Aptos 密鑰輪換 | Move dApp 極速入門

Ashley is a blockchain security researcher with passion for exploring new challenges and staying up-to-date with the latest technological advancements. In addition, she is also a Solidity and Move developer with experience in building DeFi protocols and conducting vulnerability mining.

Twitter: https://twitter.com/ashleyhsu_eth

在本文中,我們將深入探討 Aptos 密鑰輪換的概念及其重要性。在開始之前,讓我們先了解什麼是 Aptos 帳戶、公鑰和私鑰的作用。當私鑰洩漏時,你的帳戶就可能遭到攻擊,但若想保留原有帳戶並確保資產安全,就需要使用密鑰輪換技術。Aptos 帳戶支持密鑰輪換,讓你更改私鑰而不必創建新帳戶,繼而保留原有帳戶的資產和身份。接下來,我們將介紹如何使用 Aptos cli 及 Python SDK 完成密鑰輪換,讓你能夠隨時保持帳戶資產及身份的安全。

0x01 什麼是帳戶(account)?

每個 Aptos 帳戶代表著區塊鏈上一個可以發送交易的實體,並由特定的 32 字節帳戶地址識別。這個帳戶是 Move 模組和 Move 資源的容器,可以包含區塊鏈資產(例如 coin 和 NFT)。這些資產在區塊鏈帳戶中表示為資源,同時帳戶也可以執行各種操作,例如將資源發送給其他人。就像在 Web2 的世界中,你的電子郵件地址代表著你的電子郵件帳戶,而在 Aptos 區塊鏈中,帳戶地址代表著帳戶本身,你可以透過這個地址進行收發資產等操作。

1.1 公鑰(public key)、私鑰(private key)

私鑰在 Aptos 區塊鏈與其他區塊鏈一樣,可以用來簽署交易以使其被認可和驗證,就像在現實生活中需要簽名或輸入密碼才能夠轉帳。簽署過後的交易才能夠對你的帳戶資產進行更改,但是只有擁有私鑰的人才能夠簽署這筆交易,因此私鑰是非常重要且敏感的一組數據。

在其他區塊鏈上,你的公開身份即為私鑰對應的公鑰,地址可以從公鑰被推算出來,公鑰也被用來驗證簽章。然而,Aptos 支援密鑰輪換,導致公鑰可能會發生變化,因此使用地址來代表帳戶。傳統上,每個帳戶都有一個特定的地址作為其識別符號,而且這個地址是不會改變的。在 Aptos 中,即使您更改了身份驗證密鑰(其中包含公鑰),帳戶地址仍然是唯一的,並且不會發生變化。

1.2 身份驗證密鑰(authentication key)

Aptos 區塊鏈支援單簽和多簽帳戶。多簽帳戶允許多個用戶共同執行數位簽章來管理帳戶資產。例如,想像一個擁有兩把鎖和兩把鑰匙的保險箱,一把鑰匙由 Alice 持有,另一把則由 Bob 掌管。打開此保險箱的唯一辦法就是兩個人同時提供鑰匙開鎖,只有其中一把鑰匙時則無法打開。多簽帳戶與此類似,它是代表多方的單一帳戶,所有發生的交易都需要所有參與方的簽名,也可以被設定一個閾值,舉個例子,2-of-3 代表三位中只要有兩個簽署即可完成交易。

多簽帳戶使用多個(私鑰,公鑰)密鑰對,沒有單個公鑰會代表這個帳戶。因此,我們需要一個代表此帳戶的密鑰,以便封裝多簽帳戶中所有用戶的公鑰,這個代表此帳戶的密鑰也就是所謂的身份驗證密鑰。

身份驗證密鑰是表示多簽帳戶中所有用戶的一種方式。簡而言之,身份驗證密鑰是通過連接所有參與用戶的公鑰的串聯散列創建的。

auth_key = sha3-256(pubkey_1 | . . . | pubkey_n | K | 0x01)

其中K是驗證交易所需的簽名閾值,0x01為 1-byte 多簽方案標識符。

對於單簽帳戶,也存在身份驗證密鑰,單簽帳戶的身份驗證密鑰只封裝了一個公鑰來代表帳戶,這樣做是為了在所有類型的帳戶上保持一致性。

auth_key = sha3-256(pubkey_A | 0x00)

