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The
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與safety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：
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>The
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 andfrom_public_key_bytes驗證cap_rotate_key，使用to_schemeandto_public_key_bytes驗證cap_update_tableThe
單簽為ED25519_SCHEME，多簽則為MULTI_ED25519_SCHEMEThe
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：
- 建立一個單簽帳戶
- 建立一個多簽帳戶，這邊是建立一個 2-of-3 多簽帳戶
- 簽署 rotation proof challenge
- 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 maybe .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.multisig3.5 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: 500000003.7 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: 0x77e7728ef2189e48b3b898087c460a63f14955bcc6e4915b95aab8f864be8d053.8 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_tableThecap_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: 0xe40f69589e89beca67362c2cadb145df92d77351bfe77aa9318af88f1453576b2fc8e8723fca961e696014a0077946a762c18d7a64547b3ec1f0539f88889303d89de34be00ada58151a124cc3610226ca1c0ca9814be9040bba3c6d02f169a53b922ce6cb026165746c8e90837affac8692206dc9eb0f82f0117742d331670a600000003.9 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: 0x77e7728ef2189e48b3b898087c460a63f14955bcc6e4915b95aab8f864be8d050x04 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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