Right Tech EP.3

แล้ว Seed แปลงร่างเป็น Keys ได้ไง? | Right Tech EP3 (อ.อาร์ม x มิวนิค x อิสร x มูฟวี่)

HD Wallet (Hierarchical Deterministic Wallet)

Hierarchical Deterministic Wallet (HD Wallet)

• Hierarchical: keys และ addresses ถูกจัดระเบียบในโครงสร้างต้นไม้ (tree structure)

โครงสร้างแบบต้นไม้

• Deterministic: keys และ addresses ถูกสร้างด้วยวิธีแบบเดียวกัน

ประโยชน์ของ HD Wallet

1. single backup (สำรองข้อมูลเพียงครั้งเดียว)

• Basic Wallet:

  • ต้องสร้างคู่คีย์ใหม่ทุกครั้งที่รับบิตคอยน์

  • ต้องสำรองข้อมูลทุกครั้งที่ได้รับการชำระเงินใหม่

Figure 1: Basic Wallet | Source: learnmeabitcoin.com

• HD Wallet:

  • ใช้ seed เดียวในการสร้าง master private key

  • จาก master key นี้ สามารถสร้างคีย์ "ลูก" ได้หลายพันล้านชุด

  • เพียง backup seed ก็สามารถกู้คืนกระเป๋าเงินทั้งหมดได้

  • การสร้างคีย์เป็นแบบกำหนดแน่นอน (deterministic)

Figure 2: HD Wallet | Source: learnmeabitcoin.com

2. การจัดระเบียบ (Organization)

• จุดเด่นของ HD Wallet คือสามารถสร้างลำดับชั้นของคีย์ (hierarchy)

• แต่ละคีย์ลูก (child key) สามารถสร้างคีย์ของตัวเองได้อีก

• ทำให้สามารถจัดโครงสร้างแบบต้นไม้เพื่อจัดระเบียบคีย์ต่าง ๆ ได้

• สามารถแบ่งคีย์ออกเป็นส่วน ๆ เพื่อใช้งานใน "บัญชี" ที่แตกต่างกัน

Figure 3: Hierarchical structure of keys in an HD wallet | Source: learnmeabitcoin.com

---

1. How do HD Wallets work?

1. Seed Generation:

seed: a6c9f42ffc41d35fac2089a2bea1be11f164475f8af86fed14cb71a400489bf5923c3f65f3561f2c3a4990023e4d9af1d61dbb4e47aa8cce3acadd35671d9327

• HD Wallet เริ่มต้นจากการสุ่มค่า 64 ไบต์ ซึ่งเรียกว่า seed

• Seed นี้จะถูกใช้เพื่อสร้าง master key

1. Master Private Key

• จาก seed จะถูกนำไปผ่านฟังก์ชัน HMAC-SHA512 เพื่อให้ได้ข้อมูลชุดใหม่อีก 64 ไบต์ (master private key)

• เราใช้ข้อมูล 64 ไบต์นี้เพื่อสร้าง master extended private key:

  • Private Key: 32 ไบต์แรก

  • Chain Code: 32 ไบต์สุดท้าย

• Chain code เป็นข้อมูลขนาด 32 ไบต์ที่จับคู่กับ private key เพื่อสร้างสิ่งที่เรียกว่า extended key

Image 7: Animation showing the creation of a master private key from a 64-byte seed.

Figure 4: Master Private Key Creation | Source: learnmeabitcoin.com

seed: a6c9f42ffc41d35fac2089a2bea1be11f164475f8af86fed14cb71a400489b
      f5923c3f65f3561f2c3a4990023e4d9af1d61dbb4e47aa8cce3acadd35671d9327

• หลังจากการแฮช seed ขนาด 64 ไบต์ด้วย HMAC-SHA512 จะได้ข้อมูล 64 ไบต์ใหม่:

Master Extended Private Key:
private key: 43c324aea167036f4801bc61cc692a2e07fedf5bf9f831d8b2632a099c17d179
chain code:  4edf5041b55d2493240f08c7a8d8ca7f52fe58b22aee80682c017ef614ae058d

• คำนวณ master extended public key (จาก eiliptical curve):

public key: 033a2eca3082262b4a80cbab30bcd551ca29f582a4102363575e900f7f865a6766

1. Child Keys (Basic)

• child keys ถูกสร้างจาก master extended private key (private key + chain code) และเลข index

