使用ethers.js开发以太坊Web钱包2 – 账号Keystore文件导入导出

如何导入 Geth 创建的账号？

在上一篇文章，介绍了如何使用私钥及助记词来创建账号，如果是使用已有的私钥及助记词，这其实也是账号导入的过程。

有一些同学会问，我的账号是 Geth 生成的，如何导入到钱包呢？使用 Geth 的同学，应该知道 Geth 在创建账号时会生成一个对应 keystore JSON 文件，Keystore 文件存储加密后的私钥信息，因此我们需要做的就是导入这个 Keystore 文件，这个文件通常在同步区块数据的目录下的 keystore 文件夹（如： ~/.ethereum/keystore）里。

尽管在ethers.js 中，简单的使用一个函数就可以完成 keystore 文件的导入，不过理解 Keystore 文件的作用及原理还是非常有必要的，当然如果你是在没有兴趣，可以直接跳到本文最后一节：使用 ethers.js 实现账号导出导入。

详细解读 Keystore 文件

为什么需要 Keystore 文件

通过这篇文章理解开发 HD 钱包涉及的 BIP32、BIP44、BIP39，私钥其实就代表了一个账号，最简单的保管账号的方式就是直接把私钥保存起来，如果私钥文件被人盗取，我们的数字资产将洗劫一空。

Keystore 文件就是一种以加密的方式存储密钥的文件，这样的发起交易的时候，先从 Keystore 文件是使用密码解密出私钥，然后进行签名交易。这样做之后就会安全的多，因为只有黑客同时盗取 keystore 文件和密码才能盗取我们的数字资产。

Keystore 文件如何生成的

以太坊是使用对称加密算法来加密私钥生成 Keystore 文件，因此对称加密秘钥(注意它其实也是发起交易时需要的解密秘钥)的选择就非常关键，这个秘钥是使用 KDF 算法推导派生而出。因此在完整介绍 Keystore 文件如何生成前，有必要先介绍一下 KDF。

使用 KDF 生成秘钥

密码学 KDF（key derivation functions），其作用是通过一个密码派生出一个或多个秘钥，即从 password 生成加密用的 key。

其实在理解开发 HD 钱包涉及的 BIP32、BIP44、BIP39中介绍助记词推导出种子的 PBKDF2 算法就是一种 KDF 函数，其原理是加盐以及增加哈希迭代次数。

而在 Keystore 中，是用的是Scrypt 算法，用一个公式来表示的话，派生的 Key 生成方程为：

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

其中的 salt 是一段随机的盐，dk_len 是输出的哈希值的长度。n 是 CPU/Memory 开销值，越高的开销值，计算就越困难。r 表示块大小，p 表示并行度。

Litecoin 就使用 scrypt 作为它的 POW 算法

实际使用中，还会加上一个密码进行计算，用一张图来表示这个过程就是：

对私钥进行对称加密

上面已经用 KDF 算法生成了一个秘钥，这个秘钥就是接着进行对称加密的秘钥，这里使用的对称加密算法是 aes-128-ctr，aes-128-ctr 加密算法还需要用到一个参数初始化向量 iv。

Keystore 文件

好了，我们现在结合具体 Keystore 文件的内容，就很容易理解了 Keystore 文件怎么产生的了。

{  
   "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
}

来解读一下各个字段：

• address: 账号地址
• version: Keystore 文件的版本，目前为第 3 版，也称为 V3 KeyStore。
• id : uuid
• crypto: 加密推倒的相关配置.
  • cipher 是用于加密以太坊私钥的对称加密算法。用的是 aes-128-ctr 。
  • cipherparams 是 aes-128-ctr 加密算法需要的参数。在这里，用到的唯一的参数 iv。
  • ciphertext 是加密算法输出的密文，也是将来解密时的需要的输入。
  • kdf: 指定使用哪一个算法，这里使用的是 scrypt。
  • kdfparams: scrypt 函数需要的参数
  • mac: 用来校验密码的正确性， mac= sha3(DK[16:32], ciphertext) 下面一个小节单独分析。

我们来完整梳理一下 Keystore 文件的产生：

1. 使用 scrypt 函数 （根据密码 和 相应的参数） 生成秘钥
2. 使用上一步生成的秘钥 + 账号私钥 + 参数 进行对称加密。
3. 把相关的参数 和 输出的密文 保存为以上格式的 JSON 文件

如何确保密码是对的？

当我们在使用 Keystore 文件来还原私钥时，依然是使用 kdf 生成一个秘钥，然后用秘钥对 ciphertext 进行解密，其过程如下：

此时细心的同学会发现，无论使用说明密码，来进行这个操作，都会生成一个私钥，但是最终计算的以太坊私钥到底是不是正确的，却不得而知。

这就是 keystore 文件中 mac 值的作用。mac 值是 kdf 输出 和 ciphertext 密文进行 SHA3-256 运算的结果，显然密码不同，计算的 mac 值也不同，因此可以用来检验密码的正确性。检验过程用图表示如下：

现在我们以解密的角度完整的梳理下流程，就可以得到以下图：

用 ethers.js 实现账号导出导入

ethers.js 直接提供了加载 keystore JSON 来创建钱包对象以及加密生成 keystore 文件的方法，方法如下：

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

    // 使用钱包对象 导出 keystore Json
    wallet.encrypt(pwd, [progressCallback].then(function(json) {
        // 保存 json
    });

现在结合界面来完整的实现账号导出及导入，先看看导出，UI 图如下：

HTML 代码如下：

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

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

上面主要定义了一个密码输入框和一个导出按钮，点击“导出”后，处理逻辑代码如下：

// "导出" 按钮，执行 exportKeystore 函数
  $('#save-keystore').click(exportKeystore);

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

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

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

    });
  }

FileSaver.js 是可以用来在页面保存文件的一个库。

再来看看导入 keystore 文件, UI 图如下：

 <h2>加载账号 Keystore 文件</h2>
<table>
    <tr>
        <th>Keystore:</th>
        <td><div class="file" id="select-wallet-drop">把 Json 文件拖动到这里</div><input type="file" id="select-wallet-file" /></td>
    </tr>
    <tr>
        <th>密码:</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>

上面主要定义了一个文件输入框、一个密码输入框及一个“解密“按钮，因此处理逻辑包含两部分，一是读取文件，二是解析加载账号，关键代码如下：

// 使用 FileReader 读取文件，

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

   // 从加载
   ethers.Wallet.fromEncryptedJson(json, password).then(function(wallet) {

   }， function（error) {

   });

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

参考文档

what-is-an-ethereum-keystore-file

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