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助记词详解:工作原理、存储方法以及无法恢复的内容

阅读约 17 分钟
助记词:通往每个账户的主密钥

想象一把万能钥匙,可以打开一栋大楼里的每一扇门:前门、办公室和保险柜。再想象这把钥匙无法替代。没有锁匠能配出一把副本,也没有大楼管理员留有备用钥匙。这就是加密货币中的助记词。丢失助记词,您就会失去它所保护的一切;让别人保管助记词,对方就能掌控您的一切。

本指南将全面介绍助记词:12 个或 24 个单词究竟编码了什么,它们如何生成数十条区块链上的密钥,应该如何存储,可以恢复和无法恢复哪些内容,以及恢复钱包当天才会暴露的种种故障情形。如果您只读一篇有关钱包安全的文章,就读这一篇。

简单来说

助记词(也称为助记码或恢复短语)是一组由 12 个或 24 个普通英文单词组成的词语,例如 correct horse battery staple。这些单词组合起来,编码了您整个加密货币钱包背后的主密钥。这不是您自行设置的密码,而是一个超大随机数的人类可读形式;从计算上说,几乎不可能靠猜测得到它。

在新设备上恢复钱包时,您按顺序输入这些单词,钱包曾生成的每个地址和私钥都会恢复。无需找回账户、提交支持工单,也无需等待。这正是助记词的意义所在,也是它带来的全部风险。

助记词究竟是什么

这一流程由 BIP-39(比特币改进提案 39)制定标准,其中规定了钱包软件如何将原始随机数转换为单词列表。

  1. 钱包会生成一个随机数,称为熵:12 个单词的助记词对应 128 位,24 个单词的助记词对应 256 位。总共定义了五种长度(128 位对应 12 个单词,160 位对应 15 个,192 位对应 18 个,224 位对应 21 个,256 位对应 24 个)。
  2. 随后会附加一段简短的校验和。钱包使用 SHA-256 对熵进行哈希运算,并取结果的前几位:128 位熵取 4 位,256 位熵取 8 位。
  3. 熵和校验和会被拆分为若干个 11 位的部分。每个部分都是固定的 2,048 个英文单词列表中的一个索引,因此每个单词恰好编码 11 位。这就是为什么助记词总是由词典中的单词组成,而不是任意字符串。
  4. 最终,128 位熵会生成 12 个单词,256 位熵会生成 24 个单词。

实际使用中,有两个设计细节很重要。列表中每个单词的前四个字母都不相同,因此输入缩写时不会产生歧义。校验和还能检测拼写错误:如果钱包在导入时拒绝某组助记词,说明校验和不匹配,通常意味着某个单词有误或顺序不对,并不代表资金已经丢失。

所有 BIP-39 钱包使用同一份单词列表。因此,Zelcore 助记词可以在其他兼容钱包中恢复,反之亦然。

如果您想了解在新设备上恢复助记词后会恢复哪些内容,请阅读在不同设备间同步 Zelcore 的指南。

12 个单词的助记词提供 128 位安全性,与单个 Bitcoin 私钥的安全级别相同;24 个单词的助记词提供 256 位安全性。使用当前或可预见的硬件都无法通过暴力破解来破解它们,因此两者之间的选择取决于您的威胁模型,以及您是否愿意多抄写一些单词,而不是其中一种“不安全”。

从单词到主种子:PBKDF2 与密码短语

这些单词不会直接用作密钥,而是作为密钥拉伸函数的输入。

PBKDF2 将助记词作为字符串,对其运行 HMAC-SHA512 共 2,048 次。盐值是单词 mnemonic,后面接可选的密码短语,有时也称为第 25 个单词。输出是一个 512 位的值,称为主种子。拉伸步骤会增加暴力破解的成本,即使攻击者已经掌握了大部分助记词也一样。

密码短语让许多人蒙受损失,因此需要准确说明:

这种安全机制采用双因素设计:如果有人窃取了单词但没有密码短语,打开的会是默认钱包;默认钱包可以作为诱饵钱包,只存有少量余额。代价也很严重:忘记密码短语就无法挽回。没有重置方法,也没有客服渠道可寻求帮助。第 25 个单词会介绍何时值得使用此功能;简而言之,初学者应先掌握基本的助记词保管方法。

从主种子生成每个密钥:BIP-32 与 BIP-44

512 位主种子会与固定密钥字符串 Bitcoin seed 一起输入 HMAC-SHA512。输出分为两部分:左侧 256 位成为主私钥,右侧 256 位成为链码。链码是一段熵,会用于之后的每一步密钥派生。根据 BIP-32 的定义,两者共同构成分层确定性(HD)钱包的根。