Figure 5: Child Keys Creation (Basic) | Source: learnmeabitcoin.com

seed: a6c9f42ffc41d35fac2089a2bea1be11f164475f8af86fed14cb71a400489b
      f5923c3f65f3561f2c3a4990023e4d9af1d61dbb4e47aa8cce3acadd35671d9327

master extended private key:
private key: 43c324aea167036f4801bc61cc692a2e07fedf5bf9f831d8b2632a099c17d179
chain code: 4edf5041b55d2493240f08c7a8d8ca7f52fe58b22aee80682c017ef614ae058d

child 0:
private key: c13f6ae889de93a90a4bb5eb5cabc69c347957019d0134cb3331ecea74d39b0f
public key: 03a057232c7467a5ce5c2cf6ffcb923551ff5d4d35b129f62db6ccb2c791aaf77d

child 1:
private key: 783f40e0544e277c633e5a3f3af880cade35022cd641fb797d41a4daa572fc3a
public key: 0253384fe8d07865e81f4bd8789e99d85cb00e3b58f6fc0fe8abf047d3f727e741

child 2:
private key: a6c40398c7ffc1f885f38961bae47ef33c7cc2c2d6005ba0cd647e7eedc85547
public key: 031cbbaa1f438be46c433666cdee423b13bbbff74dc3448e77819639166bc9f0fd

1. Child Keys (Advanced)

• ถ้าเราต้องการ extended private key ที่สามารถสร้าง private key และ public key ได้ แต่ต้องการให้ extended public key สามารถสร้าง public key ที่เหมือนกันได้หรือก็คือ เราสามารถสร้าง public key โดยไม่ต้องใช้ private key

1. Extended Public Key

• เริ่มจากสร้าง extended public key

  • นำ public key จาก extended private key มาจับคู่กับ chain code

  • public key จะถูกสร้างจาก private key (key จาก extended private key) โดยใช้ elliptic curve multiplication

seed: a6c9f42ffc41d35fac2089a2bea1be11f164475f8af86fed14cb71a400489bf5923c3f65f3561f2c3a4990023e4d9af1d61dbb4e47aa8cce3acadd35671d9327

master extended private key:
private key: 43c324aea167036f4801bc61cc692a2e07fedf5bf9f831d8b2632a099c17d179 --> Elliptical Curve --> public key(same)
chain code: 4edf5041b55d2493240f08c7a8d8ca7f52fe58b22aee80682c017ef614ae058d

master extended public key:
public key: 033a2eca3082262b4a80cbab30bcd551ca29f582a4102363575e900f7f865a6766 --> same
chain code: 4edf5041b55d2493240f08c7a8d8ca7f52fe58b22aee80682c017ef614ae058d

1. Extended Private Key Children

• นำ chain code มาจับคู่กับ extended public key + index มาผ่าน HMAC-SHA512

chain code: 4edf5041b55d2493240f08c7a8d8ca7f52fe58b22aee80682c017ef614ae058d
index: 00000000 (จะได้ child 0)
extended public: 033a2eca3082262b4a80cbab30bcd551ca29f582a4102363575e900f7f865a6766
extended public + index: 033a2eca3082262b4a80cbab30bcd551ca29f582a4102363575e900f7f865a676600000000

• ผลลัพธ์จาก HMAC-SHA512:

child 0: <-- และเปลี่ยนเลข index ไปเรื่อย ๆ
private key: 09365b121c58035aa15057ed358bcceef37b108644f646e65d9f9c5326de0b7c
public key: 03c3cf107b06d72e18802eb811259f6aa3a3e12f6ef0b4a94d9e5f835278a5a23c

1. Extended Public Key Children

• นำ chain code มาจับคู่กับ extended public key + index มาผ่าน HMAC-SHA512

• นำผลลัพธ์ 32 byte แรก จาก HMAC-SHA512 มาผ่าน Elliptical Curve Multiplication จะได้ child public key

master extended public key:
public key: 033a2eca3082262b4a80cbab30bcd551ca29f582a4102363575e900f7f865a6766
chain code: 4edf5041b55d2493240f08c7a8d8ca7f52fe58b22aee80682c017ef614ae058d

child 0:
public key: 03c3cf107b06d72e18802eb811259f6aa3a3e12f6ef0b4a94d9e5f835278a5a23c

child 1:
public key: 034b506d61b8cadb8c4ca3813e90d07c2144710b2b8444c7e903cf1ebbd948cf78

