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비트코인의 키와 주소

순서

Base58Check 인코딩

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만약 여러분의 개인키가 아래와 같다고 해보자

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1e99423a4ed27608a15a2616a2b0e9e52ced330ac530edcc32c8ffc6a526aedd

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소문자 엘과 대문자 아이, 숫자 영과 대문자 오를 구분하는것이 너무 어렵다.

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혹시나 타이핑 오류가 나지 않았을지 걱정된다.

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그래서 아래와 같이 개인키를 표현할 수 있다.

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KxFC1jmwwCoACiCAWZ3eXa96mBM6tb3TYzGmf6YwgdGWZgawvrtJ

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여기엔 대문자 오, 대문자 아이, 소문자 엘, 숫자 영이 없다.

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타이핑 오류를 방지해준다.

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인코딩은 데이터를 다양한 목적으로 다른 형식으로 변환하는 것을 의미한다.

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예를들어 영상파일을 mp4로 인코딩 하는 이유는 고품질의 압축을 하기 위해서이다.

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비트코인에서 Base58Check 인코딩 하는 이유는 사용자의 타이핑 실수를 방지하기 위해서이다.

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Base58 인코딩은 다음과 같은 방법을 쓴다.

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숫자 1000을 Base58 인코딩을 해보자.

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먼저 다음 치환표가 필요하다.

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1000을 58로 나눈다. 나누면 몫은 17이고 나머지는 14이다.

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14는 치환표 상에서 F이므로 이를 기록한다.

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다시 몫 17을 58로 나눈다. 몫은 0이고 나머지는 17이다.

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(보통은 훨씬 더 큰 수인데 몫이 0이 될때까지 반복적으로 수행한다.)

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17은 치환표 상에서 J이므로 이를 기록한다.

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결국 숫자 1000을 Base58인코딩하면 ‘JF’ 가 된다.

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Check 구하기

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체크섬(checksum)은 앞에 적힌 글자가 타이핑 오류가 없었는지 확인하는데 유용하다.

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예를들어 1357이라는 숫자가 작 적혔는지 확인하기 위해 각 숫자를 더한 16을 뒤에 붙여보자.

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135716이라 적으면 뒤에 붙어있는 16을 통해 앞의 것이 정확히 적혔는지 알 수 있다.

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Base58Check에서 체크섬을 위해 해시함수를 사용한다.

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원본 데이터를 SHA-256 해시함수에 넣어 해시코드를 추출한다.

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해시코드의 앞 4바이트를 자른다.

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원본 데이터 뒤에 자른 4바이트를 붙인다.

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Base58 인코딩을 수행한다.

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Base58Check 인코딩 종료

개인키와 엔트로피

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비트코인의 개인키는 무작위로 추출된 256비트 길이의 숫자이다.

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개인키의 소유권과 통제권은 당사자에게 있다.

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키를 생성하는 과정 중 가장 첫번째 단계는 엔트로피를 위한 무작위성을 찾는 것이다.

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비트코인 소프트웨어는 운영체제의 난수생성기로 엔트로피를 만든다.

개인키의 표현

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개인키를 직렬화해서 보낼 경우는 별로 없다.

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원칙적으로는 개인키는 네트워크로 전파하지 않기 때문이다.

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그래도 개인적으로 개인키를 옮기고 싶다면 아래의 포멧을 사용한다.

유형	접두어	설명
원형	없음	32바이트
Hex	없음	64 자리 16진수 숫자
WIF	5	Base58Check 인코딩: 버전 접두어 0x80(128)과 4바이트 체크섬을 포함하는 Base58
WIF-압축형	K 또는 L	위와 같음. 인코딩 전 접미어 0x01 추가

포맷	개인키 예시
Hex	1e99423a4ed27608a15a2616a2b0e9e52ced330ac530edcc32c8ffc6a526aedd
WIF	5J3mBbAH58CpQ3Y5RNJpUKPE62SQ5tfcvU2JpbnkeyhfsYB1Jcn
WIF-압축형	KxFC1jmwwCoACiCAWZ3eXa96mBM6tb3TYzGmf6YwgdGWZgawvrtJ

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WIF(Wallet Import Format)는 오타나 사용자의 실수로부터 안전한 형태의 포멧이다. 

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개인키를 네트워크로 전파하는 목적 보다는 손으로 옮겼을 때를 고려한 형태의 포멧이다.

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WIF 형식은 다음과 같은 방식으로 만든다.

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접두어를 설정한다. 메인넷은 0x80, 테스트넷은 0xef로 한다.

