ETH中的Web3密钥存储定义

Web3密钥存储定义规范了一种标准化的方法，用于加密和存储以太坊私钥，主要由钱包软件（如 MetaMask、Geth）使用。本文档将详细介绍其背景、文件结构、加密与解密流程，以及代码示例。

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1. 背景与目的

1.1 什么是 Web3 密钥存储？

定义：Web3 密钥存储是一种 JSON 格式的文件规范，用于安全存储以太坊账户的私钥。

目的：

• 保护私钥免受未经授权的访问。
• 便于跨钱包软件移植私钥。

使用场景：

• 用户通过密码加密私钥，生成密钥存储文件。
• 钱包软件（如 Geth）读取文件，解密后访问私钥。

1.2 历史背景

• 起源：由以太坊社区提出，最初用于 Geth 客户端。
• 标准化：现已成为以太坊生态中的事实标准，许多钱包软件（如 MetaMask、MyEtherWallet）遵循该规范。

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2. 密钥存储文件结构

2.1 JSON 格式

• 文件扩展名：通常为 .json
• 典型文件名：UTC--YYYY-MM-DDTHH:MM:SS.SSSZ--<UUID>
  • UTC 时间戳：文件创建时间。
  • UUID：唯一标识。

2.2 JSON 字段解析

以下是密钥存储文件的核心字段：

{
  "version": 3,
  "id": "7e41e9e1-b477-44e2-a6ae-be50625b0a8f",
  "address": "aa8fb2d7630a64715577e399ff3ed5f5c4938389",
  "crypto": {
    "ciphertext": "d2b4bf81bd0c7ebbcfde07c8d4f3057f5405eabf897f0a01566a3fb9",
    "cipherparams": {
      "iv": "c22c0d01e5f11ac2ea6ddd78e2578f22"
    },
    "cipher": "aes-128-ctr",
    "kdf": "scrypt",
    "kdfparams": {
      "dklen": 32,
      "salt": "c3b875d218ca0e0eafe0e561a31747f6e735f7e0bc9d3a0aa1f7ec22c10e65de",
      "n": 8192,
      "r": 8,
      "p": 1
    },
    "mac": "f123d0ae24dde42f07a2512c54f0d69191577ae8fb1ab92b6a5f1e64f0d9e5e8"
  }
}

字段解析：

• version：当前版本为 3。
• id：唯一标识该密钥存储文件。
• address：以太坊账户地址（无 0x 前缀）。
• crypto：包含加密相关数据。
  • ciphertext：加密的私钥。
  • cipherparams.iv：初始化向量。
  • cipher：加密算法（如 aes-128-ctr）。
  • kdf：密钥派生函数（如 scrypt 或 pbkdf2）。
  • mac：消息认证码，确保数据完整性。

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3. 加密与解密流程

3.1 加密流程

1. 用户输入密码。
2. 密钥派生：使用 KDF（如 scrypt）从密码生成密钥。
3. 加密私钥：
   • 取派生密钥前 16 字节进行 AES-128-CTR 加密。
   • 生成 ciphertext。
4. 生成 MAC：

   mac = keccak256(derived_key[16:32] || ciphertext)

5. 保存 JSON 文件。

3.2 解密流程

1. 读取 JSON 文件。
2. 密钥派生：根据 kdfparams 重新生成 derived_key。
3. 验证 MAC，确保数据未被篡改。
4. 解密私钥。

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4. 代码示例

4.1 生成密钥存储文件（JavaScript）

const password = "your_password_here";
const privateKey = "your_private_key_in_hex";
const salt = crypto.randomBytes(32);
const iv = crypto.randomBytes(16);

const kdfParams = { n: 8192, r: 8, p: 1, dklen: 32 };
const derivedKey = scrypt(password, salt, kdfParams.n, kdfParams.r, kdfParams.p, kdfParams.dklen);

const cipherKey = derivedKey.slice(0, 16);
const cipher = crypto.createCipheriv('aes-128-ctr', cipherKey, iv);
const ciphertext = Buffer.concat([cipher.update(privateKey, 'hex'), cipher.final()]);

const mac = keccak256(Buffer.concat([derivedKey.slice(16, 32), ciphertext]));

4.2 解密密钥存储文件

const keystore = JSON.parse(fs.readFileSync('keystore.json'));
const { crypto } = keystore;
const derivedKey = scrypt(password, Buffer.from(crypto.kdfparams.salt, 'hex'), ...);

const computedMac = keccak256(Buffer.concat([derivedKey.slice(16, 32), Buffer.from(crypto.ciphertext, 'hex')]));
if (!computedMac.equals(Buffer.from(crypto.mac, 'hex'))) throw new Error('Invalid password');

const cipherKey = derivedKey.slice(0, 16);
const decipher = crypto.createDecipheriv('aes-128-ctr', cipherKey, Buffer.from(crypto.cipherparams.iv, 'hex'));
const privateKey = Buffer.concat([decipher.update(Buffer.from(crypto.ciphertext, 'hex')), decipher.final()]);

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5. 安全性与注意事项

5.1 安全性特性

• AES-128-CTR 提供强加密。
• scrypt/PBKDF2 增加暴力破解难度。
• MAC 机制 防止密文篡改。

5.2 注意事项

• 使用强密码，防止被破解。
• 合理设置 KDF 参数，如 n=8192 平衡安全性与性能。
• 文件存储安全，避免泄露。

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6. 总结

• Web3 密钥存储 是一种标准化的私钥管理方案。
• JSON 结构 规范化密钥存储方式。
• 加密流程 采用 AES-128-CTR + KDF + MAC 保护私钥安全。
• 代码示例 提供实现细节，方便开发者参考。

如需更深入探讨某部分（如优化 KDF 参数或 Rust 实现），请告诉我！