---

2. Extended Keys

Figure 6: Extended Keys Serialization | Source: learnmeabitcoin.com

• Extended Key สามารถแปลงเป็น Address เพื่อให้ง่ายต่อการนำไปใช้งานหรือส่งต่อ

• Address แบบ Extended Key จะประกอบด้วย private key/public key and chain code, พร้อมกับ ข้อมูลเมตา (Metadata) อื่น ๆ เพิ่มเติม

• ก่อนจะแปลงเป็นที่อยู่ คีย์แบบขยายจะถูก ทำให้อยู่ในรูปแบบซีเรียลไลซ์ (Serialized) ตามโครงสร้างฟิลด์ดังนี้:

ฟิลด์	ขนาด (ไบต์)	คำอธิบาย
Version	4	ค่าที่แสดงชนิดของ key เช่น "xprv" มีค่าเป็น 0488ade4
Depth	1	ความลึกของการแยกคีย์จาก Master Key
Parent Fingerprint	4	4 ไบต์แรกของ HASH160 จาก parent public key
Child Number	4	ลำดับ index ของ child key จาก Master Key
Chain Code	32	รหัสลับพิเศษ 32 ไบต์ ที่ช่วยป้องกันไม่ให้ผู้อื่นสามารถสร้าง child keys ได้
Key	33	private key (เติม 00 ข้างหน้า) หรือ public key

---

3. Mnemonic Seed (BIP 39)

• การแทนค่าตัวเลขขนาดใหญ่ที่สุ่มขึ้นมา ด้วยลำดับของคำศัพท์ ซึ่งทำให้มนุษย์สามารถจดจำและเก็บรักษาได้ง่ายขึ้น

• คำเหล่านี้จะถูกนำมาใช้สร้างในการสร้าง seed ซึ่งจะถูกนำไปใช้ในการสร้าง extended keys ภายใน HD Wallet ได้

มี 3 ขั้นตอนในการสร้าง mnemonic sentence seed:

1. สร้างค่าเอนโทรปี (Generate Entropy)

2. แปลงเอนโทรปีเป็นคำช่วยจำ (Entropy to Mnemonic)

3. แปลงคำช่วยจำเป็นซีด (Mnemonic to Seed)

Creating Mnemonic Seed

1. การสร้างค่าเอนโทรปี (Generate Entropy)

Figure 7: Generating Entropy | Source: learnmeabitcoin.com

• สามารถจินตนาการได้ว่าเอนโทรปีคือชุดของตัวเลขสุ่มขนาดใหญ่มาก ที่ไม่สามารถสร้างซ้ำได้อีกในอนาคต

• โดยปกติแล้ว ค่าดังกล่าวจะแสดงในรูปของบิต เช่น 10011010010001...

• เอนโทรปีที่สร้างขึ้นควรมีขนาดเป็นจำนวนเท่าของ 32 บิต เพื่อให้ง่ายต่อการแบ่งเป็นกลุ่มในขั้นตอนถัดไป

2. จากเอนโทรปีสู่เมนโมนิก Entropy to Mnemonic

เมื่อเราได้ค่าเอนโทรปีแล้ว ขั้นตอนต่อไปคือการแปลงให้เป็นประโยคที่มนุษย์สามารถจดจำได้ง่ายขึ้น

การตรวจสอบความถูกต้อง (Checksum)

Figure 8: Checksum Creation | Source: learnmeabitcoin.com

• เริ่มจากการเพิ่มข้อมูล checksum เข้าไปในค่าเอนโทรปี เพื่อช่วยตรวจจับข้อผิดพลาดและทำให้ใช้งานได้ง่ายขึ้น

• checksum ถูกสร้างขึ้นโดยการแฮชค่าเอนโทรปีด้วย SHA-256 ซึ่งจะได้ผลลัพธ์เป็น “ลายนิ้วมือ” เฉพาะตัวของเอนโทรปี

• จากนั้นให้นำบิตเริ่มต้นจากค่าที่ได้จาก SHA-256 มาใช้เป็นเช็กซัม โดยใช้ 1 บิตต่อเอนโทรปี 32 บิต แล้วนำบิตเช็กซัมไปต่อท้ายเอนโทรปีเดิม

