Cryptography/比特币地址生成详细步骤

比特币地址用来发送和接收比特币, 就像传统的银行帐号一样. 比特币经过长年的发展, 现在拥有多种不同类型的地址格式, 这一点常常造成一些人的困扰. 许多人在钱包中导入比特币私钥后, 发现余额为零而大惊失色, 其实很多情况下是在导入私钥后不小心选择了错误的地址格式.

P2PKH

P2PKH 地址是比特币最经典的地址类型. 生成此类型地址通常涉及以下几个步骤

生成公钥和私钥对. 随机选择一个 256 位的私钥(通常是一个随机数), 使用椭圆曲线数字签名算法(ECDSA)对私钥进行椭圆曲线乘法, 以生成相应的公钥.
对公钥进行 SHA-256 哈希运算, 得到哈希结果.
对哈希结果进行 RIPEMD-160 哈希运算, 得到 RIPEMD-160 哈希值.
在 RIPEMD-160 哈希值前面添加一个版本字节(通常是 0x00).
对上一步得到的结果再进行两次 SHA-256 哈希运算, 得到两次哈希结果, 取前四个字节(32 位)作为校验和. 将校验和添加到版本字节和 RIPEMD-160 哈希值后面.
对结果进行 Base58 编码, 得到最终的比特币地址.

我们使用更简洁的形式表示上述计算步骤如下:

BASE58(VERSION + RIPEMD-160(SHA-256(PUBKEY)) + CHECKSUM)

举一个实际的例子, 假设我们选择的私钥为: 0x5f6717883bef25f45a129c11fcac1567d74bda5a9ad4cbffc8203c0da2a1473c

步骤一: 生成公钥. 在该案例中, 选择采用比特币公钥的非压缩表示, 因此需要在公钥前增加 0x04:

PUBKEY: 0x04fb95541bf75e809625f860758a1bc38ac3c1cf120d899096194b94a5e700e891c7b6277d32c52266ab94af215556316e31a9acde79a8b39643c6887544fdf58c

步骤二: 对公钥进行 SHA-256 哈希运算:

SHA-256(PUBKEY): 0xc96fc67faa800de318682f8db817603b22b0f6831be40cc21784ef88cf804ffd

步骤三: 对哈希结果进行 RIPEMD-160 哈希运算:

RIPEMD-160(SHA-256(PUBKEY)): 0x6c435f69b29dde0a1451e511e637ae4148e31f5e

步骤四: 在 RIPEMD-160 哈希值前面添加版本字节(0x00):

VERSION + RIPEMD-160(SHA-256(PUBKEY)): 0x006c435f69b29dde0a1451e511e637ae4148e31f5e

步骤五: 对上一步得到的结果进行两次 SHA-256 哈希运算:

SHA-256(SHA-256(VERSION + RIPEMD-160(SHA-256(PUBKEY)))): 0xf316e4544b2ef49d65b8ffa95c68fef32288a7be314e11c4aff1745bd4b059f5

取前四个字节(32 位)作为校验和:

CHECKSUM: 0xf316e454

步骤六: 将校验和添加到 VERSION + RIPEMD-160 哈希值后面:

VERSION + RIPEMD-160(SHA-256(PUBKEY)) + CHECKSUM: 0x006c435f69b29dde0a1451e511e637ae4148e31f5ef316e454

步骤七: 对结果进行 Base58 编码, 得到最终的比特币地址:

ADDRESS: 1AsSgrcaWWTdmJBufJiGWB87dmwUf2PLMZ

代码实现

import base58
import hashlib
import ripemd.ripemd160 # pip install ripemd-hash

ripemd160 = ripemd.ripemd160.ripemd160
sha256 = lambda x: hashlib.sha256(x).digest()

pubkey = bytes.fromhex(''.join([
    '04',
    'fb95541bf75e809625f860758a1bc38ac3c1cf120d899096194b94a5e700e891',
    'c7b6277d32c52266ab94af215556316e31a9acde79a8b39643c6887544fdf58c'
]))
print('pubkey', pubkey.hex())

pubkey_hash = ripemd160(sha256(pubkey))
print('pubkey_hash', pubkey_hash.hex())
version = b'\x00'
checksum = sha256(sha256(version + pubkey_hash))
print('checksum', checksum.hex())
address = base58.b58encode(version + pubkey_hash + checksum[:4])
print(address)

P2PKH 压缩

P2PKH 压缩地址格式与非压缩地址格式只有第一步有不同, 即公钥的表示形式. 具体而言, 在椭圆曲线上每一个 x 点对应两个 y 点, 且 y 为一奇一偶, 因此为了节约空间不需要在公钥中记录 y 的实际值, 而仅需记录 y 的奇偶性即可. 压缩格式公钥以 0x02(偶) 或 0x03(奇) 开头, 后仅跟 x.

PUBKEY: 02fb95541bf75e809625f860758a1bc38ac3c1cf120d899096194b94a5e700e891

代码实现

import base58
import hashlib
import ripemd.ripemd160

ripemd160 = ripemd.ripemd160.ripemd160
sha256 = lambda x: hashlib.sha256(x).digest()

pubkey = bytes.fromhex(''.join([
    '02',
    'fb95541bf75e809625f860758a1bc38ac3c1cf120d899096194b94a5e700e891',
]))
print('pubkey', pubkey.hex())

pubkey_hash = ripemd160(sha256(pubkey))
print('pubkey_hash', pubkey_hash.hex())
version = b'\x00'
checksum = sha256(sha256(version + pubkey_hash))
print('checksum', checksum.hex())
address = base58.b58encode(version + pubkey_hash + checksum[:4])
print(address)

最终计算得到地址: 1Bfbi4fi8hfKMAsbTvbSjiqaqutfVs3PUK

Nested Segwit Address

Nested Segwit Address 是隔离见证(Segwit) 地址中的一种. Segwit 地址有好几种, 一种是以 3 开头的隔离见证兼容地址(Nested Segwit Address), 从该地址上无法区分到底是多签地址还是隔离见证兼容地址, 好处是钱包程序不用修改, 可直接付款到该地址. 另一种是原生隔离见证地址(Native Segwit Address), 即以 bc 开头的地址, 它本质上就是一种新的编码方式.

Imtoken 钱包目前只支持 Nested Segwit Address, 因此我们来看一下如何从公钥推导出它. 此处公钥我们选择压缩公钥表示方法. 简单来说, 当我们求出公钥哈希之后, 将公钥哈希封装为 redeem script, 再对 redeem script 求哈希并带入之后的步骤就可以了. redeem script 可表示为 0x00 + 0x14 + pubkey_hash, redeem_hash 为 ripemd160(sha256(0x00 + 0x14 + pubkey_hash)).

import base58
import hashlib
import ripemd.ripemd160

ripemd160 = ripemd.ripemd160.ripemd160
sha256 = lambda x: hashlib.sha256(x).digest()

pubkey = bytes.fromhex(''.join([
    '02',
    'fb95541bf75e809625f860758a1bc38ac3c1cf120d899096194b94a5e700e891',
]))

pubkey_hash = ripemd160(sha256(pubkey))
redeem_hash = ripemd160(sha256(b'\x00\x14' + pubkey_hash))
version = b'\x05'
checksum = sha256(sha256(version + redeem_hash))
address = base58.b58encode(version + redeem_hash + checksum[:4])
print(address)