賬戶管理

以太坊 · 發表 2019-05-11 20:24:00

摘要：在這一部分，我們將學習如何使用C#管理以太坊賬戶，這包括：瞭解私鑰、公鑰和賬戶的關係離線建立以太坊賬戶匯入其他賬戶私鑰建立和使用錢包建立和使用賬戶憑證以太坊作為一個去中心化的系統，必然不會採用中心化的賬戶管理方案 —— 沒有一箇中心資...

在這一部分，我們將學習如何使用C#管理以太坊賬戶，這包括：

瞭解私鑰、公鑰和賬戶的關係
離線建立以太坊賬戶
匯入其他賬戶私鑰
建立和使用錢包
建立和使用賬戶憑證

以太坊作為一個去中心化的系統，必然不會採用中心化的賬戶管理方案 —— 沒有一箇中心資料庫來儲存以太坊平臺上的所有賬戶資訊。事實上，以太坊使用非對稱金鑰技術來進行身份識別，一個以太坊賬戶對應著一對金鑰：

在這一部分的內容裡，我們將使用Nethereum.Signer名稱空間中的類來管理金鑰、賬戶和錢包。

私鑰、公鑰與地址

以太坊使用非對稱金鑰對來進行身份識別，每一個賬戶都有對應的私鑰和公鑰 —— 私鑰用來簽名、公鑰則用來驗證簽名 —— 從而在非可信的去中心化環境中實現身份驗證。

事實上，在以太坊上賬戶僅僅是對應於特定非對稱金鑰對中公鑰的20位元組雜湊

從私鑰可以得到公鑰，然後進一步得到賬戶地址，而反之則無效。顯然，以太坊不需要一箇中心化的賬戶管理系統，我們可以根據以太坊約定的演算法自由地生成賬戶。

在C#中，可以使用EthECKey類來生成金鑰對和賬戶地址。一個EthECKey 例項封裝一個私鑰，同時也提供了訪問公鑰和地址的方法：

例如，下面的程式碼首先使用EthECKey的靜態方法GenerateKey()建立一個隨機私鑰並返回EthECKey例項，然後通過相應的例項方法讀取私鑰、公鑰和賬戶地址：

EthECKey keyPair = EthECKey.GenerateKey();
string privateKey = keyPair.GetPrivateKey();
byte[] publicKey = keyPair.GetPubKey();
string address = keyPair.GetPublicAddress();
Console.WriteLine("Private Key => " + privateKey);
Console.WriteLine("Public Key => " + publicKey.ToHex(true));
Console.WriteLine("Address => " + address);
Console.ReadLine();

GetPubKey()方法返回的是一個byte[]型別的位元組陣列，因此我們使用靜態類HexByteConvertorExtensions的靜態方法ToHex()將其轉換為16進位制字串，引數true表示附加0x字首。 ToHex()的原型如下：

注意HexByteConvertorExtensions是靜態類而且ToHex()的第一個引數為 byte[]型別，因此byte[]型別的物件可以直接呼叫ToHex()方法。

namespace KeyAndAddressDemo
{
class KeyAndAddress
{
public void Run()
{
EthECKey keyPair = EthECKey.GenerateKey();
string privateKey = keyPair.GetPrivateKey();
byte[] publicKey = keyPair.GetPubKey();
string address = keyPair.GetPublicAddress();
Console.WriteLine("Private Key => " + privateKey);
Console.WriteLine("Public Key => " + publicKey.ToHex(true));
Console.WriteLine("Address => " + address);
Console.ReadLine();
}
}
}

class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("cuiyw-test");
Console.WriteLine("Key and Address");
KeyAndAddress demo = new KeyAndAddress();
demo.Run();
Console.ReadLine();
}
}

匯入私鑰

我們已經知道，只有私鑰是最關鍵的，公鑰和賬戶都可以從私鑰一步步推匯出來。

假如你之前已經通過其他方式有了一個賬戶，例如使用Metamask建立的錢包，那麼可以把該賬戶匯入C#應用，重新生成公鑰和賬戶地址：

using Nethereum.Signer;
using System;

namespace ImportKeyDemo
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("cuiyw-test");
EthECKey keyPair = EthECKey.GenerateKey();
string privateKey = keyPair.GetPrivateKey();
string address = keyPair.GetPublicAddress();
Console.WriteLine("Original Address => " + address);
//import
EthECKey recovered = new EthECKey(privateKey);
Console.WriteLine("Recoverd Address => " + recovered.GetPublicAddress());
Console.ReadLine();
}
}
}

keystore錢包

鑑於私鑰的重要性，我們需要以一種安全地方式儲存和遷移，而不是簡單地以明文儲存到一個檔案裡。

keystore允許你用加密的方式儲存金鑰。這是安全性（一個攻擊者需要 keystore 檔案和你的錢包口令才能盜取你的資金）和可用性（你只需要keystore 檔案和錢包口令就能用你的錢了）兩者之間完美的權衡。