其中 0x00 為 1-byte 單簽方案標識符。

我們可以說,身份驗證密鑰是私鑰的廣義公共表示。

1.3 帳戶地址

在帳戶創建過程中,產生一組公鑰及私鑰後,會計算出一個 32 字節的身份驗證密鑰,這個身份驗證密鑰將作為帳戶地址。

單簽帳戶:

auth_key = sha3-256(pubkey_A | 0x00)

其中 0x00 為 1-byte 單簽方案標識符。

多簽帳戶:

auth_key = sha3-256(pubkey_1 | . . . | pubkey_n | K | 0x01)

其中K是驗證交易所需的簽名閾值,0x01為 1-byte 多簽方案標識符。

但是,密鑰輪換後,身份驗證密鑰會發生變化,當生成新的公鑰-私鑰對時,公鑰將輪換密鑰。但帳戶地址不會改變。因此,僅在最初,32 字節身份驗證密鑰才會與 32 字節帳戶地址相同。帳戶與金鑰解耦的方法使 Aptos 能夠無縫新增新的數位簽名演算法以支援公鑰和私鑰型別。

帳戶創建後,儘管私鑰、公鑰和認證密鑰可能發生變化,但帳戶地址將保持不變

0x02 為什麼我們需要密鑰輪換?

當私鑰洩漏時,你的帳戶就可能遭到攻擊。在 web2 中,多數人會定期修改密碼,減少被盜的風險,還有在 Instagram 或 Facebook 帳戶被盜後,你可以透過其他方式驗證身份,修改密碼並拿回自己的帳號。但是,在大多數區塊鏈中,情況並不那麼簡單。私鑰與公鑰成對出現,而鏈上身份與私鑰綁定,唯一的解決方法是創建一個新帳戶,使用新的公鑰和私鑰對並將所有資產轉移到該帳戶中。

然而,這種方法會造成很多問題,例如失去原有的帳戶資產、OG 身份的象徵、以及參與過的活動的紀念等。因此,密鑰輪換技術應運而生。Aptos 帳戶支援密鑰輪換,讓你更改私鑰而不必創建新帳戶,從而保留原有帳戶的資產和身份。這意味著你可以保持原有地址,其他人仍然可以使用你原本的地址向你發送資產。唯一會改變的是身份驗證密鑰,因為它是由公鑰計算出來的。

密鑰輪換技術實現了鏈上身份安全性分離,當私鑰洩漏時,你可以替換掉私鑰,從而保護資產免於受到損失或竊取。此外,密鑰輪換也使得我們可以定期更改密鑰,減少私鑰被盜取的風險,同時也為使用多簽帳戶提供了更多彈性。

0x03 Authentication key rotation

密鑰輪換,在 Aptos 中準確來說稱為身份驗證密鑰輪換(Authentication key rotation)。

account.move 模塊包含了 Aptos 帳戶相關的所有函數。用戶可以透過 account::rotate_authentication_key 函數來達成密鑰輪換。

public entry fun rotate_authentication_key(
    account: &signer,
    from_scheme: u8,
    from_public_key_bytes: vector<u8>,
    to_scheme: u8,
    to_public_key_bytes: vector<u8>,
    cap_rotate_key: vector<u8>,
    cap_update_table: vector<u8>,
) acquires Account, OriginatingAddress {

    ...
}

為了授權輪換,我們需要兩個簽名:

  1. cap_rotate_key 是指帳戶目前擁有者對 RotationProofChallenge 的簽名,證明用戶打算並具有能力輪換此帳戶的身份驗證金鑰
  2. cap_update_table 是指所需輪換至的新金鑰(帳戶擁有者想要輪換的金鑰)對RotationProofChallenge 的簽名,證明用戶擁有新的私鑰,並有權更新 OriginatingAddress 映射與新地址映射 <new_address, originating_address>

為了驗證這兩個簽名,我們需要它們對應的公鑰和公鑰方案:我們使用 from_scheme 和from_public_key_bytes驗證cap_rotate_key,使用to_schemeto_public_key_bytes驗證cap_update_table

