如何窃取以太坊钱包的密钥? (Part1）

摘要：

区块链是通过使用公ac钥和私钥签署和证明交易数据所有权而验证的公共交易账簿。流行的区块链可能拥有数亿笔交易量，其中包括——Bitcoin（比特币）, Waves（波币）, Ripple（瑞波币）, ZCash（大零币）, Monero（门罗币）和 Ethereum（以太坊）。

目前，在以太坊上有3.45亿笔交易，涉及4700万对密钥对。新生成的密钥与现存密钥重复的概率大约是2的256次方分之一，这几乎是不可能发生的。

在本文中，我们研究了即使面对这种统计上的小概率事件，ISE发现了732个私匙及其对应的公钥，这些公钥向以太坊提交了49,060笔交易。此外，还确定了13319个以太坊被交易到无效的目标地址，或者来自弱密钥的钱包，这些ETH在以太坊市场鼎盛时期的总价值为18,899,969美元。

在这个过程中，我们发现来自这些弱密钥地址的资金正在被窃取，并被发送到一个目标地址，该目标地址属于一个正在运作的个人或团体，其目的是破解或收集私钥并获得这些资金。2018年1月13日，这名“区块链强盗”持有37926 ETH，价值54343407美元。

引言：

本文的重点是破解委托给以太坊交易的私钥。如前所述，碰到与他人的以太坊地址对应的私钥的概率约为2的256次方分之1。

仅仅覆盖1%的密钥空间，即使我们使用的计算资源允许我们每秒生成100万亿的密钥，也需要大约几年的时间。

然而，我们没有尝试暴力搜索随机私钥，而是设计了一些方法来发现可能使用错误代码、错误随机数生成器或这两者的结合生成的密钥。以下部分概述了如何生成以太坊地址，以及破解没有使用最佳方式生成的私钥。

背景：

以太坊使用椭圆曲线的密码方法生成公钥/私钥对。使用256位私钥计算secp256k1 ECDSA曲线上的一个点，从而生成公钥。然后使用keccak256哈希函数生成公钥。

该哈希值被截断到较低的160位，以生成以太坊地址。以太坊地址不能逆转为公钥，也不能以任何方式使用以太坊地址生成它的底层私钥。

给定随机生成的私钥，其有效范围为1到secp256k1曲线所定义的最大值，0xFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFEBAAEDCE6AF48A03BBFD25E8CD0364140，可以通过取公钥的keccack256哈希函数的较低(最右)160位来计算以太坊地址，

定义为：

图1演示了从随机生成的256位私钥到生成以太坊地址的工作流程。

图1：从私钥到生成以太坊地址的示例流程。

知道了这个算法，我们的研究目标是找到那些没有用合理正确算法生成的以太坊地址，或者从非随机私钥不正确生成的地址。

实验设计：

以太坊允许任何人查询地址以获得信息，比如余额、正在进行的交易和已确定的交易。这是通过查询一个在本地或远程运行的以太坊节点来实现的。

为了便于使用，一些在线服务通过web接口封装底层数据。Etherscan就是这样一个工具，它可以从上面的例子中查询公开的以太坊地址:

l   A99FDD90FF61DD08CF049155D18E086F7806641B

您可以到https://etherscan.io/address/A99FDD90FF61DD08CF049155D18E086F7806641B

查询，毫无疑问，这个地址有0笔交易。

图2：Etherscan.io查询A99FDD90FF61DD08CF049155D18E086F7806641B 由于以太坊上记录了近5000万个公开的以太坊地址，由于一些因素，我们可能会遇到弱或者说缺乏随机性的密钥。一个明显的例子是密钥截断。

也就是说，生成一个随机的256位私钥，但是由于编码/编译器/框架或其他未知错误，只使用了一小部分的功能。

例如，一个256位私钥，其值为:

l   0x47579DA2BEA463533DBFAD6FCF8E90876C2FE9760DC1162ACC4059EE37BDDB5C

如果截短到32位，会得到如下密钥:

l   0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000037BDDB5C

在实验中，我们选择了一个私钥为1，仅仅是因为它可能是secp256k1的私钥的下界，并且它也位于32位截断密钥的1到2 ³² -1范围内。

我们使用私钥0x00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001

推导出以太坊地址0x7e5f4552091a69125d5dfcb7b8c2659029395bdf

如前所述，回想一下两个以太坊用户生成相同私钥的无穷小的概率。假设至少有一个用户随机生成它们。则该地址不应该与另一个以太坊用户随机生成的密钥发生巧合。

这与是否从下界、上界、或使用π位密钥、以及随机等数字的密钥来探索密钥空间是无关紧要的。

相反，使用Etherscan.io查询来自0x01私钥的上述地址上的交易数据，我们将看到以下证据，表明与我们有意生成的密钥发生了冲突。（比如：这个密钥已经在使用中）

