暗号通貨ウォレットはどのようにして秘密鍵と公開鍵を生成するのでしょうか?

鍵生成プロセス

1. 暗号ウォレットは、特定の有限フィールド内で暗号的に安全な乱数 (通常は Bitcoin とイーサリアムの場合は 256 ビットの整数) を生成することによって鍵の生成を開始します。

2. この整数は秘密キーとなり、BIP-39 標準によってエンコードされた 64 文字の 16 進文字列、または 12 ワードまたは 24 ワードのニーモニック フレーズとして表されます。

3. 次に、秘密鍵が楕円曲線乗算関数 (具体的には Bitcoin およびイーサリアムの secp256k1) に入力されて、対応する公開鍵が導出されます。

4. 公開キーは SHA-256 ハッシュ化され、続いて RIPEMD-160 ハッシュ化されて、ウォレット アドレスの基礎となる 160 ビット出力が生成されます。

5. Base58Check エンコードによって結果が人間が判読できる最終的なアドレス形式に変換される前に、バージョン バイトとチェックサムが追加されます。

楕円曲線暗号財団

1. secp256k1 曲線は、主要なブロックチェーン全体で使用される数学的構造を定義します: p = 2²⁵⁶ − 2³² − 977 を法とする素数フィールド上の y² = x³ + 7。

2. 秘密鍵は、この曲線上の固定生成点 G に適用されるスカラー乗算器です。

3. 公開キーは、スカラー倍算後の結果の点 (x, y) 座標として現れます。この操作は計算的には効率的ですが、ブルート フォース手法を使用しない限り元に戻すことはできません。

4. 離散対数問題により、公開鍵から秘密鍵を導き出すことは、現在の計算能力では依然として実行不可能であることが保証されます。

5. すべての有効な秘密鍵は 1 つの公開鍵にマッピングされますが、標準の導出パスでは複数の秘密鍵が同一の公開鍵を生成することはできません。

ウォレットアドレスの導出

1. 非圧縮公開キー (65 バイト) を取得した後、ウォレットは SHA-256 を適用してそれを 32 バイトのダイジェストに圧縮します。

2. そのダイジェストは RIPEMD-160 を通過して、オンチェーン トランザクションで使用されるコア識別子である 20 バイトのハッシュを生成します。

3. ネットワーク固有のプレフィックス (たとえば、Bitcoin メインネットの場合は 0x00、テストネットの場合は 0x01) が RIPEMD-160 出力の先頭に付加されます。

4. ダブル SHA256 チェックサムは最初の 4 バイトを計算し、プレフィックス付きハッシュに追加します。

5. 完全なバイナリ ペイロードは Base58Check エンコードを受けて、 1A1zP1eP5QGefi2DMPTfTL5SLmv7DivfNaのようなレガシー P2PKH アドレスを生成します。

ニーモニックフレーズの統合

1. BIP-39 では、128 ～ 256 ビットのエントロピーから生成された 12 ワードまたは 24 ワードのシード フレーズを使用した決定論的なキー導出が導入されています。

2. 単語は固定の 2048 単語の辞書から選択されます。各ワードは 11 ビットをエンコードし、元のエントロピーを正確に再構築できます。

3. チェックサムは、単語マッピングの前にエントロピーを拡張します。これにより、手動入力時のタイプミスに対する耐性が確保されます。

4. 2048 回の反復による PBKDF2-HMAC-SHA512 は、ニーモニックとオプションのパスフレーズから 512 ビットのシードを導出します。

5. そのシードは、BIP-32 階層決定論的 (HD) ウォレット アルゴリズムへの入力として機能し、単一のルートから無数のキーペアを導出できるようにします。

鍵生成のセキュリティへの影響

1. 予測可能なシステム クロックや低エントロピー OS RNG などの弱いエントロピー ソースは、再構築に対して脆弱で統計的に偏った秘密キーを生成する可能性があります。

2. 複数のチェーンまたはコンテキスト間で同じ秘密キーを再利用すると、暗号化上の利点がなくても、露出面積が増加します。

3. ハードウェア ウォレットは、安全な要素内でキーの生成を分離し、作成または署名操作中の漏洩を防ぎます。

4. ブラウザベースの Web Crypto API のみに依存するソフトウェア ウォレットは、不適切に実装された場合、エントロピー生成をタイミング サイドチャネル攻撃にさらす可能性があります。

5.真のランダム性が存在しないと、暗号化の保証全体が無効になり、数学的に健全な曲線であっても、ターゲットを絞った回復に対して無効になります。

よくある質問

Q: 2 つの異なるウォレットで同じ秘密キーを生成できますか?統計的には可能ですが、実際には不可能です。一意の値は 2²⁵⁶ 個あり、衝突確率は 10⁷⁷ 分の 1 未満になります。

Q: 一部のウォレットでは、圧縮された公開キーと非圧縮の公開キーの両方が表示されるのはなぜですか?圧縮キーは、x 座標とパリティ ビットのみをエンコードすることで、ストレージ要件を半分にします。どちらの形式でも、ハッシュ化すると同一のアドレスが生成されます。

Q: オープンソース ツールを使用してオフラインでキーを生成しても安全ですか?はい - 環境がエアギャップの場合、エントロピー ソースが検証され、生成中にアクティブなネットワーク スタックはありません。

Q: BIP-39 ウォレットのパスフレーズを変更すると、派生した秘密キーも変更されますか?はい。パスフレーズは PBKDF2 でソルトとして機能し、完全に異なるシードを生成し、したがって分岐したキー階層を生成します。