單簽為ED25519_SCHEME,多簽則為MULTI_ED25519_SCHEME

3.1 使用 Aptos cli 達成單簽帳戶密鑰輪換

初始狀態,可以看到 account address 與 authentication key 相同。

產生密鑰:

aptos key generate --key-type ed25519 --output-file output.key
{
  "Result": {
    "PrivateKey Path": "output.key",
    "PublicKey Path": "output.key.pub"
  }
}

利用 aptos cli 做 key rotation,參數可以選擇直接填入私鑰或 key file:

aptos account rotate-key --new-private-key-file output.key
aptos account rotate-key --new-private-key 0xae249782eedbfafcc7da157542d1f97d97385cbda36338c806475a3ce127fd90

Do you want to submit a transaction for a range of [52100 - 78100] Octas at a gas unit price of 100 Octas? [yes/no] >
yes
{
  "transaction_hash": "0x75c412d82e038f87cec14c6c8b08c7fb08290118437e18433700c0e5d0262854",
  "gas_used": 521,
  "gas_unit_price": 100,
  "sender": "148f1f6f88d690a04451fa8a548f21129b537cf511cedaa66a6ad93abc83a607",
  "sequence_number": 0,
  "success": true,
  "timestamp_us": 1688636116823320,
  "version": 571106848,
  "vm_status": "Executed successfully"
}
Do you want to create a profile for the new key? [yes/no] >
yes
Enter the name for the profile
Update
Profile Update is saved.
{
  "Result": {
    "message": "Profile Update is saved.",
    "transaction": {
      "transaction_hash": "0x75c412d82e038f87cec14c6c8b08c7fb08290118437e18433700c0e5d0262854",
      "gas_used": 521,
      "gas_unit_price": 100,
      "sender": "148f1f6f88d690a04451fa8a548f21129b537cf511cedaa66a6ad93abc83a607",
      "sequence_number": 0,
      "success": true,
      "timestamp_us": 1688636116823320,
      "version": 571106848,
      "vm_status": "Executed successfully"
    }
  }
}

回到 Aptos explorer 查看,authentication key 已改變,account address 維持相同。

aptos cli 也可以透過 public key 來反查出帳戶地址:


aptos account lookup-address --public-key-file output.key.pub
{
  "Result": "148f1f6f88d690a04451fa8a548f21129b537cf511cedaa66a6ad93abc83a607"
}

3.2 使用 Python SDK 將單簽帳戶輪換為多簽帳戶

以 aptos-core 中 python sdk 的 multisig 範例作為參考,可以根據自己的使用情境進行修改。

總結一下流程:

  1. 建立一個單簽帳戶
  2. 建立一個多簽帳戶,這邊是建立一個 2-of-3 多簽帳戶
  3. 簽署 rotation proof challenge
  4. 執行輪換 authentication key

3.3 環境安裝

安裝 Poetry

推薦使用 Poetry 進行 Python 套件管理。

安裝 Poetry

curl -sSL https://install.python-poetry.org | python3 -

將 Poetry 加入 PATH 依照自己的系統環境,加到 .zshrc 或 .bashrc

export PATH="$HOME/.local/bin:$PATH"

確認 Poetry 安裝完成

poetry --version

安裝 Aptos Python SDK

pip3 install aptos-sdk

更多詳細資訊,可參考官網文檔。

3.4 執行 Aptos SDK Example

git clone https://github.com/aptos-labs/aptos-core.git
cd aptos-core/ecosystem/python/sdk

重現專案的 Poetry 虛擬環境

poetry env use python3

安裝套件

poetry install

執行

poetry run python -m examples.multisig

3.5 設定

引入要用到的庫:

from aptos_sdk.account import Account, RotationProofChallenge
from aptos_sdk.account_address import AccountAddress
from aptos_sdk.authenticator import Authenticator, MultiEd25519Authenticator
from aptos_sdk.bcs import Serializer
from aptos_sdk.client import FaucetClient, RestClient
from aptos_sdk.ed25519 import MultiPublicKey, MultiSignature
from aptos_sdk.transactions import (
    EntryFunction,
    RawTransaction,
    Script,
    ScriptArgument,
    SignedTransaction,
    TransactionArgument,
    TransactionPayload,
)
from aptos_sdk.type_tag import StructTag, TypeTag