下圖是一個keystore檔案的內容：

從圖中可以看出，keystore的生成使用了兩重演算法：首先使用你指定的錢包口令採用kpf引數約定的演算法生成一個用於AES演算法的金鑰，然後使用該金鑰結合ASE演算法引數iv對要保護的私鑰進行加密。

由於採用對稱加密演算法，當我們需要從keystore中恢復私鑰時，只需要使用生成該錢包的密碼，並結合keystore檔案中的演算法引數，即可進行解密出你的私鑰。

KeyStoreService

KeyStoreService類提供了兩個方法，用於私鑰和keystore格式的json之間的轉換：

下面的程式碼建立一個新的私鑰，然後使用口令7878生成keystore格式的json物件並存入keystore目錄：

EthECKey keyPair = EthECKey.GenerateKey();
string privateKey = keyPair.GetPrivateKey();
Console.WriteLine("Original Key => " + privateKey);

KeyStoreService ksService = new KeyStoreService();
string password = "7878";
string json = ksService.EncryptAndGenerateDefaultKeyStoreAsJson(password, keyPair.GetPrivateKeyAsBytes(), keyPair.GetPublicAddress());
EnsureDirectory("keystore");
string fn = string.Format("keystore/{0}.json", ksService.GenerateUTCFileName(keyPair.GetPublicAddress()));
File.WriteAllText(fn, json);
Console.WriteLine("Keystore Saved => " + fn);

儘管可以從私鑰推匯出賬戶地址，但EncryptAndGenerateDefaultStoreAsJson()方法還是要求我們同時傳入賬戶地址，因此其三個引數依次是：私鑰口令、私鑰、對應的地址。

GenerateUTCFileName()方法用來生成UTC格式的keystore檔名，其構成如下：

解碼keystore

在另一個方向，使用DecryptKeyStoreFromJson()方法，可以從keystore 來恢復出私鑰。例如，下面的程式碼使用同一口令從錢包檔案恢復出私鑰並重建金鑰對：

byte[] recoveredPrivateKey = ksService.DecryptKeyStoreFromJson(password, json);
Console.WriteLine("Recovered Key => " + recoveredPrivateKey.ToHex(true));

using Nethereum.Hex.HexConvertors.Extensions;
using Nethereum.KeyStore;
using Nethereum.Signer;
using System;
using System.IO;

namespace KeystoreDemo
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("cuiyw-test");
EthECKey keyPair = EthECKey.GenerateKey();
string privateKey = keyPair.GetPrivateKey();
Console.WriteLine("Original Key => " + privateKey);

KeyStoreService ksService = new KeyStoreService();
string password = "7878";
string json = ksService.EncryptAndGenerateDefaultKeyStoreAsJson(password, keyPair.GetPrivateKeyAsBytes(), keyPair.GetPublicAddress());
EnsureDirectory("keystore");
string fn = string.Format("keystore/{0}.json", ksService.GenerateUTCFileName(keyPair.GetPublicAddress()));
File.WriteAllText(fn, json);
Console.WriteLine("Keystore Saved => " + fn);

byte[] recoveredPrivateKey = ksService.DecryptKeyStoreFromJson(password, json);
Console.WriteLine("Recovered Key => " + recoveredPrivateKey.ToHex(true));
Console.ReadLine();
}
private static void EnsureDirectory(string path)
{
if (Directory.Exists(path)) return;
Directory.CreateDirectory(path);
}
}
}

{
"crypto": {
"cipher": "aes-128-ctr",
"ciphertext": "38a0299356d70c3cd54eda1c5f8f58d3b84d0a7c377295b4c6a630f81dbf610a",
"cipherparams": {
"iv": "2aefcf10a52376f9456992e470ec3234"
},
"kdf": "scrypt",
"mac": "feba237a6258625be86b46fc44d09f4fc3e4e7ea4cc6ce7db4bce47508ab627f",
"kdfparams": {
"n": 262144,
"r": 1,
"p": 8,
"dklen": 32,
"salt": "7e6ff7ae6ae7e83c1f5d8f229458a7e102e55023f567e1f03cd88780bdc18272"
}
},
"id": "cb7b8d03-c87a-446a-b41e-cede3d936b59",
"address": "0x78E4a47804743Cc673Ba79DaF2EB03368e4be145",
"version": 3
}

離線賬戶與節點管理的賬戶

在以太坊中，通常我們會接觸到兩種型別的賬戶：離線賬戶和節點管理的賬戶。

在前面的課程中，我們使用EthECKey建立的賬戶就是離線賬戶 —— 不需要連線到一個以太坊節點，就可以自由地建立這些賬戶 —— 因此被稱為離線賬戶。離線賬戶的私鑰由我們（應用）來管理和控制。

另一種型別就是由節點建立或管理的賬戶，例如ganache自動隨機生成的賬戶，或者在geth這樣的節點軟體中建立的賬戶。這些賬戶的私鑰由節點管理，通常我們只需要保管好賬戶的口令，在需要交易的時候用口令解鎖賬戶即可。ganache模擬器的賬戶不需要口令即自動解鎖。因此當使用ganache作為節點時，在需要傳入賬戶解鎖口令的地方，傳入空字串即可。