钱包从这个根派生出一棵实际上没有数量上限的子密钥树。每一步都会通过另一次 HMAC-SHA512 运算,将父密钥、链码和索引号混合计算。派生方式有两种:

BIP-44 为不同币种统一规定了路径布局:

m / 44' / coin_type' / account' / change / address_index

coin_type因区块链而异:Bitcoin 是 0,Ethereum 是 60,数百种已登记币种也各有对应值。前三层路径后的撇号表示强化派生;即使地址级 xpub 泄露,也能保护账户级密钥。正是这种机制让一个助记词可以备份整个多链钱包:每条链都位于同一根节点下的不同路径上,因此 Zelcore 能通过一个助记词派生出 80 多条链上的账户。多链托管难题对此有更深入的介绍。

由于每一步都是确定性的,同一助记词总会生成相同的密钥。仅知道主私钥并不会暴露所有子密钥,因为每次派生还需要链码。但助记词能提供两者。掌握助记词的人就能掌控一切。

丢失助记词为何意味着无法挽回

区块链没有密码重置功能。没有任何公司持有您的密钥副本,也没有客服表单能找回丢失的资金。您签署一笔区块链交易时,使用的是由助记词派生出的私钥。如果助记词丢失,相应的密钥也会随之丢失,这些地址中的资金将永久无法动用。

研究人员估计,有 2.3 到 3.7 million BTC 永久无法访问,其中许多是在 Bitcoin 发展早期因助记词和私钥从未得到妥善备份而丢失的。

硬件钱包 PIN 码无法解决这个问题。错误输入 PIN 码次数过多后,硬件钱包会自行擦除数据。设备虽然无法再用,但只要您的助记词离线保存着,就能在几分钟内将其恢复到新设备上。没有助记词,仅仅拥有实体设备并不足够。

因此,所有严谨的钱包设置流程都会要求您立即抄下助记词,并在存入任何一枚币之前完成验证。

助记词能恢复什么,不能恢复什么

“我有助记词,所以不用担心”这句话对标准账户来说没错,但有些人以为助记词还能恢复其他内容,事实并非如此。

仅凭助记词可以恢复:

助记词无法恢复:

只要助记词完好无损,即使忘记 PIN 码,重置硬件钱包后也能完全恢复。如果助记词也丢失了,设备就无法再用。

如何存储助记词

了解助记词是什么之后,存储规则也就不难理解了。

建议这样做:

绝不要这样做:

根据您实际面临的威胁选择存储介质

问题不在于“哪种备份最好”,而在于“我需要防范什么”。对大多数人来说,现实中的威胁并非定向攻击,而是住宅火灾、洪水、入室盗窃,以及忘记备份放在哪里。

拆分助记词是个陷阱

把一半单词存放在一个地方、另一半存放在另一个地方的做法很常见,却会削弱安全性。对于 12 个单词的助记词,只要找到其中一半,搜索范围就会缩小到足以通过暴力破解找到其余单词。如果您需要将风险分散到多个地点,可以分别保存完整副本,或者使用Shamir 秘密共享(SLIP-39),将秘密拆分为 N 份;其中任意 M 份都能还原秘密,而且不会削弱任何单份的安全性。Trezor 支持 SLIP-39;其他钱包并非都支持。

鲜有人提醒的恢复失败情形

这些问题只会在恢复钱包时出现,而那往往是最关键的时刻。

忘记密码短语。 单词输入无误,但钱包派生出的是没有余额的地址,也不会显示任何错误信息。资金仍在受密码短语保护的钱包中,无法访问。对于启用了密码短语、却只靠记忆保存它的人来说,这是最常见的不可恢复情形。

派生路径错误。 如果钱包使用 BIP-49(封装式 SegWit)或 BIP-84(原生 SegWit),而恢复到的应用默认使用 BIP-44,那么同一助记词派生出的地址集合也会不同,余额看起来像是消失了。如果您知道要查找派生路径,可以在新应用的高级设置中更改路径来解决。

钱包不兼容。 并非所有钱包都支持每种 BIP-39 语言或每种币种类型。如果恢复所用的软件不支持原区块链对应的路径,就什么也看不到。资金并未丢失,只是在您使用支持该区块链的软件之前无法显示。

Lightning 通道缺少 SCB。 助记词可以恢复链上余额。要合作关闭已开启的通道,需要 SCB 文件。没有该文件时,通道可能会被强制关闭;如果备份已过期,对手方可能会据此领取罚没交易中的资金。

可被摄像头读取的存储方式。 将助记词制成二维码,或将照片保存在与云端同步的相册中,一旦账户遭到入侵,助记词就可能全部丢失。绝不能以摄像头或屏幕截图能够发送到服务器的形式保存助记词。

常见错误

接下来该做什么

核心要点


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