创建公钥

写在前面

创建钱包和交易是比特币最重要的两方面，涉及到很多很多的内容，远非一篇文章能概括的完。上一篇从整体上讲解了钱包的创建流程，虽然已经很详细了，但还是漏掉了几个重要的方法，从本篇开始我们讲解这几个特别重要的方法。对钱包感兴趣的朋友一定不要错误。

GenerateNewSeed 生成新的私钥/公钥

这个方法主要用来生成私钥/公钥，在生成公钥后，调用钱包对象的 SetHDSeed 方法，根据公钥生成一个 CHDChain 对象，把公钥经过 SHA256、RIPEMD160 两次哈希返回后的 20个字节 180 位字符串作为它的 seed_id 属性，从而以后可以衍生更的扩展公钥。

void CWallet::SetHDSeed(const CPubKey& seed)
{
    LOCK(cs_wallet);
    CHDChain newHdChain;
    newHdChain.nVersion = CanSupportFeature(FEATURE_HD_SPLIT) ? CHDChain::VERSION_HD_CHAIN_SPLIT : CHDChain::VERSION_HD_BASE;
    newHdChain.seed_id = seed.GetID();
    SetHDChain(newHdChain, false);
}

在创建钱包的过程中，本方法及下面的 TopUpKeyPool 方法，可能会被调用两次，一次在第一次创建钱包时，另一次在用户明确升级，且钱包支持 HD，但 HD 没启用的情况下。

下面，我们开始正式讲解这个方法。

1. 首先，生成并调用私钥的 MakeNewKey 来初始化私钥。

   CKey key;
   key.MakeNewKey(true);

2. 然后，调用 DeriveNewSeed 方法，生成并返回私钥对应的公钥。

   return DeriveNewSeed(key);

我们先来看 MakeNewKey 这个方法。这个方法比较简单，但是非常重要，因为正是这个方法，生成了真正意义上的私钥。

void CKey::MakeNewKey(bool fCompressedIn) {
    do {
        GetStrongRandBytes(keydata.data(), keydata.size());
    } while (!Check(keydata.data()));
    fValid = true;
    fCompressed = fCompressedIn;
}

GetStrongRandBytes 方法，正是生成私钥的过程。这个方法的执行逻辑如下：

1. 生成一个 SHA512对象和一个无符号字符数组。

   CSHA512 hasher;
   unsigned char buf[64];

2. 首先，调用 RandAddSeedPerfmon 方法，通过 OpenSSL's RNG 生成随机数，并进行 SHA512 哈希。

   RandAddSeedPerfmon();
   GetRandBytes(buf, 32);
   hasher.Write(buf, 32);

3. 然后，调用 GetOSRand 方法，通过 OS RNG 生成随机数，并进行 SHA512 哈希。

   GetOSRand(buf);
   hasher.Write(buf, 32);

4. 最后，如果 HW 可用，通过 HW 生成随机数，并进行 SHA512 哈希。

   if (GetHWRand(buf)) {
       hasher.Write(buf, 32);
   }

5. 接下来，合并并更新状态。

   {
       WAIT_LOCK(cs_rng_state, lock);
       hasher.Write(rng_state, sizeof(rng_state));
       hasher.Write((const unsigned char*)&rng_counter, sizeof(rng_counter));
       ++rng_counter;
       hasher.Finalize(buf);
       memcpy(rng_state, buf + 32, 32);
   }

6. 然后，把 buf 数组中的内容拷贝到输出参数中，并清空数组中的内容。

   memcpy(out, buf, num);
   memory_cleanse(buf, 64);

Check 方法内部通过调用 secp256k1_ec_seckey_verify 方法，检查私钥的数据是否满足要求，后者正是椭圆曲线算法相关的。

接下来，我们来看 DeriveNewSeed 方法是如何生成公钥的。方法执行逻辑如下：

1. 生成当前时间，并用当前时间初始化蜜钥元数据。

   int64_t nCreationTime = GetTime();
   CKeyMetadata metadata(nCreationTime);

2. 调用私钥的 GetPubKey 方法，生成公钥。

   方法内部正是通过椭圆曲线算法来生成私钥对应的公钥。代码如下，有兴趣的读者可以自行研究。

   assert(fValid);
   secp256k1_pubkey pubkey;
   size_t clen = CPubKey::PUBLIC_KEY_SIZE;
   CPubKey result;
   int ret = secp256k1_ec_pubkey_create(secp256k1_context_sign, &pubkey, begin());
   assert(ret);
   secp256k1_ec_pubkey_serialize(secp256k1_context_sign, (unsigned char*)result.begin(), &clen, &pubkey, fCompressed ? SECP256K1_EC_COMPRESSED : SECP256K1_EC_UNCOMPRESSED);
   assert(result.size() == clen);
   assert(result.IsValid());
   return result;

3. 执行 assert(key.VerifyPubKey(seed)); 方法，验证公钥确实有私钥相匹配。

4. 设置蜜钥元数据的两个属性。

   metadata.hdKeypath     = "s";
   metadata.hd_seed_id = seed.GetID();

   GetID 方法，用公钥的数据经过 SHA256、RIPEMD160 两次哈希后生成的字符串来生成一个 CKeyID 对象。

5. 把密钥元数据保存在 mapKeyMetadata 集合中。

   mapKeyMetadata[seed.GetID()] = metadata;

6. 调用 AddKeyPubKey 方法，把私钥/公钥及元数据保存到数据库。如果出错，抛出一个异常。

   if (!AddKeyPubKey(key, seed))
       throw std::runtime_error(std::string(__func__) + ": AddKeyPubKey failed");

