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BIP32
BIP32(Bitcoin Improvement Proposal 32)는 HD 지갑의 일반적인 형식과 HD 지갑을 구축하는 방법을 설명한 문서이다.
목차
개요
BIP는 비트코인의 기술을 논의하기 위해 작성하거나 공개된 제안 양식이다. BIP32가 탄생하게 된 배경은 하나의 비트코인 주소보다 여러개의 비트코인 주소를 가지고 입출금을 하면 훨씬 더 안전하다는 것에서부터 출발하여 현재는 다양한 용도로 사용 가능하다. BIP32는 처음 HD 지갑(Hierarchical Deterministic Wallet)에 대한 구조를 제안했는데, HD 지갑은 BIP32 문서를 코드로 프로그래밍화한 것을 말한다. HD 지갑은 결정적 계층 구조 지갑으로 2진 트리처럼, 또는 부모-자손 관계를 이용해 끝없이 파생시킬 수 있는 지갑으로 BIP32 이외에도 BIP39, BIP44 등 여러 버전이 있으며 BIP39로 만들어진 프로그램은 이오스(EOS)나 다른 블록체인에서도 흔히 사용된다.[1]
등장배경
비트 코인을 받으려면 비트 코인 주소가 필요하다. 이 주소로받은 비트 코인을 보내려면 해당 개인 키가 필요하다. 따라서 비트 코 클라이언트는 적어도 하나의 비트 코 주소와 해당 개인 키가 유용해야합니다. 일반적으로, 비트 동전 지갑은 사용자가 여러 주소를 생성 할 수있게 한다. 복수의 주소를 사용하는 사용자는 하나의 주소만을 사용하는 사람보다 블록 체인을 감시하는 것을 더 어렵게하기 때문에 익명성에 도움이 된다. 요청시 주소 / 개인 키를 생성하는 초기 아이디어는 사용자가 주소를 요청할 때마다 임의로 새로운 주소를 효과적으로 생성하는 것이 었다. 이것이 bitcoin-qt가하는 방식이다. 이 방법의 단점 중 하나는 지갑이 모든 주소 / 키를 저장해야한다는 것이다. 따라서 사용자는 새로 생성 된 주소 / 키가 손실되지 않도록하기 위해 새 주소를 생성 할 때마다 지갑을 백업해야한다. BIP32 지갑은 사용자가 필요에 따라 새로운 주소를 생성 할 수 있지만 주소 / 키를 반복해서 백업 할 필요가 없다. 마술은 두 번째 주소 / 키가 무작위가 아니라 실제로 첫 번째 것의 파생물이고, 세 번째 것은 두 번째 파생 된 것이다. 이 모든 것은 아무도 그 주소에서 어떤 주소도 추측 할 수 없도록하기 위해 일부 암호화에 의해 뒷받침 이된다. 첫 번째 개인 키가 없어도 지갑을 사용할 수 있다.
기본구조
Bitcoin 참조 클라이언트는 임의로 생성 된 키를 사용한다. 매 트랜잭션마다 백업이 필요하지 않도록 (기본적으로) 100 개의 키가 예약 키 풀에 캐시된다. 하지만이 지갑은 여러 시스템에서 동시에 공유하고 사용할 수 없다. 그들은 지갑 암호화 기능을 사용하고 비밀 번호를 공유하지 않음으로써 개인 키를 숨기도록 지원하지만 그러한 "중성화 된"지갑은 공개 키를 생성 할 수있는 능력을 잃어 버린다. 결정 론적 지갑은 빈번한 백업을 필요로하지 않으며, 타원 곡선 수학은 개인 키를 공개하지 않고 공개 키를 계산할 수있는 스키마를 허용한다. 이것은 예를 들어 webshop 비즈니스가 웹 서버가 (수신 된 자금을 소비하는 데 필요한) 해당 개인 키에 대한 액세스를 제공하지 않고 웹 서버가 각 주문 또는 각 고객에 대해 새로운 주소 (공개 키 해시)를 생성하도록 허용한다. 그러나 결정 론적 지갑은 일반적으로 키 쌍의 단일 "체인"으로 구성된다. 단 하나의 체인이 있다는 사실은 지갑을 공유하는 것이 모두 또는 전혀 기초가 없다는 것을 의미한다. 그러나 경우에 따라 일부 공개 키만 공유하고 복구 할 수 있기를 원한다. 웹샵의 예에서 웹 서버는 판매자의 지갑의 모든 공개 키에 액세스 할 필요가 없다. 예를 들어 판매자가 돈을 지불 할 때 생성되는 변경 주소가 아닌 고객의 지불을받는 데 사용되는 주소에만 적용된다. 계층 적 결정 론적 지갑은 단일 루트에서 파생 된 여러 개의 키 쌍 체인을 지원함으로써 이러한 선택적 공유를 허용한다.
