大概是0.01比特币或者5美元），几个小时内就可以得到结果，而不用自己运行CPU搜索上几个月。

生成一个靓号地址是一项通暴力破解的过程：尝试一个随机密钥，检查生成的地址是否和所需的模式相匹配，重复这个过程直到成功找到为止。例4-9是个靓号挖矿的例子，用C++程序写的来寻找靓号地址的程序。这个例子运用到了我们在“其他替代客户端、资料库、工具包”一节介绍过的libbitcoin库。

例4-9 靓号挖矿程序

link:code/vanity-miner.cpp[]

注释 下面的例4-10 使用std :: random_device。 根据实施情况，可能会映射到底层操作系统提供的CSRNG。 在类Unix的操作系统（如Linux）中，它来自/ dev/urandom。 这里使用的随机数字生成器只用于演示，并不适用于生产级别的比特币密钥，因为它没有足够的安全性。

示例代码需要用C++编译器链接libbitcoin库（此库需要提前安装到系统）进行编译。运行这个例子可以不带参数直接执行vanity-miner的可执行文件 （参见例4-10），它就会尝试找到以“1kid”开头的靓号地址。

例4-10 编译并运行vanity-miner程序示例

```$ # Compile the code with g++$ g++ -o vanity-miner vanity-miner.cpp $(pkg-config —cflags —libs libbitcoin)$ # Run the example$ ./vanity-minerFound vanity address! 1KiDzkG4MxmovZryZRj8tK81oQRhbZ46YTSecret: 57cc268a05f83a23ac9d930bc8565bac4e277055f4794cbd1a39e5e71c038f3f$ # Run it again for a different result$ ./vanity-minerFound vanity address! 1Kidxr3wsmMzzouwXibKfwTYs5Pau8TUFnSecret: 7f65bbbbe6d8caae74a0c6a0d2d7b5c6663d71b60337299a1a2cf34c04b2a623