科普:真随机数和伪随机数「附Tron豹子号生成代码」

科普

比特币用户很喜欢讨论“非对称加密”、“椭圆曲线”、“量子计算机”这类高深莫测的话题，然后再以一种非常莫名其妙的方式把币弄丢，比如说：“随机”。

历史上多起各品牌的钱包用户丢币事件，都是因为随机函数存在问题。

随机很重要，对于比特币这种密码学电子货币来说，尤其重要。可惜社区内对于随机的讨论并不多，导致很多人缺乏正确的认识，因此，我们今天就和大家聊聊随机。

说到随机，有两个必须要搞清楚的概念：“真随机数生成器”（TRNG）和伪随机数生成器（PRNG）。

大部分计算机程序和语言中的随机函数，都是伪随机数生成器，它们都是由确定的算法，通过一个“种子”（比如“时间”），来产生“看起来随机”的结果。

毫无疑问，任何人只要知道算法和种子，或者之前已经产生了的随机数，都可能获得接下来随机数序列的信息。因为它们的可预测性，在密码学上并不安全，所以我们称其为“伪随机”。这种随机数，用来让游戏里的小人跑跑路没多大问题，如果用来生成比特币私钥，那可就太不安全了。

再说说真随机数生成器，中文维基中，将“硬件随机数生成器”（HRNG）等同于真随机数生成器，这其实并不十分准确，严格意义上的真随机可能仅存在于量子力学之中，我们当前所想要的（或者所能要的），并不是这种随机。

我们其实想要一种不可预测的、统计意义上的、密码学安全的随机数，只要能做到这一点的随机数生成器，都可以称其为真随机数生成器。这种真随机，并不一定非得是特殊设计的硬件，Linux操作系统内核中的随机数生成器（/dev/random），维护了一个熵池（搜集硬件噪声，如：键盘、鼠标操作、网络信号强度变化等），使得它能够提供最大可能的随机数据熵，因此同样是高品质的真随机数生成器。

不过/dev/random是阻塞的，也就是说，如果熵池空了，对于/dev/random的读操作将被挂起，直到收集到足够的环境噪声为止。

因此，在开发程序时，我们应使用/dev/urandom，作为/dev/random的一个副本，它不会阻塞，但其输出的熵可能会小于/dev/random。

好了，在说了这么多之后，在我们开发比特币应用时，应该使用何种随机数生成器来生成私钥呢？

答案很简单：urandom。永远只用urandom。

不要使用任何第三方的随机数解决方案，哪怕是一些高级的安全库，所提供的声称“非常安全”的随机函数。因为它们都是用户态的密码学随机数生成器，而urandom是内核态的随机数生成器，内核有权访问裸设备的熵，内核可以确保，不在应用程序间，共享相同的状态。

历史上，无数次随机数失败案例，大多出现在用户态的随机数生成器，而且，用户态的随机数生成器几乎总是要依赖于，内核态的随机数生成器（如果不依赖，那风险则更大），除了没准儿能简化您的某些开发工作，丝毫看不出任何额外的好处，反而增加了因引入第三方代码，所可能导致的潜在安全风险。

因此，开发者在需要密码学安全的随机数时，应使用urandom。

代码

import secrets  # 导入secrets模块，用于生成安全随机数
import colorama  # 导入colorama模块，用于在控制台中添加颜色
import os
from colorama import Fore, Style  # 导入colorama中的前景色和样式
import ecdsa  # 导入ecdsa模块，用于椭圆曲线数字签名算法
import base58  # 导入base58模块，用于Base58编码和解码
from Crypto.Hash import keccak  # 从Crypto模块中的Hash子模块中导入keccak算法，用于计算Keccak256哈希

import argparse

def generate_secure_private_key():
    # 生成32字节的安全随机原始私钥
    raw = os.urandom(32)
    return raw

def keccak256(data):  # 定义函数keccak256，接受一个数据作为参数
    hasher = keccak.new(digest_bits=256)  # 创建一个Keccak256哈希对象
    hasher.update(data)  # 更新哈希对象的数据
    return hasher.digest()  # 返回哈希结果

