以太坊之賬戶管理

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
離線創建以太坊賬戶
導入其他賬戶私鑰
創建和使用錢包
創建和使用賬戶憑證

以太坊作爲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 —— 沒有一箇中心數據庫來保存以太坊平臺上的所有賬戶信息。事實上，以太坊使用非對稱密鑰技術來進行身份識別，一個以太坊賬戶對應着一對密鑰：

在這一部分的內容裏，我們將使用Nethereum.Signer命名空間中的類來管理密鑰、賬戶和錢包。

私鑰、公鑰與地址

以太坊使用非對稱密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密鑰對中公鑰的20字節哈希

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算法自由地生成賬戶。

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

例如，下面的代碼首先使用EthECKey的靜態方法GenerateKey()創建一個隨機私鑰並返回EthECKey實例，然後通過相應的實例方法讀取私鑰、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[]類型的字節數組，因此我們使用靜態類HexByteConvertorExtensions的靜態方法ToHex()將其轉換爲16進制字符串，參數true表示附加0x前綴。 ToHex()的原型如下：

注意HexByteConvertorExtensions是靜態類而且ToHex()的第一個參數爲 byte[]類型，因此byte[]類型的對象可以直接調用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();
        }
    }

導入私鑰

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導出來。

假如你之前已經通過其他方式有了一個賬戶，例如使用Metamask創建的錢包，那麼可以把該賬戶導入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保存和遷移，而不是簡單地以明文保存到一個文件裏。

keystore允許你用加密的方式存儲密鑰。這是安全性（一個攻擊者需要 keystore 文件和你的錢包口令才能盜取你的資金）和可用性（你只需要keystore 文件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文件的內容：

從圖中可以看出，keystore的生成使用了兩重算法：首先使用你指定的錢包口令採用kpf參數約定的算法生成一個用於AES算法的密鑰，然後使用該密鑰結合ASE算法參數iv對要保護的私鑰進行加密。

由於採用對稱加密算法，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文件中的算法參數，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：

下面的代碼創建一個新的私鑰，然後使用口令7878生成keystore格式的json對象並存入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);

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

GenerateUTCFileName()方法用來生成UTC格式的keystore文件名，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，下面的代碼使用同一口令從錢包文件恢復出私鑰並重建密鑰對：

            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類型的賬戶：離線賬戶和節點管理的賬戶。

在前面的課程中，我們使用EthECKey創建的賬戶就是離線賬戶 —— 不需要連接到一個以太坊節點，就可以自由地創建這些賬戶 —— 因此被稱爲離線賬戶。離線賬戶的私鑰由我們（應用）來管理和控制。

另一種類型就是由節點創建或管理的賬戶，例如ganache自動隨機生成的賬戶，或者在geth這樣的節點軟件中創建的賬戶。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仿真器的賬戶不需要口令即自動解鎖。因此當使用ganache作爲節點時，在需要傳入賬戶解鎖口令的地方，傳入空字符串即可。

對於這兩種不同的賬戶類型，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，因此在實例化時需要傳入私鑰：

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

參數chainId用來聲明所連接的的是哪一個鏈，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。

另一種實例化Account類的方法是使用keystore文件。例如下面的代碼從指定的文件載入keystore，然後調用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爲ManagedAccount，實例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，是爲了在交易中可以使用一個抽象的IAccount接口，來屏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);
        }
    }
}

爲網站增加以太幣支付功能

在應用中生成密鑰對和賬戶有很多用處，例如，用戶可以用以太幣在我們的網站上購買商品或服務 —— 爲每一筆訂單生成一個新的以太坊地址，讓用戶支付到該地址，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。

爲什麼不讓用戶直接支付到我們的主賬戶？

稍微思考一下你就明白，創建一個新地址的目的是爲了將支付與訂單關聯起來。如果讓用戶支付到主賬戶，那麼除非用戶支付時在交易數據裏留下對應的訂單號，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件—— 例如coinbase —— 都支持將留言包含在交易裏發送到鏈上。

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服務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。爲了方便使用手機錢包的用戶，可以同時在支付頁面中展示該收款地址的二維碼。

用戶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進程在週期性地檢查該收款地址的餘額，一旦收到足額款項，支付處理進程就可以根據收款地址將對應的訂單結束，併爲用戶開通對應的服務。

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