협약
이 텍스트의 나머지 부분에서는 Bitcoin에서 사용되는 공개 키 암호화, 즉 secp256k1 ( http://www.secg.org/sec2-v2.pdf )에서 정의한 필드 및 곡선 매개 변수를 사용하는 타원 곡선 암호화를 가정한다. 아래 변수는 다음 중 하나이다.
- 곡선의 차수를 n으로 나타내는 정수이다.
- 커브상의 점의 좌표이다.
- 바이트 시퀀스.
두 좌표 쌍의 더하기 (+)는 EC 그룹 연산의 적용으로 정의됩니다. 연결 (||)은 1 바이트 시퀀스를 다른 시퀀스에 추가하는 작업이다. 표준 변환 함수로 다음과 같이 가정한다.
- point (p) : secp256k1 기준점의 EC 포인트 곱셈 (EC 그룹 연산의 반복 적용)에서 나온 좌표 쌍을 정수 p로 반환한다.
- ser 32 (i) : 32 비트 부호없는 정수 i를 4 바이트 시퀀스로 최상위 바이트 먼저 serialize한다.
- ser 256 (p) : 정수 p를 32 바이트 시퀀스로 최상위 바이트 먼저 serialize한다.
- ser P (P) : SEC1의 압축 형식 (0x02 또는 0x03)을 사용하여 좌표 쌍 P = (x, y)를 바이트 시퀀스로 직렬화한다. ser 256 (x). 여기서 헤더 바이트는 생략 된 y 좌표의 패리티에 따라 다르다.
- 256 (p) 파싱 : 32 비트 시퀀스를 최상위 바이트 인 256 비트 숫자로 먼저 해석한다.
확장키
다음에서는 상위 키에서 여러 하위 키를 유도하는 함수를 정의한다. 이것들이 키 자체에만 의존하는 것을 막기 위해서 우리는 우선 256 비트의 엔트로피로 개인 키와 공개 키를 확장한다. 체인 코드라고하는이 확장은 해당 개인 키와 공개 키에서 동일하며 32 바이트로 구성된다. 우리는 확장 개인 키를 (k, c)로 표현하고, k는 일반 개인 키를, c는 체인 코드를 나타낸다. 확장 공개 키는 (K, c), K = 포인트 (k) 및 체인 코드로 표현된다. 각 확장 키에는 2 31 개의 일반 자식 키와 2 31 개의 강화 된 자식 키가 있다. 이러한 각 하위 키에는 색인이 있다. 통상의 아이 키는 0 ~ 2 31 -1의 인덱스를 사용 한다. 강화 된 자식 키는 인덱스 2 31 에서 2 32 -1을 사용한다. 강화 된 키 인덱스에 대한 표기법을 쉽게하기 위해 숫자 i H 는 i + 2 31을 나타낸다 .
하위 키 유도 (CKD) 함수
부모 확장 키 및 인덱스 i가 주어지면, 대응하는 자식 확장 키를 계산하는 것이 가능하다. 이렇게하는 알고리즘은 아동이 강화 된 키인지 아닌지 (또는 i ≧ 2 31 인지 여부)와 개인 키 또는 공개 키에 대해 이야기하는지 여부에 따라 다르다 .
개인 부모 키 → 개인 자식 키 함수 CKDpriv ((k par , c par ), i) → (k i , c i )는 부모 확장 개인 키에서 자식 확장 개인 키를 계산한다 :
- i ≥ 2 31 (아이가 강화 된 키인지 여부)를 확인해라.
