以太坊錢包開發系列2 - 帳號Keystore文件導入導出

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以太坊去中心化網頁錢包開發系列，將從零開始開發出一個能夠實際使用的錢包，本系列文章是理論與實戰相結合，一共有四篇：建立錢包帳號、帳號Keystore文件導入導出、展現錢包信息及發起簽名交易、發送Token(代幣），這是第二篇，主要介紹錢包帳號導出與導入，將對Keystore文件的生成的原理進行介紹。

如何導入Geth建立的帳號？

在上一篇文章，介紹瞭如何使用私鑰及助記詞來建立帳號，若是是使用已有的私鑰及助記詞，這其實也是帳號導入的過程。

有一些同窗會問，個人帳號是Geth生成的，如何導入到錢包呢？使用Geth的同窗，應該知道Geth在建立帳號時會生成一個對應keystore JSON文件，Keystore文件存儲加密後的私鑰信息，所以咱們須要作的就是導入這個Keystore文件，這個文件一般在同步區塊數據的目錄下的keystore文件夾（如： ~/.ethereum/keystore）裏。

儘管在ethers.js 中，簡單的使用一個函數就能夠完成keystore文件的導入，不過理解Keystore 文件的做用及原理仍是很是有必要的，固然若是你是在沒有興趣，能夠直接跳到本文最後一節：使用ethers.js 實現帳號導出導入。

詳細解讀 Keystore 文件

爲何須要 Keystore 文件

經過這篇文章理解開發HD 錢包涉及的 BIP3二、BIP4四、BIP39，私鑰其實就表明了一個帳號，最簡單的保管帳號的方式就是直接把私鑰保存起來，若是私鑰文件被人盜取，咱們的數字資產將洗劫一空。

Keystore 文件就是一種以加密的方式存儲密鑰的文件，這樣的發起交易的時候，先從Keystore 文件是使用密碼解密出私鑰，而後進行簽名交易。這樣作以後就會安全的多，由於只有黑客同時盜取 keystore 文件和密碼才能盜取咱們的數字資產。

Keystore 文件如何生成的

以太坊是使用對稱加密算法來加密私鑰生成Keystore文件，所以對稱加密祕鑰(注意它其實也是發起交易時須要的解密祕鑰)的選擇就很是關鍵，這個祕鑰是使用KDF算法推導派生而出。所以在完整介紹Keystore 文件如何生成前，有必要先介紹一下KDF。

使用 KDF 生成祕鑰

密碼學KDF（key derivation functions），其做用是經過一個密碼派生出一個或多個祕鑰，即從 password 生成加密用的 key。

其實在理解開發HD 錢包涉及的 BIP3二、BIP4四、BIP39中介紹助記詞推導出種子的PBKDF2算法就是一種KDF函數，其原理是加鹽以及增長哈希迭代次數。

而在Keystore中，是用的是Scrypt算法，用一個公式來表示的話，派生的Key生成方程爲：

DK = Scrypt(salt, dk_len, n, r, p)

其中的 salt 是一段隨機的鹽，dk_len 是輸出的哈希值的長度。n 是 CPU/Memory 開銷值，越高的開銷值，計算就越困難。r 表示塊大小，p 表示並行度。

Litecoin 就使用 scrypt 做爲它的 POW 算法

實際使用中，還會加上一個密碼進行計算，用一張圖來表示這個過程就是：

對私鑰進行對稱加密

上面已經用KDF算法生成了一個祕鑰，這個祕鑰就是接着進行對稱加密的祕鑰，這裏使用的對稱加密算法是 aes-128-ctr，aes-128-ctr 加密算法還須要用到一個參數初始化向量 iv。

Keystore文件

好了，咱們如今結合具體 Keystore文件的內容，就很容易理解了Keystore 文件怎麼產生的了。

{  
   "address":"856e604698f79cef417aab...",
   "crypto":{  
      "cipher":"aes-128-ctr",
      "ciphertext":"13a3ad2135bef1ff228e399dfc8d7757eb4bb1a81d1b31....",
      "cipherparams":{  
         "iv":"92e7468e8625653f85322fb3c..."
      },
      "kdf":"scrypt",
      "kdfparams":{  
         "dklen":32,
         "n":262144,
         "p":1,
         "r":8,
         "salt":"3ca198ce53513ce01bd651aee54b16b6a...."
      },
      "mac":"10423d837830594c18a91097d09b7f2316..."
   },
   "id":"5346bac5-0a6f-4ac6-baba-e2f3ad464f3f",
   "version":3
}

來解讀一下各個字段：

• address: 帳號地址
• version: Keystore文件的版本，目前爲第3版，也稱爲V3 KeyStore。
• id : uuid

• crypto: 加密推倒的相關配置.

