iOS开发-BIP39的实现

今天来说一下区块链-比特币中的一个概念，并且在iOS中将它实现。

首先介绍一下什么是BIP，BIP全称是Bitcoin Improvement Proposals,是用来提出Bitcoin的新功能或改进措施的文件。可以由任何人提出，经过审核后会公布在bitcoin/bips中。

其中BIP32、BIP39和BID44又是HD wallet中使用的核心概念。

BIP-39 介绍

HD wallet具有管理多个密钥和地址的机制，我们可以使用一个随机字符串seed通过BIP32或BIP44协议创建一个HD wallet，但是一串字符串的记忆成本太高，而且摘抄下来也会很麻烦。所以BIP39协议应运而生，他是可以使用12-24单字（可以是英文、中文、日文等等语言）来帮助用户更好的保存seed。一般我们使用长度为12个的英文单词来生成BIP39的内容，这串单词被称为mnemonic code，中文名叫助记词。

BIP-39 词典

可以在bitcoin/bips下的bip-0039中来获取助记词字典，现在已经支持简体中文、繁体中文、英文、法文、意大利文、日文、韩文、西班牙文每种2048个词来生成助记词。

BIP-39 生成助记词流程

助记词钱包是通过BIP-39中定义的标准化过程自动生成的，钱包从熵源开始，增加校验和，然后将熵映射到字典列表中。

1.创建一个128-256位的随机序列（熵）
2.提出SHA256哈希的前几位（熵长/32）,就可以创建一个随机序列的校验和。
3.将校验和添加到随机序列的末尾。
4.将序列划分为包含11位的不同部分。
5.将每个包含11位部分的值与一个预先定义的2048个单词的字典做对应。
6.生成的有顺序的单词组就是助记词。

熵（bits）	校验和（bits）	熵+校验和（bits）	助记词长度（单词个数）
128	4	132	12
160	5	165	15
192	6	198	18
224	7	231	21
256	8	264	24

使用iOS代码生成BIP-39 助记词

引入库

首先肯定是引入iOS中哈希需要用到的库

1 2	#import <CommonCrypto/CommonHMAC.h> #import <CommonCrypto/CommonKeyDerivation.h>

生成随机熵

我们可以使用SecRandomCopyBytes()函数来生成一个随机的NSData比特组

- (NSString *)generateMnemonicString:(NSNumber *)strlength language:(NSString *)language
{
    //输入长度必须为128、160、192、224、256
    if([strlength integerValue] % 32 != 0)
    {
        [NSException raise:@"Strength must be divisible by 32" format:@"Strength Was: %@",strlength];
    }
    
    //创建比特数组
    NSMutableData *bytes = [NSMutableData dataWithLength:([strlength integerValue]/8)];
    
    //生成随机data
    int status = SecRandomCopyBytes(kSecRandomDefault, bytes.length, bytes.mutableBytes);
    
    //如果生成成功
    if(status == 0)
    {
        NSString *hexString = [bytes my_hexString];
        return [self mnemonicStringFromRandomHexString:hexString language:language];
    }
    else
    {
        [NSException raise:@"Unable to get random data!" format:@"Unable to get random data!"];
    }
    return nil;
}