그렇다면 : HMAC-SHA512 (Key = c par , Data = 0x00 || ser 256 (k par ) || ser 32 (i)) 라고한다면 . (참고 : 0x00은 33 바이트 길이가되도록 개인 키를 채 웁니다.) 그렇지 않다면 (HMAC-SHA512) (Key = c par , Data = ser P (point (k par )) || ser 32 (i)).
- I를 두 개의 32 바이트 시퀀스, I L 과 I R 로 분할 합다.
- 반환 된 자식 키 (K)의 난 파싱 인 256 (I의 L ) + (K)의 액면 (mod n)을 계산한다.
- 반환 된 체인 코드 c i 는 I R 이다.
- 구문 256 (I L ) ≥ n 또는 k i = 0 인 경우 결과 키는 유효하지 않으며 i는 다음 값으로 진행해야한다. (참고 : 2 127의 확률은 1보다 낮습니다 .)
HMAC-SHA512 기능은 RFC 4231에 명시되어 있다. 공용 상위 키 → 공용 하위 키 함수 CKDpub ((K의 파 는 C 파가 ), 나) → (K는 난 , C, I ) 아이 공개 키 확장 부모로부터 공개 키를 확장 연산한다. non-hardened 자식 키에 대해서만 정의된다.
- i ≥ 2 31 (아이가 강화 된 키인지 여부)를 확인.
- 그렇다면 (단단한 자식) : 반환 실패
- 그렇지 않다면 (정상 아동) : HMAC-SHA512 (Key = c par , Data = ser P (K par ) || ser 32 (i)) 라고한다면 .
I를 두 개의 32 바이트 시퀀스, I L 과 I R 로 분할 한다.
- 반환 된 자식 키 K가 나는 지점 (파싱 인 256 (I의 L을 )) + K의 파 .
- 반환 된 체인 코드 c i 는 I R 이다.
- 파싱 256 (I L ) ≥ n 또는 K i 가 무한대의 점인 경우 결과 키는 유효하지 않으며 i는 다음 값으로 진행해야한다.
개인 부모 키 → 공개 자식 키 함수 N ((k, c)) → (K, c)는 확장 된 개인 키에 상응하는 확장 공개 키를 계산한다. ( "중립"버전은 트랜잭션 서명 기능을 제거한다.).
- 반환 된 키 K는 point (k)이다.
- 반환 된 체인 코드 c는 전달 된 체인 코드이다.
상위 개인 키의 공용 하위 키를 계산하려면 다음을 수행.
- N (CKDpriv ((k par , c par ), i)) (항상 작동 함).
- CKDpub (N (k par , c par ), i) (강화되지 않은 자식 키에서만 작동).
키가 동일하다는 사실은 강화되지 않은 키를 유용하게 만드는 것이다 (개인 키를 모르는 상태에서 지정된 부모 키의 자식 공개 키를 파생시킬 수 있음). 또한 강화 된 키와 구별되는 점도 있다. 보안이 강화되지 않은 키 (더 유용함)를 항상 사용하지 않는 이유는 보안이다. 자세한 내용은 추가 정보를 참조하십시오. 공개 부모 키 → 개인 자식 키 불가능하다.
키트리
다음 단계는 여러 개의 CKD 구성을 계단식으로 배열하여 나무를 만드는 것이다. 우리는 하나의 루트, 마스터 확장 키로 시작합니다. i의 여러 값에 대해 CKDpriv (m, i)를 평가하면 레벨 1 파생 노드 수를 얻을 수 있다. 이들 각각은 다시 확장 키이므로 CKDpriv도 해당 키에 적용 할 수 있다.
표기법을 줄이기 위해 우리는 CKDpriv (CKDpriv (CKDpriv (m, 3 H ), 2), 5)를 m / 3 H / 2 / 5로 쓴다 . 공개 키와 마찬가지로 CKDpub (CKDpub (CKDpub (M, 3), 2), 5)를 M / 3 / 2 / 5로 쓴니다. 결과적으로 다음과 같은 ID가 생성된다.