  • cipher 是用於加密以太坊私鑰的對稱加密算法。用的是 aes-128-ctr 。
  • cipherparams 是 aes-128-ctr 加密算法須要的參數。在這裏，用到的惟一的參數 iv。
  • ciphertext 是加密算法輸出的密文，也是未來解密時的須要的輸入。
  • kdf: 指定使用哪個算法，這裏使用的是 scrypt。
  • kdfparams: scrypt函數須要的參數
  • mac: 用來校驗密碼的正確性， mac= sha3(DK[16:32], ciphertext) 下面一個小節單獨分析。

咱們來完整梳理一下 Keystore 文件的產生：

1. 使用scrypt函數 （根據密碼 和 相應的參數） 生成祕鑰
2. 使用上一步生成的祕鑰 + 帳號私鑰 + 參數 進行對稱加密。
3. 把相關的參數 和 輸出的密文 保存爲以上格式的 JSON 文件

如何確保密碼是對的？

當咱們在使用Keystore文件來還原私鑰時，依然是使用kdf生成一個祕鑰，而後用祕鑰對ciphertext進行解密，其過程以下：

此時細心的同窗會發現，不管使用說明密碼，來進行這個操做，都會生成一個私鑰，可是最終計算的以太坊私鑰究竟是不是正確的，卻不得而知。

這就是 keystore 文件中 mac 值的做用。mac 值是 kdf輸出 和 ciphertext 密文進行SHA3-256運算的結果，顯然密碼不一樣，計算的mac 值也不一樣，所以能夠用來檢驗密碼的正確性。檢驗過程用圖表示以下：

如今咱們以解密的角度完整的梳理下流程，就能夠獲得如下圖：

用ethers.js 實現帳號導出導入

ethers.js 直接提供了加載keystore JSON來建立錢包對象以及加密生成keystore文件的方法，方法以下：

// 導入keystore Json
    ethers.Wallet.fromEncryptedJson(json, password, [progressCallback]).then(function(wallet) {
       // wallet
    });

    // 使用錢包對象 導出keystore Json
    wallet.encrypt(pwd, [progressCallback].then(function(json) {
        // 保存json
    });

如今結合界面來完整的實現帳號導出及導入，先看看導出，UI圖以下：

HTML 代碼以下：

<h3>KeyStore 導出:</h3>
    <table>
        <tr>
            <th>密碼:</th>
            <td><input type="text" placeholder="(password)" id="save-keystore-file-pwd" /></td>
        </tr>

        <tr>
            <td> </td>
            <td>
                <div id="save-keystore" class="submit">導出</div>
            </td>
        </tr>
    </table>

上面主要定義了一個密碼輸入框和一個導出按鈕，點擊「導出」後，處理邏輯代碼以下：

// "導出" 按鈕，執行exportKeystore函數
  $('#save-keystore').click(exportKeystore);

  exportKeystore: function() {
    // 獲取密碼
    var pwd = $('#save-keystore-file-pwd');

    // wallet 是上一篇文章中生成的錢包對象
    wallet.encrypt(pwd.val()).then(function(json) {
      var blob = new Blob([json], {type: "text/plain;charset=utf-8"});

      // 使用了FileSaver.js 進行文件保存
      saveAs(blob, "keystore.json");

    });
  }

FileSaver.js 是能夠用來在頁面保存文件的一個庫。

再來看看導入keystore 文件, UI圖以下：

<h2>加載帳號Keystore文件</h2>
<table>
    <tr>
        <th>Keystore:</th>
        <td><div class="file" id="select-wallet-drop">把Json文件拖動到這裏</div><input type="file" id="select-wallet-file" /></td>
    </tr>
    <tr>
        <th>密碼:</th>
        <td><input type="password" placeholder="(password)" id="select-wallet-password" /></td>
    </tr>
    <tr>
        <td> </td>
        <td>
            <div id="select-submit-wallet" class="submit disable">解密</div>
        </td>
    </tr>
</table>

上面主要定義了一個文件輸入框、一個密碼輸入框及一個「解密「按鈕，所以處理邏輯包含兩部分，一是讀取文件，二是解析加載帳號，關鍵代碼以下：

// 使用FileReader讀取文件，

var fileReader = new FileReader();
 fileReader.onload = function(e) {
   var json = e.target.result;

   // 從加載
   ethers.Wallet.fromEncryptedJson(json, password).then(function(wallet) {

   }， function（error) {

   });

 };
fileReader.readAsText(inputFile.files[0]);

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參考文檔

what-is-an-ethereum-keystore-file

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