生成助记词

生成好随机的熵之后，我们就可以通过随机熵的内容根据256哈希计算需要使用的单词列，然后在单词表中查找出需要的单词来。

- (NSString *)mnemonicStringFromRandomHexString:(NSString *)seed language:(NSString *)language
{
    //将16进制转换为NSData
    NSData *seedData = [seed my_dataFromHexString];
    //计算 sha256 哈希
    NSMutableData *hash = [NSMutableData dataWithLength:CC_SHA256_DIGEST_LENGTH];
    CC_SHA256(seedData.bytes, (int)seedData.length, hash.mutableBytes);
    NSMutableArray *checkSumBits = [NSMutableArray arrayWithArray:[[NSData dataWithData:hash] my_hexToBitArray]];
    NSMutableArray *seedBits = [NSMutableArray arrayWithArray:[seedData my_hexToBitArray]];
    for(int i = 0 ; i < (int)seedBits.count / 32 ; i++)
    {
        [seedBits addObject:checkSumBits[i]];
    }
    NSString *path = [NSString stringWithFormat:@"%@/%@.txt",[[NSBundle mainBundle] bundlePath], language];
    NSString *fileText = [NSString stringWithContentsOfFile:path encoding:NSUTF8StringEncoding error:NULL];
    NSArray *lines = [fileText componentsSeparatedByCharactersInSet:[NSCharacterSet newlineCharacterSet]];
    
    NSMutableArray *words = [NSMutableArray arrayWithCapacity:(int)seedBits.count / 11];
    
    for(int i = 0 ; i < (int)seedBits.count / 11 ; i++)
    {
        NSUInteger wordNumber = strtol([[[seedBits subarrayWithRange:NSMakeRange(i * 11, 11)] componentsJoinedByString:@""] UTF8String], NULL, 2);
        [words addObject:lines[wordNumber]];
    }
    return [words componentsJoinedByString:@" "];
    
}

需要的支持

其中我们需要几个辅助性操作：

字符串转换为16进制

//将字符串转换为16进制
- (NSString *)my_hexString
{
    const unsigned char *dataBuffer = (const unsigned char *)[self bytes];
    
    //如果buffer不存在
    if(!dataBuffer)
    {
        return [NSString string];
    }
    
    NSUInteger dataLength = [self length];
    NSMutableString *hexString = [NSMutableString stringWithCapacity:(dataLength * 2)];
    
    for(int i = 0 ; i < dataLength ; ++i)
    {
        [hexString appendString:[NSString stringWithFormat:@"%02lx",(unsigned long)dataBuffer[i]]];
    }
    
    return [NSString stringWithString:hexString];
}

16进制转换为比特数组

- (NSArray *)my_hexToBitArray
{
    NSMutableArray *bitArray = [NSMutableArray arrayWithCapacity:(int)self.length * 8];
    NSString *hexStr = [self my_hexString];
    
    for(NSUInteger i = 0 ; i < [hexStr length] ; i++)
    {
        NSString *bin = [self my_hexToBinary:[hexStr characterAtIndex:i]];
        
        for(NSUInteger j = 0 ; j < bin.length ; j++)
        {
            [bitArray addObject:@([[NSString stringWithFormat:@"%C",[bin characterAtIndex:j]] intValue])];
        }
    }
    
    return [NSArray arrayWithArray:bitArray];
}
- (NSString *)my_hexToBinary:(unichar)value
{
    switch (value)
    {
        case '0': return @"0000";
        case '1': return @"0001";
        case '2': return @"0010";
        case '3': return @"0011";
        case '4': return @"0100";
        case '5': return @"0101";
        case '6': return @"0110";
        case '7': return @"0111";
        case '8': return @"1000";
        case '9': return @"1001";
        case 'a':
        case 'A':
            return @"1010";
        case 'b':
        case 'B':
            return @"1011";
        case 'c':
        case 'C':
            return @"1100";
        case 'd':
        case 'D':
            return @"1101";
        case 'e':
        case 'E':
            return @"1110";
        case 'f':
        case 'F':
            return @"1111";
    }
    return @"-1";
}

16进制字符串转换为NSData

//将16进制字符串转换为NSData
- (NSData *)my_dataFromHexString
{
    const char *chars = [self UTF8String];
    int i = 0, len = (int)self.length;
    
    NSMutableData *data = [NSMutableData dataWithCapacity:len/2.0];
    char byteChars[3] = {'\0','\0','\0'};
    unsigned long wholeByte;
    
    while (i < len)
    {
        byteChars[0] = chars[i++];
        byteChars[1] = chars[i++];
        wholeByte = strtoul(byteChars, NULL, 16);
        [data appendBytes:&wholeByte length:1];
    }
    
    return data;
}