設定連接節點、水龍頭資訊,這邊使用 devnet 環境:

NODE_URL = os.getenv("APTOS_NODE_URL", "https://fullnode.devnet.aptoslabs.com/v1")
FAUCET_URL = os.getenv(
    "APTOS_FAUCET_URL",
    "https://faucet.devnet.aptoslabs.com",
)

初始化客戶端

rest_client = RestClient(NODE_URL)
faucet_client = FaucetClient(FAUCET_URL, rest_client)

3.6 建立單簽帳戶

deedee = Account.generate()
faucet_client.fund_account(deedee.address(), 50_000_000)
deedee_balance = rest_client.account_balance(deedee.address())
Deedee's address:    0x7ee730f9bb87e78b0f51b4399113af2ed6bc50d0a8e0bc27f914c287af6a9d49
Deedee's auth key:   0x7ee730f9bb87e78b0f51b4399113af2ed6bc50d0a8e0bc27f914c287af6a9d49
Deedee's public key: 0x641cb41098c6cea2c2643508ee28e116459c666e353d6dc708290c5dd8f27169
Deedee's balance:    50000000

3.7 建立多簽帳戶

這邊我們選擇建立 2-of-3 多簽帳戶,所以先建立三個單簽帳戶,這樣會有三對公鑰私鑰對。

# generate account
alice = Account.generate()
bob = Account.generate()
chad = Account.generate()

# fund account
faucet_client.fund_account(alice.address(), 10_000_000)
faucet_client.fund_account(bob.address(), 20_000_000)
faucet_client.fund_account(chad.address(), 30_000_000)
=== Account addresses ===
Alice: 0xe2f0ac3bf3066f83c3f13df40eb1f1e980b15bbf6198dfee0d4bfd741baf92a8
Bob:   0x55234e90dec96a74938a4da2f7815b97494fc3c4b4d8782fa9c0e83399613310
Chad:  0x9b2ff4d016b1dead4c79487275bcb332ce56d0c707bc07cf0f15e223e64122a0

=== Authentication keys ===
Alice: 0xe2f0ac3bf3066f83c3f13df40eb1f1e980b15bbf6198dfee0d4bfd741baf92a8
Bob:   0x55234e90dec96a74938a4da2f7815b97494fc3c4b4d8782fa9c0e83399613310
Chad:  0x9b2ff4d016b1dead4c79487275bcb332ce56d0c707bc07cf0f15e223e64122a0

=== Public keys ===
Alice: 0x53a03cc129319935ddabc8ac2afb0c5e320cd5bda347413fb6fe33bcdd0b7fb3
Bob:   0x51a95405c021b0449d11d71797ecb72e931c045a55f69ae96aa6c87d55ba8098
Chad:  0x74ac180a4c5b4f6e14f13b8a5e6dd19d102c0e3543268816dcb6484f0da5444d

接下來使用上一步產生的公鑰去生成 2-of-3 多簽帳戶公鑰和地址。

# generate public key from Alice, Bob and Chad's public key
threshold = 2
multisig_public_key = MultiPublicKey(
    [alice.public_key(), bob.public_key(), chad.public_key()], threshold
)
# get address
multisig_address = AccountAddress.from_multi_ed25519(multisig_public_key)
# fund account
faucet_client.fund_account(multisig_address, 40_000_000)
=== 2-of-3 Multisig account ===
Account public key: 2-of-3 Multi-Ed25519 public key
Account address:    0x77e7728ef2189e48b3b898087c460a63f14955bcc6e4915b95aab8f864be8d05