- (m / a) / b / c = N (m) / a / b / c = M / a / b / c = N (m / 기음.
- N (m / aH / b / c) = N (m / aH / b) / c = N (m / aH ) / b / c.
그러나 N (m / a H )은 N (m) / a H 로 다시 쓸 수 없습니다 . 왜냐하면 후자가 불가능하기 때문이다. 트리의 각 리프 노드는 실제 키에 해당하는 반면 내부 노드는 키의 컬렉션에 해당한다. 잎 노드의 체인 코드는 무시되며 내장 된 개인 키나 공개 키만 관련된다. 이 구성으로 인해 확장 개인 키를 알고 있으면 모든 자손 개인 키와 공개 키를 재구성 할 수 있고 확장 공개 키를 알고 있으면 모든 하위 키가 아닌 공개 키를 재구성 할 수 있다.
키 식별자
확장 된 키는 체인 코드를 무시하고 직렬화 된 ECDSA 공개 키 K의 Hash160 (SHA256 이후의 RIPEMD160)으로 식별 할 수 있다. 이것은 전통적인 Bitcoin 주소에서 사용되는 데이터와 정확하게 일치한다. 이 데이터를 base58 형식으로 표현하는 것은 권장하지 않는다. 이는 주소 방식으로 해석 될 수 있으므로 (지갑 소프트웨어 자체가 체인 키에 대한 지불을 수락하지 않아도되기 때문이다). 식별자의 처음 32 비트는 키 지문이라고 한다.
직렬화 형식
확장 공개 키와 비공개 키는, 다음과 같이 직렬화된다.
- 4 바이트 : 버전 바이트 (mainnet : 0x0488B21E public, 0x0488ADE4 private, testnet : 0x043587CF public, 0x04358394 private)
- 1 바이트 : 깊이 : 마스터 노드의 경우 0x00, 레벨 1 파생 키의 경우 0x01 ...
- 4 바이트 : 부모 키의 지문 (마스터 키인 경우 0x00000000)
- 4 바이트 : 자식 번호. 이것은 x 32 i (i) x i = x par / i이고 x i 는 키가 직렬화 된 것입니다. (마스터 키인 경우 0x00000000)
- 32 바이트 : 체인 코드
- 33 바이트 : 공개 키 또는 개인 키 데이터 (공개 키의 경우 ser P (K), 개인 키의 경우 0x00 || ser 256 (k))
이 78 바이트 구조는 처음에 32 개의 체크섬 비트 (이중 SHA-256 체크섬에서 파생 됨)를 추가 한 다음 Base58 표현으로 변환하여 Base58의 다른 Bitcoin 데이터와 같이 인코딩 할 수 있다. . 그 결과 Base58로 인코딩 된 최대 112 자의 문자열이 생성된다. . 버전 바이트를 선택했기 때문에 Basenet은 testnet의 메인 트루넷 "xprv"또는 "xpub", "tprv"또는 "tpub"로 시작한다. 부모의 지문은 소프트웨어에서 부모 노드와 자식 노드를 빠르게 탐지하는 역할을하며 소프트웨어는 충돌을 처리해야 한다. 내부적으로 전체 160 비트 식별자를 사용할 수 있다. 직렬화 된 확장 공개 키를 임포트 할 때, 구현은 공개 키 데이터의 X 좌표가 곡선상의 한 점과 일치하는지 여부를 검증해야 한다. 그렇지 않은 경우 확장 공개 키가 유효하지 않는다.
마스터 키 생성
가능한 확장 된 키 쌍의 총 수는 거의 2 512 이지만 생성 된 키의 길이는 256 비트에 불과하며 보안 측면에서 약 절반을 제공합니다. 따라서 마스터 키는 직접 생성되지 않고 잠재적으로 짧은 시드 값에서 생성된다.
- (P) RNG에서 선택된 길이의 시드 바이트 시퀀스 S (128 비트와 512 비트 사이, 256 비트가 권고 됨)를 생성한다.
- I = HMAC-SHA512 (Key = "Bitcoin seed", Data = S)를 계산한다.