图3：Etherscan.io查询7e5f4552091a69125d5dfcb7b8c2659029395bdf

ISE显示，从0x01的私钥派生的以太坊地址上有592笔交易，而该地址上当前没有ETH。如果随机选择一个私钥，那么其他人生成相同密钥的几率大约是2的256次方分之一，这实际上来说是0%的几率。

由于随机生成私钥为0x01所发生的概率大约为零，所以我们必须假设这个值是故意选择的，或者是由于错误。下面的部分详细介绍了我们的研究，以了解和研究在以太坊中弱密钥的生成到底有多普遍。

研究范围：

研究试图基于弱密钥的使用来定位以太坊地址，并研究这些地址的使用情况。虽然不太可能在正常的环境下使用适当的代码生成弱密钥，但仍然假设可能由编码错误或操作系统、设备和执行环境错误生成弱私钥，并且这些问题很常见。除了密钥截断，其他一些可能削弱256位密钥的常见错误包括:

• 代码逻辑错误
• 类型混淆
• 熵的错误
• 随机策略错误
• 处理异常
• 内存引用错误
• 内存泄露
• 种子重用
• 对恶意软件的妥协

由于计算资源有限，即使在更小的64位密钥空间中枚举所有密钥也是不可行的。

因此，转而关注可实现的目标:枚举将出现在256位私钥的更小的32位子集中的密钥。这相当于4,294,967,295个私钥，需要为其计算相应的公开的以太坊地址并查询区块链。

方法：

要对可能的以太坊地址执行批量扫描，查询Etherscan之类的在线服务是不切实际的，甚至会滥用资源。

取而代之，在内存中生成一个所有公开的以太坊地址的的哈希映射，并在这个内存中查询每个枚举密钥的数据结构。

在一个中档笔记本上，其性能约为每个CPU每核每秒约生成15,000个密钥及其查询，瓶颈是ECDSA私钥到公钥的生成。

将重点放在256位密钥空间中的8个32位“子区域”上，在这些子区域中，可能会观察到正在使用的以太坊地址是由弱私钥导出的。

预期密文空间的下32位部分最有可能包含弱密钥。为了考虑到字节顺序，还扫描了较高的32位部分，为了彻底起见，使用一个可能产生密钥的32位窗口测试了256位密钥空间的每个不同部分。

为了说明扫描的区域，下面的图4描述了为枚举标识的每个区域。在枚举每个区域(A到H)的32位密钥空间时，将256位密钥的其余224位设置为0x00。

图4：256位密钥空间由H到A部分表示。

这给了8个可能的区域，每个区域的组合数为2的32次方减一 (大约 43亿)。将区域定义转换为明确的私钥范围，扫描并测试了以太坊区块链上交易活动的这些密钥范围：

组A：

0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001 到

00000000000000000000000000000000000000000000000000000000FFFFFFFF

组B：

0000000000000000000000000000000000000000000000000000000100000000 到

000000000000000000000000000000000000000000000000FFFFFFFF00000000

组 C：

0000000000000000000000000000000000000000000000010000000000000000 到0000000000000000000000000000000000000000FFFFFFFF0000000000000000

组 D：

0000000000000000000000000000000000000001000000000000000000000000 到

00000000000000000000000000000000FFFFFFFF000000000000000000000000

组 E：

0000000000000000000000000000000100000000000000000000000000000000 到000000000000000000000000FFFFFFFF00000000000000000000000000000000

组 F：

0000000000000000000000010000000000000000000000000000000000000000 到0000000000000000FFFFFFFF0000000000000000000000000000000000000000

组 G：

0000000000000001000000000000000000000000000000000000000000000000到00000000FFFFFFFF000000000000000000000000000000000000000000000000

组 H：

0000000100000000000000000000000000000000000000000000000000000000 到FFFFFFFF00000000000000000000000000000000000000000000000000000000

上面的密文空间范围虽然构成256位密文空间的无穷小部分，但由于错误或其他因素影响了256位密文的随机性，因此私钥可能存在于这些区域。

来源：格密链