3.8 簽署 rotation proof challenge

在調用 rotate_authentication_key 之前,需要準備傳入的參數,分別是 cap_rotate_key 及 cap_update_tablecap_rotate_key 表 Deedee 批准此身份驗證密鑰輪換。cap_update_table 驗證多簽帳戶是否批准身份驗證密鑰輪換。

rotation_proof_challenge = RotationProofChallenge(
    sequence_number=0,
    originator=deedee.address(),
    current_auth_key=deedee.address(),
    new_public_key=multisig_public_key.to_bytes(),
)

serializer = Serializer()
rotation_proof_challenge.serialize(serializer)
rotation_proof_challenge_bcs = serializer.output()

cap_rotate_key = deedee.sign(rotation_proof_challenge_bcs).data()

cap_update_table = MultiSignature(
    multisig_public_key,
    [
        (bob.public_key(), bob.sign(rotation_proof_challenge_bcs)),
        (chad.public_key(), chad.sign(rotation_proof_challenge_bcs)),
    ],
).to_bytes()
=== Signing rotation proof challenge ===
cap_rotate_key:   0x497d25f09c29df422e620dd8eaf44ee9b7bbc2844b5143ade652d9a0d084cd1b59e66e6d0c8ebd3a4e6d5b70ddc0f635bbe321ea6ac2902d2ab07e3248e5ac08
cap_update_table: 0xe40f69589e89beca67362c2cadb145df92d77351bfe77aa9318af88f1453576b2fc8e8723fca961e696014a0077946a762c18d7a64547b3ec1f0539f88889303d89de34be00ada58151a124cc3610226ca1c0ca9814be9040bba3c6d02f169a53b922ce6cb026165746c8e90837affac8692206dc9eb0f82f0117742d331670a60000000

3.9 執行輪換 authentication key

現在可以提交身份驗證密鑰輪換的交易。執行後,輪換後的身份驗證密鑰與多簽帳戶的地址相匹配。

from_scheme = Authenticator.ED25519
from_public_key_bytes = deedee.public_key().key.encode()
to_scheme = Authenticator.MULTI_ED25519
to_public_key_bytes = multisig_public_key.to_bytes()

entry_function = EntryFunction.natural(
    module="0x1::account",
    function="rotate_authentication_key",
    ty_args=[],
    args=[
        TransactionArgument(from_scheme, Serializer.u8),
        TransactionArgument(from_public_key_bytes, Serializer.to_bytes),
        TransactionArgument(to_scheme, Serializer.u8),
        TransactionArgument(to_public_key_bytes, Serializer.to_bytes),
        TransactionArgument(cap_rotate_key, Serializer.to_bytes),
        TransactionArgument(cap_update_table, Serializer.to_bytes),
    ],
)

signed_transaction = rest_client.create_bcs_signed_transaction(
    deedee, TransactionPayload(entry_function)
)

# auth key before key rotation
auth_key = rest_client.account(deedee.address())["authentication_key"]
print(f"Auth key pre-rotation: {auth_key}")

# send key rotation tx
tx_hash = rest_client.submit_bcs_transaction(signed_transaction)
rest_client.wait_for_transaction(tx_hash)
print(f"Transaction hash:      {tx_hash}")

# auth key after key rotation
auth_key = rest_client.account(deedee.address())["authentication_key"]
print(f"New auth key:          {auth_key}")
print(f"1st multisig address:  {multisig_address}")
=== Submitting authentication key rotation transaction ===
Auth key pre-rotation: 0x7ee730f9bb87e78b0f51b4399113af2ed6bc50d0a8e0bc27f914c287af6a9d49
Transaction hash:      0x16046f72559268dc4025d28bbc2d8c91ab7a780e237cbf430965477910014df0
New auth key:          0x77e7728ef2189e48b3b898087c460a63f14955bcc6e4915b95aab8f864be8d05
1st multisig address:  0x77e7728ef2189e48b3b898087c460a63f14955bcc6e4915b95aab8f864be8d05

0x04 總結

Aptos 帳戶讓鏈上地址身份與私鑰解耦,提供了單簽及多簽帳戶,最重要的是具有密鑰輪換的功能。地址在創建帳號後維持不變,即使在密鑰輪換後仍然維持相同。密鑰輪換改變的是公鑰私鑰對以及身份驗證密鑰。

0x05 Reference

  • https://aptos.dev/concepts/accounts/
  • https://medium.com/@martian-wallet/accounts-in-aptos-1ecc3f0b1213
  • https://forum.aptoslabs.com/t/aptos-review-account-system/150437
  • https://aptos.dev/tutorials/your-first-multisig/

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