如何开发一款以太坊（安卓）钱包系列1 - 通过助记词创建账号

Posted 2020-08-13

上周我开源了一款钱包，反映很好，一周时间不到已经快到100 Star。接下来我会几篇系列文章把开发以太坊钱包的核心要点写出来，也算是对代码的一个解读。

写在前面

钱包是使用android安卓平台编写，使用的是原生代码Java 语言编写， 是基于Java 1.8 版本，也使用了Java 1.8 中一些较新的语言特性，如 Lambda表达式等；另外还较多使用了ReactiveX/RxAndroid响应式编程用法。

在本系列文章中，重点是介绍以太坊钱包账号、交易等逻辑，有时可能会假定读者已经了解Android开发等相关知识，因为这些内容不是文章的重点，因此不会过多介绍，请海涵。

钱包包含的功能

通常一个钱包会包含以下功能：

• [x] 支持通过生成助记词、Keystore文件、私钥 创建钱包账号。
• [x] 支持导出钱包账号助记词、私钥、Keystore文件。
• [x] 支持多个钱包账号管理
• [x] 账户余额查询及转账功能（二维码扫描支持）。
• [x] 支持ERC20 代币（余额显示、转账、代币币价显示）
• [x] 支持用法币（美元和人民币）实时显示币价。
• [x] 历史交易列表显示

创建账号预备知识

我们先来介绍第一个功能：通过生成助记词、Keystore文件、私钥创建钱包账号。
本系列中，钱包都是指分层确定性钱包，（HD钱包 Hierarchical Deterministic Wallets）， 之前博客有一篇文章分层钱包进行了详细的介绍，还不熟悉的可以读一下。
为了保持本文的完整，这里做一个总结性回顾：以太坊及比特币的地址是由随机生成的私钥经过椭圆曲线等算法单向推倒而来 ，BIP32及BIP44是为方便管理私钥提出的分层推倒方案，BIP39 定义助记词让分层种子的备份更方便。
而KeyStore文件是用来解密以太坊保存私钥的一种方式，大家可以阅读下这篇文章: 账号Keystore文件导入导出了解更多。

实现完成的，界面如下图：

这是一张导入钱包账号的截图（导入和创建，其实原理一样），界面仿照ImToken，不过本文将不会介绍UI部分的编写。

Web3j & bitcoinj

为了完成创建账号功能，我们需要使用到两个库：Web3j 和 bitcoinj

Web3是一套和以太坊通信的封装库，Web3j是Java版本的实现，例如发起交易和智能合约进行交互，下图很好的表达了其作用。

不过本文中的功能，主要是使用了web3j中椭圆曲线加密及KeyStore文件的生成与解密。

bitcoinj 的功能和web3类似，它是比特币协议的Java实现，他实现了 BIP32、BIP44及BIP39 相关协议。

Android使用Gradle来构建，直接在app/build.gradle文件中加入：

implementation 'org.web3j:core:4.1.0-android'
implementation 'org.bitcoinj:bitcoinj-core:0.14.7'

提示： 实践中遇到的一个问题，由于bitcoinj 中引入了 com.lambdaworks:scrypt加密库， 它包含的lib/x86_64/darwin/libscrypt.dylib文件，会导致在进行Android App Bundle 编译时会出现错误（好像也会导致某些机型没法安装），解决办法是在 build.gradle 加入一下语句，把这个文件在打包时排除掉。
> packagingOptions {
> exclude ‘lib/x86_64/darwin/libscrypt.dylib‘
> }

创建账号实现

通过助记词常见钱包账号

这是目前钱包客户端，最常见的一种为用户常见账号的方式，这里会包含一下几个核心步骤：

1. 生成一个随机数种子；
2. 通过随机数种子得到助记词；
3. 通过 种子 + 路径 派生生成私钥；
4. 使用KeyStore保存私钥；
5. 私钥推倒出账号地址。

