Мнемоническая фраза и пути деривации

Всем привет, эта статья будет посвящена понятию мнемонической фразы, я постараюсь рассказать о том, почему и как 12 слов английского языка превращаются в множество кошельков почти любой сети.

Мнемоническая фраза

Как мы видим, 12 слов уже имеют столь огромное количество комбинаций, что возможность её получения методом перебора просто отпадает.

Кодовая фраза

Данную технологию поддерживает большинство аппаратных кошельков, такие как: Ledger, Trezor, Coldcard и другие.

Этот код позволяет ещё сильнее обезопасить ваши активы, чтобы при краже основной мнемонической фразы, злоумышленнику пришлось бы перебирать и кодовую, чтобы получить доступ к заветному кошельку.

Кодовой фразой может являться ваше имя, кличка питомца или что либо ещё, но в таком случае перебрать это проблем не составит. Тут нам и пригодятся хэш-функции, давайте подумаем, а что если нам всё также запоминать лишь наше имя, но при этом в качестве кодовой фразы использовать не само имя, а его хэш, полученный из любой хэш-функции?

Условно, при использовании функции sha-256 из LogisticNode мы получим нечто вроде 663225c0ece3e98375738f0772dca57008565f21dc384c95f13233b3d7d8aeba, перебор этого выражения невозможен для современных компьютеров, как и попытки угадать изначальную фразу вместе с выбранной хэш функцией.

Выходит, что имея сид фразу с этим "паролем", вы сможете обезопасить себя от большинства технических атак. Так как даже при краже сид фразы, злоумышленник просто не сможет получить или каким-либо образом подобным подобрать кодовую фразу, а вы в это время просто помните начальное слово(LogisticNode) и хэш-функцию(sha-256), которую вы использовали для генерации хэша, который и является нашим "паролем".

С мнемонической фразой закончили, теперь перейдём к тому как из 12 слов получаются приватные ключи.

Seed фраза и мастер-ключ

Первое, что нужно понять, - определение термина HD wallet.

Далее, посмотрим на картинку со всеми этапами преобразований.

Рассмотрим её по пунктам:

Seed фраза

В качестве сообщения(пароля) используется мнемоническая фраза, в качестве salt используется мнемоническая фраза + кодовая фраза(то самое 13, 25 слово). По умолчанию кодовое слово является пустым.

Есть ещё несколько важных параметров:

• Количество итераций: 2048(Данные параметр обеспечивает безопасность шифрования, при желании количество можно увеличить в целях безопасности. Так как по стандарту число установлено 2048, вы можете его увеличить, тогда seed будет другой и как следствие всё что ниже, а простые кошельки всё также будут использовать 2048 итераций и давать доступ совсем к другим кошелькам. При этом уменьшать их не следует, так как это не безопасно.
• Длина ключа: 64(Seed фраза для наших задач должна содержать 64 байта)

Таким образом, используя данный код на питоне мы можем выполнить необходимые преобразования и получить сид фразу:

import hashlib
import hmac
import unicodedata
from typing import AnyStr
from binascii import (hexlify, unhexlify)
PBKDF2_ROUNDS = 2048

def normalize_string(txt: AnyStr) -> str:
    if isinstance(txt, bytes):
            utxt = txt.decode("utf8")
    elif isinstance(txt, str):
            utxt = txt
    else:
            raise TypeError("String value expected")
    return unicodedata.normalize("NFKD", utxt)

def to_seed(mnemonic: str, passphrase: str = "") -> bytes:
    mnemonic = normalize_string(mnemonic)
    passphrase = normalize_string(passphrase)    
    passphrase = "mnemonic" + passphrase   
    mnemonic_bytes = mnemonic.encode("utf-8")   
    passphrase_bytes = passphrase.encode("utf-8")    
    stretched = hashlib.pbkdf2_hmac(
            "sha512", mnemonic_bytes, passphrase_bytes, PBKDF2_ROUNDS
    )    
    return stretched[:64] # Непреобразованный вид, для преобразования в читаемый используйте функцию hexlify

Мастер-ключ

HMAC функция возвращает 64 байта данных, которые невозможно предсказать. Далее их разделяют на две части, первая из которых является нашим расширенным приватным ключом(Xprv).

• Левая сторона является обычным приватным ключом.
• Правая сторона будет так называемым Chain code, это просто случайные 32 байта данных, которые в дальнейшем будут использоваться для генерации дочерних ключей.

Расширенный приватный ключ

Из расширенного приватного ключа также можно сгенерировать расширенный публичный ключ(Xpub), просто вычислив публичный ключ из приватного и добавив к нему Chain code.

Мы получили все ключи, поэтому можно переходить к описанию того, как из них создаются все дочерние связки ключей.

Генерация дочерних ключей

Благодаря Xprv и Xpub мы можем создавать огромное множество дочерних ключей, а если точнее - вплоть до числа 2**32.

• Расширенный приватный ключ может генерировать оба вида дочерних ключей - приватный и публичный.
• Расширенный публичный ключ может генерировать только публичные ключи тех же кошельков, что и у приватного. (Это может быть полезно, когда по какой-то причине вы хотите дать возможность получить все адреса ваших кошельков, но не давать приватные ключи от них)

В целях безопасности, вы можете создать защищённые(Hardened) дочерние ключи. В сравнении с обычными ключами, имея Xpub не получится получить их публичный ключ, что может требоваться в некоторых задачах для усиления безопасности.

Также, из каждого дочернего приватного ключа(Normal, Hardened) и дочернего публичного ключа также можно генерировать до 2**32 дочерних, выглядит это как-то так(Пример для Normal, можете прочитать полностью в англоязычной статье):

Наконец мы закончили о ключах и теперь можно приступить к теме сильно проще - путям деривации.

Пути деривации

Всего есть 5 уровней, которые входят в стандарт BIP32:

m / purpose' / coin_type' / account' / change / address_index

На изображении показано, как это выглядит графически.

Опишем каждую часть по порядку.

Purpose

Но есть и исключения, вы задумывались почему в биткоине есть какие-то Legacy, Segwit и Taproot адреса? Как раз из-за purpose. У Legacy он 44, Segwit имеет номер 84, а Taproot - 86(Следовательно, и адреса у них разнятся).

Coin type

• 0' = Bitcoin
• 1' = Bitcoin (Testnet)
• 2' = Litecoin
• 3' = Dogecoin
• 60' = Ethereum

Полный список вы можете посмотреть по ссылке, каждая монета, у которой поддерживается мнемоническая фраза(то есть почти каждая) имеет свой номер в этом списке.

Account

Вы заметили, сколько возможностей обезопасить свой кошелёк уже было описано? Именно поэтому я занялся написанием этой статьи.

Change

Всего есть 2 значения:

• Receiving = 0 - Адреса, которые мы передаём людям для получения транзакций.
• Change = 1 - Адреса, используемые для отправки остатка себе.

Последнее - механика работы биткоина, когда в каждой транзакции участвуют все средства, просто введённая сумма отправляется получателю, а остаток(Весь баланс-отправленная сумма), отправляется себе.

И наконец, последний уровень - index.

Index

Конец

Спасибо за прочтение статьи, надеюсь вам было интересна, а главное полезна описанная мной информация.

Автор статьи - https://t.me/leviathan_hell.