比特币、以太坊地址类型及其生成机制全解析

1、前言

我们将推出名为“Foundations”（基础）的新系列。这个新系列将以浅显易懂的方式介绍区块链技术的各“技术”维度。本文，我们会从地址概念出发。首先我们将进行地址的基本介绍，然后深入研究以太坊和比特币地址的详细内容。公钥--私钥、EOA、智能合约，以及“not your keys, not your crypto”（不是你的私钥，也不是你的加密货币）都将在本文得到详尽解释。像往常一样，我们将使用链上数据来突出关键概念，并提供重要背景帮助你更好理解。

2、加密货币地址

地址的概念可能是加密货币世界最基本的概念。不管是哪个区块链，地址都是区块链上的“身份”单位，所有的交互都以地址开始，以地址结束。无论是执行简单的转账还是使用DeFi协议进行复杂的交易，地址都是至关重要的。虽然不同链之间的地址存在着细微差异，但它们都可以用于链上资产唯一标识和分组。

接下来，我们将详细讨论以太坊地址。以太坊地址有哪些不同的类型，它们是如何生成的，如何使用的。然后我们将阐述比特币地址和比特币网络上最重要的四种地址类型。

但首先要搞清楚，“拥有”地址的是谁？

我们先来澄清一些模糊的认知：单个地址并不一定意味着单个用户。一个地址背后可能有一群人，一个人也可能有多个地址。一个地址甚至可以是一个智能合约，不被任何单个用户“拥有”。然而，地址是区块链中身份的原子单位，与地址所有者或操作者无关。但我们很快就会知道，真正的所有权属于地址私钥的管理者。

3、以太坊地址

以太坊地址是一个20字节的唯一序列，1字节为8 bit，所以以太坊有28*20 = 2160种可能的地址。虽然地址长度只有20个字节，但以太坊的地址空间比IPv6 2128大得多，当然，“猜测”某个现有账户的私钥的成功概率是非常小的。通常，地址显示为以“0x”开头的字符串，后面是40个十六进制字符（0-9，A-F）。在以太坊系统中，每个地址都对应着相关的原生加密货币（ETHer或ETH）余额。余额多少不等，从略高于0 ETH到最大超过1900万ETH（信标链质押合约）。然而，除了最大的地址余额之外，ETH分布在数百万个地址上，如下所示。在下图，我们可以看到，在总共1.2亿个ETH中，有近1亿个被余额至少为100 ETH的地址所持有。

以太坊地址有两类：外部拥有账户（EOA）和智能合约账户。二者区别在于EOA关联私钥，而智能合约则关联合约代码。这意味着只有EOA可以签署交易并在以太坊系统内启动计算，而智能合约必须由源自EOA的交易“激活”。

例如，0xd8dA6BF26964aF9D7eEd9e03E53415D37aA96045是V神的已知个人EOA账户，而0xA0b86991c6218b36c1d19D4a2e9Eb0cE3606eB48是稳定币USDC的智能合约地址。对于像V神这样的EOA账户来说，私钥通常由商业化“钱包”管理，如MetaMask。但也可以使用其他方法进行管理，比如Python脚本或硬件钱包等。

以太坊地址从何而来？

外部拥有账户（EOA）地址和智能合约地址都有不同的生成方式，涉及到一系列加密操作。事实上，这就是加密货币之所以叫做“加密货币”的一个关键原因。

（1）EOA地址

帐户生成过程首先是生成私钥，这是一组256 bit（32字节）的随机数。这组随机数必须保密，因为仅私钥自身就可以完全控制地址了。这个随机数就是“not your keys, not your crypto”这句话的根源。因为如果没有这组随机数，或者如果其他人得到了这组随机数，他们就可以访问你的地址，获取与你的地址绑定的身份信息，甚至窃取你留在那里的全部的钱和藏品。

接下来，私钥（实际上只是一组数字）用于椭圆曲线数字签名算法（简称ECDSA）的输入。顾名思义，该算法使用椭圆曲线生成另一组长度为512 bit（64字节）的数字，称为公钥。这两组数字统称为公钥/私钥对。

最后，使用Keccak256函数计算公钥的哈希值，产生另一个256 bit序列（32字节）。然后截取保留该序列的最后20字节或160 bit，这就是以太坊使用的地址。下图图解了这个过程。

这个过程可以通过多种方式完成，但是，大多数用户选择广泛适用的“钱包软件”（如MetaMask）或开源软件（如web3.py）来生成和管理他们的私钥。从技术上讲，除了生成和管理私钥和地址之外，EOA通常由一个人、一群人或具有关联私钥访问权限的专业保管人控制。该私钥用于签署交易，这是将ETH发送到另一个EOA账户或智能合约的关键步骤，私钥必须保密并进行高度安全的妥善保管。我们在下文讲到冷钱包时会进行更多相关探讨。

（2）智能合约地址

EOA是在以太坊上使用区块链的第一步，无论是在简单的转账交易中发送ETH，还是与智能合约进行交互。然而，EOA还执行一个特殊功能，那就是智能合约部署。在智能合约的部署过程中，产生了第二种以太坊地址类型。

该过程首先将一些编译后的EVM兼容字节码插入到一个交易中，该交易被发送到“特殊”部署地址0x0。然后，以太坊协议本身使用一种结合EOA部署公钥及其nonce（即地址在其生命周期内发送的交易总数）的算法。

更具体地说，将地址（20字节）和nonce（64字节）连接起来，然后将递归长度前缀（RLP）序列化。生成的字节序列再通过Keccak256计算得出哈希值，取最后的20个字节作为智能合约地址。