大家可以在再次阅读分层钱包，理解为何这么做的原因。

理解了上面几点，那么代码就容易明白了，代码在代码库中的app/src/pro/upchain/wallet/utils/ETHWalletUtils.java中，关键代码逻辑如下：

    // 创建钱包对象入口函数
    public static ETHWallet generateMnemonic(String walletName, String pwd) {
        String[] pathArray = "m/44'/60'/0'/0/0".split("/");

        long creationTimeSeconds = System.currentTimeMillis() / 1000;

        SecureRandom secureRandom = SecureRandomUtils.secureRandom();
        DeterministicSeed ds = new DeterministicSeed(secureRandom, 128, "", creationTimeSeconds);

        return generateWalletByMnemonic(walletName, ds, pathArray, pwd);
    }

    /**
     * @param walletName 钱包名称
     * @param ds         助记词加密种子
     * @param pathArray  助记词标准
     * @param pwd        密码
     * @return
     */
    @Nullable
    public static ETHWallet generateWalletByMnemonic(String walletName, DeterministicSeed ds,
                                                     String[] pathArray, String pwd) {
        //种子
        byte[] seedBytes = ds.getSeedBytes();
        //助记词
        List<String> mnemonic = ds.getMnemonicCode();

        if (seedBytes == null)
            return null;

        //  衍生推倒key
        DeterministicKey dkKey = HDKeyDerivation.createMasterPrivateKey(seedBytes);
        for (int i = 1; i < pathArray.length; i++) {
            ChildNumber childNumber;
            if (pathArray[i].endsWith("'")) {
                int number = Integer.parseInt(pathArray[i].substring(0,
                        pathArray[i].length() - 1));
                childNumber = new ChildNumber(number, true);
            } else {
                int number = Integer.parseInt(pathArray[i]);
                childNumber = new ChildNumber(number, false);
            }
            dkKey = HDKeyDerivation.deriveChildKey(dkKey, childNumber);
        }

        ECKeyPair keyPair = ECKeyPair.create(dkKey.getPrivKeyBytes());
        ETHWallet ethWallet = generateWallet(walletName, pwd, keyPair);
        if (ethWallet != null) {
            ethWallet.setMnemonic(convertMnemonicList(mnemonic));
        }
        return ethWallet;
    }

        @Nullable
    private static ETHWallet generateWallet(String walletName, String pwd, ECKeyPair ecKeyPair) {
        WalletFile keyStoreFile;
        try {
            keyStoreFile = Wallet.create(pwd, ecKeyPair, 1024, 1); // WalletUtils. .generateNewWalletFile();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }

        BigInteger publicKey = ecKeyPair.getPublicKey();
        String s = publicKey.toString();

        String wallet_dir = AppFilePath.Wallet_DIR;

        String keystorePath = "keystore_" + walletName + ".json";
        File destination = new File(wallet_dir, "keystore_" + walletName + ".json");

        //目录不存在则创建目录，创建不了则报错
        if (!createParentDir(destination)) {
            return null;
        }
        try {
            objectMapper.writeValue(destination, keyStoreFile);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
            return null;
        }

        ETHWallet ethWallet = new ETHWallet();
        ethWallet.setName(walletName);
        ethWallet.setAddress(Keys.toChecksumAddress(keyStoreFile.getAddress()));
        ethWallet.setKeystorePath(destination.getAbsolutePath());
        ethWallet.setPassword(Md5Utils.md5(pwd));
        return ethWallet;
    }

上述代码中，generateMnemonic()是入口函数，最终返回的是一个ETHWallet 自定义的钱包实体类，一个实例就对应一个钱包，ETHWallet保存了钱包相关的属性，后面会详细介绍，如果对它序列化保存钱包账号及多个钱包账号管理。

几个注意事项

关于助记词及私钥的保存，有几点要特别注意，否则有可能和其他钱包无法兼容或导致私钥泄漏。

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参考文档

• web3j API 文档
• bitcoinj 介绍及文档

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