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공개키 형식이 압축형 형식이면 접미어 0x01을 붙인다.(WIF-압축형)

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개인키를 10진수로 전환한다.

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접두어, 10진수 개인키, 접미어를 순서대로 연결한다.

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결과를 sha256으로 해시하고 앞 4바이트를 체크섬으로 취한다.

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체크섬을 붙인다.

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Base58인코딩을 수행한다.

공개키의 표현

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공개키는 타원위의 점(x,y)라는 점을 상기하자.

x = F028892BAD7ED57D2FB57BF33081D5CFCF6F9ED3D3D7F159C2E2FFF579DC341A
y = 07CF33DA18BD734C600B96A72BBC4749D5141C90EC8AC328AE52DDFE2E505BDB
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520 비트의 공개키는 앞에 공개키를 표현하는 접두어 04와 256비트의 숫자 2개를 이어붙여 표현한다.

K = 04F028892BAD7ED57D2FB57BF33081D5CFCF6F9ED3D3D7F159C2E2FFF579DC341A↵
07CF33DA18BD734C600B96A72BBC4749D5141C90EC8AC328AE52DDFE2E505BDB
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크기의 한계를 극복하기 위해 비트코인에서는 압축 공개키를 사용한다.

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x 값을 알면 타원곡선의 함수를 통해 y값을 계산할 수 있기 때문에 x값만 저장하여 256비트를 절약한다.

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압축 공개키는 접두어가 02, 03이다.

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타원곡선의 특성상 x값 1개에 y값이 2개일 수 있다. 어떤 y값을 갖느냐에 따라 접두어가 결정된다.

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두 개의 값은 짝수이거나 홀수인데, 짝수면 02, 홀수면 03을 붙인다.

타원곡선에서 한 x에 두 개의 해가 짝수와 홀수로 이루어지는 이유

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곡선 상에 두 개의 점 (x,y) (x,-y)를 만족해야 한다.

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유한체에서는 -y=(p-y)%p로 결정되기 때문에, y 좌표값은 p-y가 된다.

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p는 소수이기 때문에 홀수이다. (2 제외)

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따라서 홀수-짝수=홀수 이거나 홀수-홀수=짝수 임을 감안한다면,

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하나가 짝수이면 나머지 하나는 홀수, 하나가 홀수이면 나머지 하나는 짝수가 된다.

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압축된 공개키의 예시는 다음과 같다.

K = 03F028892BAD7ED57D2FB57BF33081D5CFCF6F9ED3D3D7F159C2E2FFF579DC341A
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공개키의 표현 방법

비트코인의 주소

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비트코인 주소는 개인키, 공개키와 연관을 지을 수 있어야 한다.

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비트코인 주소의 주인은 연관된 개인키를 알고 있는 사람이기 때문이다.

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따라서 비트코인 주소는 공개키로부터 추출된다는 사실은 매우 당연하다.

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비트코인의 주소는 공개키(K)로부터 해시함수를 사용하여 생성된다. 

해시함수란?

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해시함수는 같은 값을 입력하면 같은 값을, 다른 값을 입력하면 완전히 다른 값을 출력한다.

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비트코인의 주소를 만들기 위해서는 해시함수에 대한 이해가 필요하다

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해시함수는 입력값에 대해 임의의 길이로 고정된 결과값을 보여준다.

def simple_hash(input_string):
    # 입력 문자열을 아스키 코드 값들의 합으로 변환
    total_ascii = sum(ord(char) for char in input_string)
    
    # 고정된 범위 내로 해시 값 조정
    hash_value = total_ascii % 100
    
    return hash_value

input_data = "Hello, Hash Function!"
hashed_value = simple_hash(input_data)
print("Input Data:", input_data)
print("Hashed Value:", hashed_value)
Python
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해시함수의 일종인 SHA256의 경우 다음 6개의 연산을 사용한다.

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비트연산 : 비트 단위의 AND, OR, NOT. XOR 연산

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비트 시프트 연산 : <<, >> 비트를 왼쪽 오른쪽으로 이동하고 끝에 0을 추가하는 연산

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논리 함수 : 여러 비트간의 AND, OR, NOT. XOR 연산

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회전 : 비트들을 주어진 수 만큼 왼쪽, 오른쪽으로 회전하는 연산

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덧셈 : 정수나 비트간의 덧셈연산

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체이닝 함수 : 위 연산 단계를 여러번 반복적으로 수행하는 연산.

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해시함수의 특징은 다음 셋만 기억하자.

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단방향성 : 결과값(output)으로 입력(input)을 추론할 수 없다.

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고정길이 : 일정한 길이로만 출력된다.