智能合约地址是非常重要的信息，因为它们是交易与合约交互的入口。例如，如果想要在UniswapV2上进行代币互换，那么工厂合约（Factory Contract）地址将非常重要，0x5C69bEe701ef814a2B6a3EDD4B1652CB9cc5aA6f。

量化以太坊地址

如上所述，以太坊有2160种可能的地址总数，下图显示了这些地址中目前链上所见数量。图中，地址按类型分组，显示了近1亿个EOA账户的ETH余额非零，智能合约账户超过3000万个。虽然这些都是相当大的数字，但与可能的总数相比，是微不足道的，这对以太坊用户来说是个好消息，可以放心，我们离耗尽地址还远着呢。

4、比特币地址

相较以太坊，比特币地址有更多的细节需要解决。首先来看地址类型，比特地地址类型其实主要有四种：Legacy、Pay-to-Script-Hash、Segwit和Taproot。尽管比特币使用不同的会计方法——未消费交易输出（UTXO）模型——来跟踪链上的加密货币，但我们将重点关注下面几种不同的地址类型。

（1）Legacy（P2PKH）地址

这些地址包括比特币系统原始部署中使用的地址，并且很容易识别，这些地址是以“1”开头的。它们的生成方式与以太坊地址的生成方式非常相似，从公钥/私钥对的生成开始。

然后像以太坊一样，计算公钥的哈希值，但使用的是SHA-256算法。所得的256 bit序列随后使用RACE原始完整性校验消息摘要（RIPEMD-160）再次计算哈希值，得到20字节（160 bit）的序列。回过头看，这个过程与以太坊非常相似，但是，显示为文本形式时，比特币通常使用的是Base58CheckEncoding。这意味着20字节序列使用58个字符（1-9，A-H，J-N，P-Z，a-k，m-z）编码，而非十六进制编码中使用的16个字符。基本上，存储在计算机内存中的相同的160 bit的0、1序列会通过一组16字符或58字符呈现到屏幕上。当然还有很多其他编码，但这是特别为比特币选择的编码。

（2）Pay-to-Script-Hash（P2SH）地址

P2SH地址以“3”开头，从技术上来说属于脚本，可用于要求多重签名的转账事宜等。比特币的“Pay-to-Script-Hash”的真实性质超出了我们的探讨范围，但简单来说，P2SH地址是使用Base58Check对脚本代码哈希进行编码。因此，可以将P2SH地址概念化为脚本的20个字节哈希的编码，类似于公钥的20个字节哈希的编码。

（3）SegWit和Taproot 地址

为了提高区块空间的效率并改善费用，SegWit在地址的构造方式上引入了一些变化。具体的算法细节计较乏味，因此我们在这里跳过细节，但是人们可以轻松地一眼看到这些以“bc1”开头的新地址。除了SegWit之外，以“bc1p”开头的Taproot地址进一步提高了交易效率，并提供了更好的隐私性。

与以太坊类似，下图显示了按地址的总余额大小汇总的比特币总余额。与以太坊类似，绝大多数比特币由价值最高的那些地址持有。然而，仔细检查数据以更好地理解分布结构是非常重要的。

5、关于加密地址的更多内容

除了地址生成机制外，还有一些关于地址的其他概念我们应该理解，包括：热/冷钱包，以及Vanity Address和ENS。

（1）热钱包和冷钱包

加密货币资产“存活”在区块链本身上，或被存储为原生第一层货币（例如ETH或比特币），或被存储于智能合约余额账本（例如USDC、Dai、WETH）。区块链本身可以被视为存储在各自网络节点中的分布式数据库。这意味着用户并不托管加密货币，而是托管与各个区块链上各自地址关联的私钥。因此，真正的私有信息必须保证安全，因为这些私有信息就是与地址相对应的私钥。

在加密世界中，存储私钥的方法主要有两种：热钱包和冷钱包。二者很容易区别：热钱包是连接互联网的私钥存储系统，而冷钱包是没有连接互联网的系统。完全断开与互联网的连接使私钥得到更安全的保护。想要获取私钥，必须先获取冷钱包设备。总而言之，存储在钱包中的不是加密货币本身，而是与区块链上余额地址相关联的私钥。私钥管理越来越复杂，现在越来越流行一种数字资产安全方法，那就是多方计算（MPC），多方计算将私钥分解为加密共享数据分配给多个参与者。

（2）Vanity Address和ENS

Vanity Address和其他地址一样，但是，该地址的某部分将超出意料中的随机性。前几个字符可能会拼出一个英文单词、短语或名称，比如Legacy比特币地址：1googLemzFVj8ALj6mfBsbifRoD4miY36v。这些地址可用于更轻松地识别交易对手方，并可用于品牌宣传和营销。这些地址的生成过程得到了几个开源项目的支持，例如Vanitygen。然而，应该注意的是，这个过程可能需要非常密集的计算资源，因为它需要一个“guess-and-check”（猜测和检查）类型的算法。谨慎的做法是，不要轻信在线工具去获取vanity address，因为它们也会获取你的私钥副本，正如那句话所说的，“Not your keys, not your crypto.”。事实上，去年在“Profanity”以太坊vanity address地址生成器中就有一个漏洞被利用了。

作为一个正式的系统，为了不必须生成容易记忆的vanity address，以太坊有一个叫做以太坊域名服务（ENS）的应用程序，就像域名系统（DNS）简化了传统互联网的访问一样。与URL非常相似，用户可以购买以“.eth”结尾的自定义名称，智能合约创建这些标签的记录，这些记录在链上公开可用。借用上文提到的V神的例子，我们可以看到他的ENS名称是vtalik .eth。ENS名称，就像URL一样，让以太坊区块链更加用户友好，因为字母数字组合比20字节序列更容易记住，这增强了网络的便利性和安全性。