- I를 두 개의 32 바이트 시퀀스, I L 과 I R 로 분할 한다.
- 파싱 사용하여 256 (I의 L을 마스터로 비밀 키), 및 I는 R 마스터 체인 코드로.
I L 이 0 또는 ≥ n 인 경우 마스터 키가 유효하지 않는다.
사양 : 지갑 구조
이전 섹션에서는 키 트리와 노드를 지정했다. 다음 단계는이 트리에 지갑 구조를 적용하는 것이다. 이 섹션에서 정의 된 레이아웃은 기본값이지만 모든 기능이 지원되지는 않더라도 호환성을 위해 클라이언트를 모방하는 것이 좋다.
기본 지갑 레이아웃
HDW는 여러 '계정'으로 구성됩니다. 계정에 번호가 매겨지며, 기본 계정 ( "")은 숫자 0입니다. 클라이언트는 둘 이상의 계정을 지원할 필요가 없습니다. 그렇지 않은 경우 클라이언트는 기본 계정 만 사용한다.
각 계정은 내부 및 외부 키 쌍으로 구성된 두 개의 키 쌍 체인으로 구성된다. 외부 키 체인은 새로운 공용 주소를 생성하는 데 사용되지만 내부 키 체인은 다른 모든 작업 (주소 변경, 생성 주소 변경, 통신 할 필요가없는 모든 작업)에 사용된다. 이들을위한 별도의 키 체인을 지원하지 않는 클라이언트는 모든 것을 위해 외부 키 체인을 사용해야한다.
m / i H / 0 / k는 마스터 m에서 파생 된 HDW의 계정 번호 i의 외부 체인의 k 번째 키 쌍에 해당한다. m / i H / 1 / k는 마스터 m에서 파생 된 HDW의 계정 번호 i의 내부 체인의 k 번째 키 쌍에 해당한다.
사용 사례
전체 지갑 공유 : m
두 시스템이 하나의 공유 Wallet에 액세스해야하고 둘 다 지출을 수행 할 수 있어야하는 경우 마스터 개인 확장 키를 공유해야 한다. 노드는 외부 체인을 위해 캐시 된 N 개의 미리보기 키 풀을 수신 지불을 감시 할 수 있다. 여기서 내부 쇠사슬에 대한 사전 검색은 매우 작을 수 있다. 첫 번째 사용되지 않는 계정의 체인에 대해 추가 미리보기가 활성화되어 사용할 때 새 계정을 만들 수 있다. 계정 이름은 수동으로 입력해야하며 블록 체인을 통해 동기화 할 수 없다.
감사 : N (m / *)
감사인이 입출금 목록에 대한 완전한 액세스를 필요로하는 경우 모든 계정 공개 확장 키를 공유 할 수 있다. 그러면 감사인은 모든 계좌에서 지갑과의 모든 거래를 볼 수 있지만 단일 비밀 키는 볼 수 없다.
사무실 단위 잔액 : m / i H
기업이 여러 개의 독립 사무소를 운영하는 경우 단일 마스터에서 파생 된 지갑을 모두 사용할 수 있다. 이를 통해 본사는 모든 사무실의 모든 송수신 거래를 볼 수있는 수퍼 지갑을 유지할 수있을뿐 아니라 사무실간에 돈을 이동할 수도 있다.
반복되는 B2B 트랜잭션 : N (m / i H / 0)
두 비즈니스 파트너가 돈을 송금하는 경우, 특정 계정 (M / ih / 0)의 외부 체인에 대한 확장 공개 키를 일종의 "수퍼 주소"로 사용하여 (쉽게) 연관시킬 수없는 빈번한 트랜잭션을 허용 할 수 있다. 각 지불에 대해 새 주소를 요청할 필요는 없다. 이러한 메커니즘은 풀 지불 운영자가 다양한 지불금 주소로 사용할 수도 있다.