   AddKeyPubKey 方法生成一个访问数据库的对象，然后调用钱包对象的 AddKeyPubKeyWithDB 方法来保存密钥数据。后者的执行流程如下：

   • 如果变量 encrypted_batch 为空，那么设置变量 needsDB 为真。如果后者为真，那么设置 encrypted_batch 属性为参数指定的对象。

     bool needsDB = !encrypted_batch;
     if (needsDB) {
         encrypted_batch = &batch;
     }

   • 调用 CCryptoKeyStore::AddKeyPubKey 方法，保存私钥和公钥。如果不成功，进一步，如果变量 needsDB 为真，则设置变量 encrypted_batch 为假。

     if (!CCryptoKeyStore::AddKeyPubKey(secret, pubkey)) {
         if (needsDB) encrypted_batch = nullptr;
         return false;
     }

     CCryptoKeyStore::AddKeyPubKey 方法内部执行逻辑如下：

     • 如果没有加密，那么调用 CBasicKeyStore::AddKeyPubKey 来保存私钥和公钥，然后返回。

       if (!IsCrypted()) {
           return CBasicKeyStore::AddKeyPubKey(key, pubkey);
       }

       IsCrypted 方法，初始化时是没有加密的，只有在执行加锁、解锁、添加加密密钥的情况下才会是加密的。当前情景是没有加密的，所以执行基类的方法来保存私钥和公钥。

       CBasicKeyStore::AddKeyPubKey 方法，首先把私钥保存在 mapKeys 集合中，然后调用 ImplicitlyLearnRelatedKeyScripts 方法来处理脚本，因为公钥默认是压缩的，所以在方法内会生成脚本，并把脚本保存在 mapScripts 集合中。

       bool CBasicKeyStore::AddKeyPubKey(const CKey& key, const CPubKey &pubkey)
       {
           LOCK(cs_KeyStore);
           mapKeys[pubkey.GetID()] = key;
           ImplicitlyLearnRelatedKeyScripts(pubkey);
           return true;
       }

     • 如果是锁定的，那么返回假。

       if (IsLocked()) {
           return false;
       }

       IsLocked 方法，首先调用 IsCrypted 方法，确定是否是加密的，如果不是加密的，则直接返回假；否则，把 vMasterKey 集合清空。

       bool CCryptoKeyStore::IsLocked() const
       {
           if (!IsCrypted()) {
               return false;
           }
           LOCK(cs_KeyStore);
           return vMasterKey.empty();
       }

     • 接下来，生成加密私钥。

       std::vector<unsigned char> vchCryptedSecret;
       CKeyingMaterial vchSecret(key.begin(), key.end());
       if (!EncryptSecret(vMasterKey, vchSecret, pubkey.GetHash(), vchCryptedSecret)) {
           return false;
       }

     • 最后，调用 AddCryptedKey 方法，保存加密私钥，并返回

       if (!AddCryptedKey(pubkey, vchCryptedSecret)) {
           return false;
       }
       return true;

       AddCryptedKey 方法，首先确定是否是加密的，如果没有加密则返回假。接下来，把私钥保存在 mapCryptedKeys 集合中，然后调用 ImplicitlyLearnRelatedKeyScripts 方法来处理脚本，因为公钥默认是压缩的，所以在方法内会生成脚本，并把脚本保存在 mapScripts 集合中。

       bool CCryptoKeyStore::AddCryptedKey(const CPubKey &vchPubKey, const std::vector<unsigned char> &vchCryptedSecret)
       {
           LOCK(cs_KeyStore);
           if (!SetCrypted()) {
               return false;
           }
           mapCryptedKeys[vchPubKey.GetID()] = make_pair(vchPubKey, vchCryptedSecret);
           ImplicitlyLearnRelatedKeyScripts(vchPubKey);
           return true;
       }

   • 如果变量 needsDB 为真，则设置变量 encrypted_batch 为空指针。

   • 调用 GetScriptForDestination 方法，获得公钥对应的脚本。

     CScript script;
     script = GetScriptForDestination(pubkey.GetID());

   • 调用 HaveWatchOnly 方法，检查 setWatchOnly 集合中是否有这个脚本。如果有，则调用 RemoveWatchOnly 方法，清除公钥对应的脚本。

     if (HaveWatchOnly(script)) {
         RemoveWatchOnly(script);
     }

     RemoveWatchOnly 方法执行逻辑如下：

     • 调用 CCryptoKeyStore::RemoveWatchOnly 方法来移除脚本。方法内部执行逻辑如下：从 setWatchOnly 集合中移除对应的脚本；然后，调用 ExtractPubKey 方法，通过脚本来解析出公钥，如果可以得到公钥，则从 mapWatchKeys 集合中移除对应的公钥；最后，返回真。

     • 调用数据库访问对象的 EraseWatchOnly 方法，从数据库中移除 watchmeta 和 watchs 对应的数据。

     • 返回真。

   • 调用 GetScriptForRawPubKey 方法，从原始公钥获得脚本。

     script = GetScriptForRawPubKey(pubkey);

   • 调用 HaveWatchOnly 方法，检查 setWatchOnly 集合中是否有这个脚本。如果有，则调用 RemoveWatchOnly 方法，清除公钥对应的脚本。

     方法执行逻辑如上所述，这里不讲。

   • 如果不是加密的，则调用数据库的访问对象的 WriteKey 方法，把私钥和公钥及密钥元数据写入数据库。

     在这个方法中，首先，以 keymeta 为键，保存对应的元数据；然后，把公钥/私钥保存到向量中，以 key 为键，保存对应的公钥/私钥。

   • 最后，返回真。

后记

由于本人水平所限，文中错误在所难免，欢迎您踊跃指出错误，在下感激不尽。我的微信联系方式：joepeak。

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