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패턴없음 : 결과값에 패턴이 없다.

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비트코인에서 사용하는 해시함수의 종류는 다음과 같다.

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SHA-256 : 256비트의 고정된 길이로 만들어주는 해시함수이다. 미국국립표준기술연구소에서 공인된 계열 중 하나이다.

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RIPEMD-160 : 160비트의 고정된 길이로 만들어주는 해시함수이다. SHA 계열보다 처리 속도가 빠르다.

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HMAC-SHA-512 : SHA-512보다 보안성이 높은 해시함수이다. SHA-512에 입력 데이터와 키를 조합하여 결과를 생성한다.

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공개키에 SHA256를 먼저 적용 후 그 결과에 RIPEMD160를 적용하여 값을 얻는다.

A = RIPEMD160(SHA256(K))

공개키에서 비트코인 주소로 변환하는 과정

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이후엔 Base58Check로 인코딩한다. 이 과정을 천천히 알아보자.

Base58Check 인코딩 과정

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앞에 버전 정보를 기록하여 해당 문자가 어떤 주소를 나타내는지 표현한다.

유형	버전 접두어(16진수)	Base58 접두어 결과값
P2PK, P2PKH	0x00	1
P2SH	0x05	3
비트코인 테스트넷 주소	0x6F	m 혹은 n
개인키 WIF(Wallet Import Format)	0x80	5, K 혹은 L
BIP-38 암호화 개인키	0x0142	6P
BIP-32 확장 공개키	0x0488B21E	xpub

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결과값 A는 Base58Check로 인코딩된다.

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주소 생성시 체크섬은 SHA256해시를 2회 실시한 후 앞의 4글자로 쓴다.

checksum = SHA256(SHA256(prefix + data))

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아래의 소스코드를 참고하자.

import hashlib

BASE58_ALPHABET = '123456789ABCDEFGHJKLMNPQRSTUVWXYZabcdefghijkmnopqrstuvwxyz'
s=bytes.fromhex('7c076ff316692a3d7eb3c3bb0f8b1488cf72e1afcd929e29307032997a838a3d')

def encode_base58(s):
    count = 0
    for c in s:  # <1>
        if c == 0:
            count += 1
        else:
            break
		# 16진수를 10진수로 전환한다.
    num = int.from_bytes(s, 'big')
    prefix = '1' * count
    result = ''
    while num > 0:  # <2>
				#num을 58로 나눈 뒤 몫은 num, 나머지는 mod에 저장한다.
        num, mod = divmod(num, 58)
				#result에 나머지를 누적하여 기록한다.
        result = BASE58_ALPHABET[mod] + result
    return prefix + result

def encode_base58_checksum(b):
		#sha256 해시를 2회 실시한 후 앞의 4자리를 붙여서 리턴한다.
    return encode_base58(b + hashlib.sha256(hashlib.sha256(b).digest()).digest()[:4])

h='7c076ff316692a3d7eb3c3bb0f8b1488cf72e1afcd929e29307032997a838a3d'
print(encode_base58_checksum(bytes.fromhex(h)))

#-----결과-----
wdA2ffYs5cudrdkhFm5Ym94AuLvavacapuDBL2CAcvqYPkcvi
Python
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구현: 비트코인 주소 생성

#공개키 클래스에서 구현
class S256Point(Point):

	#주소를 리턴하는 함수이다. 
	def address(self, compressed=True, testnet=False):
	    '''Returns the address string'''
	    h160 = self.hash160(compressed)
	    if testnet:
	        prefix = b'\x6f'
	    else:
	        prefix = b'\x00'
	    return encode_base58_checksum(prefix + h160)
Python
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#테스트 코드
from ecc import PrivateKey

priv = PrivateKey(5002)
print(priv.point.address(compressed=False, testnet=False))

#-----결과-----
16wSJUKH9aMz7Fx9E6iiV9oR4eHaMFaWCB
Python
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다른 형태의 주소

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P2SH 주소는 3으로 시작하는 주소이다.

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P2SH는 멀티시그 주소를 의미한다.

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P2SH는 공개키의 소유주가 아닌 스크립트 해시로 지정한다. (BIP-16)

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P2SH 주소 인코딩하려면 스크립트를 해시하여 주소를 표현한다.

script hash = RIPEMD160(SHA256(script))

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현재는 가장 대중적으로 사용되고 있다.

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향후 P2SH에서 이를 다루고자 한다.

참고자료

•

비트코인 해례 - 마스터링 비트코인 4장 키와 주소

•

Programming Bitcoin - Serialization

•

BASE64 VS BASE58 ENCODING