def get_signing_key(raw_priv):  # 定义函数get_signing_key，接受一个原始私钥作为参数
    return ecdsa.SigningKey.from_string(raw_priv, curve=ecdsa.SECP256k1)  # 使用原始私钥生成签名密钥对象，使用SECP256k1曲线

def verifying_key_to_addr(key):  # 定义函数verifying_key_to_addr，接受一个公钥作为参数
    pub_key = key.to_string()  # 获取公钥的字节串表示
    primitive_adder = b"\x41" + keccak256(pub_key)[-20:]  # 生成TRON地址的原始字节串
    Addr = base58.b58encode_check(primitive_adder)  # 对原始字节串进行Base58编码得到TRON地址
    return Addr  # 返回TRON地址

def generate_wallet(bits, name, quiet):
    count = 0  # 初始化计数器count为0
    print(Fore.CYAN + "Please Wait..." + Style.RESET_ALL)  # 输出提示信息，请等待...
    while True:  # 进入无限循环
        raw = generate_secure_private_key()
        #raw = secrets.token_bytes(32)  # 生成32字节的安全随机原始私钥,和raw = os.urandom(32)等价
        key = get_signing_key(raw)  # 获取签名密钥对象
        Wallet = verifying_key_to_addr(key.get_verifying_key()).decode()  # 获取TRON钱包地址
        # 判断钱包地址后缀是否为4位相同的字母或数字
        if Wallet[-bits:-1] == Wallet[-1] * (bits - 1):
            HexAdd = base58.b58encode_check(Wallet.encode()).hex()  # 对TRON地址进行Base58编码并转换为十六进制字符串
            publickey = key.get_verifying_key().to_string().hex()  # 获取公钥的十六进制字符串表示
            privatekey = raw.hex()  # 获取原始私钥的十六进制字符串表示
            count += 1  # 计数器加1
            if not quiet:
                print(str(count) + " | " + privatekey + " | " + Wallet)  # 输出当前生成的私钥和TRON地址
            with open(f"{name}Key.txt", "a") as f:  # 打开文件trxKey.txt，以追加模式写入
                f.write(privatekey + '\n')  # 将私钥写入文件，并换行
            with open(f"{name}Add.txt", "a") as f1:  # 打开文件trxAdd.txt，以追加模式写入
                f1.write(Wallet + '\n')  # 将TRON地址写入文件，并换行



def main():
    # 定义命令行解析器对象
    parser = argparse.ArgumentParser(description='生成Tron钱包豹子尾号地址', add_help=False)  # 添加 add_help=False 来禁用默认帮助信息
    # 添加自定义帮助信息参数
    parser.add_argument('-h', '--help', action='help', default=argparse.SUPPRESS, help='显示此帮助信息并退出程序,使用:-h or --help')
    # 静默执行
    parser.add_argument('-q', '--quiet', action='store_true', help='是否将生成的公私钥输出到控制台')
    # 添加命令行参数
    parser.add_argument('-b', '--bits', type=int, default=4, help='钱包地址相同后缀位数,使用:-b number or --bits number')
    # 添加输出文件自定义名称
    parser.add_argument('-n', '--name', type=str, default='tron', help='输出文件的名称,使用:-n name or --name name')
    # 解析命令行参数
    args = parser.parse_args()
    # 调用生成钱包函数，并传入参数
    generate_wallet(args.bits, args.name, args.quiet)

    print('Number of bits：', args)


if __name__ == "__main__":
    main()

执行

新建虚拟环境「可选」
python3 -m venv myenv
进入虚拟环境
source myenv/bin/activate
安装依赖
pip install colorama ecdsa base58 pycryptodome

运行

python xx.py -h

执行结果

$ python ./XXX.py -h
usage: XXX.py [-h] [-q] [-b BITS] [-n NAME]

生成Tron钱包豹子尾号地址

optional arguments:
  -h, --help            显示此帮助信息并退出程序,使用:-h or --help
  -q, --quiet           是否将生成的公私钥输出到控制台
  -b BITS, --bits BITS  钱包地址相同后缀位数,使用:-b number or --bits number
  -n NAME, --name NAME  输出文件的名称,使用:-n name or --name name
  
$ python ./XXX.py -b 3
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