31-HD钱包助记词生成

助记词生成概念讲解

助记词（Mnemonic Phrase） 是一种用于加密货币钱包中生成和管理私钥的方法，基于 BIP-39 标准。

生成原理

随机熵生成：创建一段随机熵，长度为 128 到 256 位，通常是 32 的倍数。
计算校验和：对熵进行 SHA-256 哈希计算，取哈希值的前几位作为校验和。
组合熵和校验：将校验和附加到熵的末尾，形成一个新的二进制序列。
分割为助记词索引：将序列分割成 11 位一组，每个数字作为索引。
映射为助记词：使用索引从预定义的 2048 个助记词列表中提取助记词。

验证原理

检查单词数量：助记词通常包含12、15、18、21或24个单词，如果单词数量不符合上述标准，则助记词无效。
检查单词是否在词汇表中：每个单词必须在BIP-39标准的2048个单词的词汇表中。
将助记词转化成位串：将每个单词转换为其在词汇表中的索引，每个索引是一个11位的二进制数，所有索引的二进制数连接起来，形成一个位串。
提取种子和校验和：位串的长度应为单词数量乘以11位，12个单词的助记词将产生132位的位串。位串的前128位用于提取种子，最后4位用于校验和。
计算校验和：使用SHA-256哈希函数对提取的种子（前128位）进行哈希计算，从哈希值中取前4位，作为计算得到的校验和。
验证校验和：将从位串中提取的校验和与计算得到的校验和进行比较，如果两者匹配，助记词有效。

代码实现

import hashlib
import os
import bip39


def generate_mnemonic():
    # 1. 生成 128 位随机熵 (16 字节)
    entropy = os.urandom(16)

    # 2. 计算校验和 (SHA-256)
    hash_bytes = hashlib.sha256(entropy).digest()
    checksum_bits = bin(hash_bytes[0])[2:].zfill(8)[:4]  # 取前 4 位

    # 3. 组合熵和校验和
    entropy_bits = ''.join([bin(byte)[2:].zfill(8) for byte in entropy])
    combined_bits = entropy_bits + checksum_bits

    # 4. 分割为助记词索引
    indices = [int(combined_bits[i:i + 11], 2)
               for i in range(0, len(combined_bits), 11)]

    # 5. 映射为助记词
    wordlist = bip39.INDEX_TO_WORD_TABLE
    mnemonic = ' '.join([wordlist[index] for index in indices])

    return mnemonic


if __name__ == '__main__':
    # 生成并打印助记词
    mnemonic_phrase = generate_mnemonic()
    print(f"Generated mnemonic phrase: {mnemonic_phrase}")

推导关系：

熵 → 助记词：有了熵，可以通过BIP39算法生成助记词。
助记词 → 熵：根据助记词，可以反向推导出原始的熵。
熵或助记词 → 种子【不可逆】：有了熵或助记词，可以使用BIP39过程生成种子。
种子 → 私钥和公钥【不可逆】：种子通过加密算法如BIP32生成HD钱包的主私钥和主公钥，然后可以进一步生成任意数量的子私钥和对应的公钥。

优点：

易用性：助记词以单词形式存在，方便用户记忆和记录。
安全性：基于强随机熵和校验和机制，提供了较高的安全性。
标准化：遵循 BIP-39 标准，实现跨钱包和应用的兼容性。

BIP-32、BIP-39、BIP-44 和 BIP-86 分别解决了什么问题？

BIP-32: 分层确定性钱包（HD Wallet）

解决的问题：如何从单一种子生成一个钱包树结构，以便高效管理大量地址和密钥。
功能：允许创建主密钥（root key）和从该主密钥派生出无限数量的子密钥。
应用：用于生成钱包地址的层次结构，便于管理和备份。

BIP-39: 助记词标准

解决的问题：提供一个人性化且易于记忆的方式来备份和恢复钱包种子。
功能：定义了一个由2048个单词组成的列表，用于生成助记词短语，这些短语可以转换成种子。
应用：允许用户通过记忆一串单词来备份他们的钱包，简化了钱包的恢复过程。

BIP-44: 多重账户确定性钱包结构

解决的问题：如何组织和管理具有多个账户和货币的钱包。
功能：定义了一个钱包结构标准，允许钱包同时管理多个账户，每个账户可以包含多个地址。
应用：用于多币种、多账户的钱包管理，提高了钱包的灵活性和可用性。

BIP-86: Schnorr签名

解决的问题：提高比特币签名的效率和安全性。
功能：引入Schnorr签名算法，允许多个签名聚合为一个，减少了签名数据的大小。
应用：旨在提高交易的可扩展性和隐私性，同时减少交易验证的数据量。

总结

BIP-32 解决了密钥管理的可扩展性和效率问题，允许从单一种子生成多个密钥。
BIP-39 解决了用户备份和恢复钱包的问题，提供了一种易于记忆和记录的方法。
BIP-44 解决了多币种、多账户钱包管理的问题，提供了一种清晰的组织结构。
BIP-86 解决了提高交易签名效率和安全性的问题，通过引入Schnorr签名算法。

bip44 支持的完整币种列表: https://github.com/satoshilabs/slips/blob/master/slip-0044.md