對於這兩種不同的賬戶型別，Nethereum提供了不同的類來封裝，這兩種不同的類將影響後續的交易操作：

離線賬戶：Account

Account類對應於離線賬戶，因此在例項化時需要傳入私鑰：

BigInteger chainId = new BigInteger(1234);
Account account = new Account(privateKey, chainId);

引數chainId用來宣告所連線的的是哪一個鏈，例如公鏈對應於1，Ropsten 測試鏈對應於4，RinkeBy測試鏈對應於5...對於ganache，我們可以隨意指定一個數值。

另一種例項化Account類的方法是使用keystore檔案。例如下面的程式碼從指定的檔案載入keystore，然後呼叫Account類的靜態方法

string privateKey = "0x197b09426db81c7ebaefbcea4ab09c9379c23628c73e20c5475b0f13e7eacaba";
BigInteger chainId = new BigInteger(1234);
Account account = new Account(privateKey, chainId);

節點管理賬戶：ManagedAccount

節點管理賬戶對應的封裝類為ManagedAccount，例項化一個節點管理賬戶只需要指定賬戶地址和賬戶口令：

Web3 web3 = new Web3("http://localhost:7545");
string[] accounts = await web3.Eth.Accounts.SendRequestAsync();
ManagedAccount account = new ManagedAccount(accounts[0], "");

Nethereum提供這兩種不同賬戶封裝類的目的，是為了在交易中可以使用一個抽象的IAccount介面，來遮蔽交易執行方式的不同。

using Nethereum.Web3;
using Nethereum.Web3.Accounts;
using Nethereum.Web3.Accounts.Managed;
using System;
using System.IO;
using System.Numerics;
using System.Threading.Tasks;

namespace AccountDemo
{
class Program
{
static void Main(string[] args)
{
Console.WriteLine("cuiyw-test");
CreateAccountFromKey();
CreateAccountFromKeyStore();
CreateManagedAccount().Wait();
Console.ReadLine();
}
public static void CreateAccountFromKey()
{
Console.WriteLine("create offline account from private key...");
string privateKey = "0x197b09426db81c7ebaefbcea4ab09c9379c23628c73e20c5475b0f13e7eacaba";
BigInteger chainId = new BigInteger(1234);
Account account = new Account(privateKey, chainId);
Console.WriteLine("Address => " + account.Address);
Console.WriteLine("TransactionManager => " + account.TransactionManager);
}

public static void CreateAccountFromKeyStore()
{
Console.WriteLine("create offline account from keystore...");
string fn = "keystore/UTC--2019-04-21T08-15-35.6963027Z--78E4a47804743Cc673Ba79DaF2EB03368e4be145.json";
string json = File.ReadAllText(fn);
string password = "7878";
BigInteger chainId = new BigInteger(1234);
Account account = Account.LoadFromKeyStore(json, password, chainId);
Console.WriteLine("Address => " + account.Address);
Console.WriteLine("TransactionManager => " + account.TransactionManager);
}

public static async Task CreateManagedAccount()
{
Console.WriteLine("create online account ...");
Web3 web3 = new Web3("http://localhost:7545");
string[] accounts = await web3.Eth.Accounts.SendRequestAsync();
ManagedAccount account = new ManagedAccount(accounts[0], "");
Console.WriteLine("Address => " + account.Address);
Console.WriteLine("TransactionManager => " + account.TransactionManager);
}
}
}

為網站增加以太幣支付功能

在應用中生成金鑰對和賬戶有很多用處，例如，使用者可以用以太幣在我們的網站上購買商品或服務 —— 為每一筆訂單生成一個新的以太坊地址，讓使用者支付到該地址，然後我們檢查該地址餘額即可瞭解訂單的支付情況，進而執行後續的流程。

為什麼不讓使用者直接支付到我們的主賬戶？

稍微思考一下你就明白，建立一個新地址的目的是為了將支付與訂單關聯起來。如果讓使用者支付到主賬戶，那麼除非使用者支付時在交易資料裡留下對應的訂單號，否則你無法簡單的確定收到的交易與訂單之間的關係，而不是所有的錢包軟體—— 例如coinbase —— 都支援將留言包含在交易裡傳送到鏈上。

解決方案如下圖所示：

當用戶選擇使用以太幣支付一個訂單時，web伺服器將根據該訂單的訂單號提取或生成對應的以太坊地址，然後在支付頁面中展示該收款地址。為了方便使用手機錢包的使用者，可以同時在支付頁面中展示該收款地址的二維碼。

使用者使用自己的以太坊錢包向該收款地址支付以太幣。由於網站的支付處理程序在週期性地檢查該收款地址的餘額，一旦收到足額款項，支付處理程序就可以根據收款地址將對應的訂單結束，併為使用者開通對應的服務。