무보수 머니 리시버 : N (m / i H / 0)
안전하지 않은 웹 서버를 사용하여 전자 상거래 사이트를 운영하는 경우 지불을받는 데 사용되는 공개 주소를 알아야 한다. 웹 서버는 단일 계정의 외부 체인의 공개 확장 키 만 알아야 한다. 즉, 불법적으로 웹 서버에 대한 액세스 권한을 얻는 사람은 대부분 모든 입금을 볼 수 있지만 돈을 훔칠 수는 없으며 나가는 트랜잭션을 구별 할 수 없으며 다른 웹 서버가받은 지불을 볼 수도 없다.
적합성
이 표준을 준수하기 위해 클라이언트는 최소한 직접 공개 키 또는 개인 키를 가져 와서 직계 하위 항목에 지갑 키로 액세스 할 수 있어야 한다. 사양의 두 번째 부분에 제시된 지갑 구조 (마스터 / 계정 / 체인 / 하위 체인)는 권고 사항 일 뿐이므로 내부 또는 외부 체인을 별도로 지정하거나 구별하지 않아도 쉽게 호환 할 수 있도록 최소한의 구조로 제안된다. 그러나 특정 요구 사항에 따라 구현이 다를 수 있다. 더 복잡한 응용 프로그램은 더 복잡한 트리 구조를 요구할 수 있다.
보안
EC 공개 키 암호화 자체의 기대에 더하여 :
- 공개 키 K가 주어지면 공격자는 EC 이산 대수 문제 (2 128 개 그룹 작업이 필요한 것으로 가정)보다 더 효율적으로 해당 개인 키를 찾을 수 없다 .
이 표준의 의도 된 보안 속성은 다음과 같다.
- 자식 확장 개인 키 (k i , c i )와 정수 i가 주어지면 공격자는 HMAC-SHA512의 2 256 무차별 공격 보다 부모 개인 키 k par를 더 효율적으로 찾을 수 없다 .
- 임의의 수 (2 ≤ 2 ≤ N 주어 32 (개인 키 확장 지수) 튜플 (I의 -1)을 J (k 값 I의 J , C, I , J 별개의 I를 포함)), J 의, 그들로부터 유도되는지 여부를 판단 공통 부모는 (k 값이 존재하는지 여부, 즉, 개인 키 (확장 파 는 C 파 (0..N-1) CKDpriv ((k 개의 각 J 용되도록) 파 , C의 파 ) 내가 J ) = ((k)를 i j , c i j )) 는 HMAC-SHA512의 2 256 무차별 대항력 보다 더 효율적으로 수행 될 수 없다 .
그러나 다음 속성은 존재하지 않는다.
- 부모 확장 공개 키 (K par , c par ) 및 자식 공개 키 (K i )가 주어지면, i 를 찾기가 어렵다.
- 부모 확장 공개 키 (K par , c par ) 및 강화되지 않은 자식 개인 키 (k i )가 주어지면, k par 를 찾기가 어렵다 .
시사점
개인 키와 공개 키는 평소처럼 안전하게 보관해야한다. 개인 키 누출은 동전에 대한 액세스를 의미한다. 공개 키를 유출하면 개인 정보가 손실 될 수 있다.
확장 된 키는 키의 전체 (하위) 트리에 해당하기 때문에 다소주의를 기울여야한다.
즉각적으로 밝혀지지 않을 수있는 약점 중 하나는 상위 확장 공개 키와 하위 확장 비공개 키에 대한 지식이 상위 확장 개인 키 (즉, 하위 개인 키와 공개 키 모두)를 아는 것과 동일하다는 것이다. 이것은 확장 공개 키가 일반 공개 키보다 더 신중하게 다루어 져야 함을 의미한다. 강화 된 키가 존재하는 이유이기도하며 트리에서 계정 수준으로 사용되는 이유이기도 하다. 이렇게하면 계정 고유의 (또는 아래) 개인 키 누출이 마스터 또는 다른 계정을 손상시키지 않는다.
각주
참고자료
- 공룡, 〈HD Wallet〉, 《네이버 블로그》, 2019-06-11
- 추천도서천권읽기, 〈블록체인의 충격〉, 《네이버 블로그》, 2017-07-25
- maguayo, 〈BIP32〉, 2018-10-26《깃허브》
같이 보기