การแปลงเป็นคำ (Words)

Figure 9: Entropy to Mnemonic | Source: learnmeabitcoin.com

• จากนั้นให้นำ เอนโทรปี + เช็กซัม มาแบ่งออกเป็นกลุ่มละ 11 บิต

• แต่ละกลุ่ม 11 บิตจะถูกแปลงเป็นเลขฐานสิบ แล้วใช้ค่านั้นเป็นดัชนีเพื่อเลือกคำจาก รายการคำ (wordlist)

• ผลลัพธ์ที่ได้คือ ประโยคช่วยจำ (mnemonic sentence) ซึ่งประกอบด้วยคำที่เลือกมาเรียงกันตามลำดับ

3. จากเมนโมนิกสู่ซีด Mnemonic to Seed

Figure 10: Mnemonic to Seed | Source: learnmeabitcoin.com

เมื่อเราได้ ประโยคช่วยจำ (mnemonic sentence) แล้ว ขั้นตอนสุดท้ายคือการแปลงประโยคนี้ให้เป็น seed

• ในการสร้าง seed เราจะนำ mnemonic เข้าสู่กระบวนการของฟังก์ชัน PBKDF2

• ฟังก์ชันนี้จะทำการแฮช mnemonic ซ้ำหลายครั้ง โดยสามารถเพิ่ม รหัสผ่านเสริม (optional passphrase) ได้ด้วยถ้าต้องการ

• ผลลัพธ์สุดท้ายคือข้อมูลขนาด 64 ไบต์ (512 บิต)

• ค่าที่ได้จากขั้นตอนนี้คือ "seed" ซึ่งจะถูกนำไปใช้ในการสร้าง master extended key สำหรับ HD Wallet

1. Overall

Figure 11: Mnemonic Seed Creation | Source: learnmeabitcoin.com

---

4. Derivation Paths

• Derivation Paths คือวิธีระบุตำแหน่งของ key และ address ภายใน HD Wallet

• ใช้ร่วมกับมาตรฐาน BIP ต่าง ๆ เช่น:

  • BIP 44: สำหรับ Legacy Address (P2PKH)

  • BIP 49: สำหรับ Nested SegWit Address (P2SH-P2WPKH)

  • BIP 84: สำหรับ Native SegWit Address (P2WPKH)

• โครงสร้างของ derivation paths ใช้รูปแบบ:

  m / purpose' / coin_type' / account' / change / index

• Extended Keys สามารถแตก และคีย์ลูกสามารถแตกต่อไปเป็นต้นไม้ลำดับชั้นได้

• แต่ละคีย์ในโครงสร้างมี "เส้นทางของตัวเอง" ที่ย้อนกลับไปยัง Master key ได้

• การใช้เส้นทางที่เป็นมาตรฐานช่วยให้กระเป๋าเงินหลายตัวทำงานร่วมกันได้อย่างราบรื่น

• HD Wallet ใช้แนวคิดลำดับชั้นแบบ Deterministic ทำให้สามารถ:

  • สร้างคีย์ใหม่ได้เรื่อย ๆ โดยไม่ต้องจัดเก็บแต่ละคีย์แยกกัน

  • สำรองข้อมูลง่าย (แค่ Seed หรือ Master Key ก็พอ)

  • มีโครงสร้างการจัดการคีย์แบบปลอดภัยและเป็นระเบียบ

โครงสร้างของกระเป๋าเงิน (Wallet Structure)

• m: Master Key

  • คีย์มาสเตอร์แบบขยาย (extended master key)

  • สร้างขึ้นจาก seed และเป็นจุดเริ่มต้นของการแตกคีย์ทั้งหมด

• m / purpose': Purpose (จุดประสงค์)

  • ระบุโครงสร้างของกระเป๋าเงินตามมาตรฐาน BIP เช่น BIP44, BIP49, BIP84, BIP86

  • ' หมายถึง hardened key

• m / purpose' / coin_type': Coin Type (ประเภทเหรียญ)

  • ระบุสกุลเงินดิจิทัลที่ใช้งาน

  • ตัวอย่าง:

    • 0' = Bitcoin

    • 1' = Bitcoin Testnet

    • 2' = Litecoin

• m / purpose' / coin_type' / account': Account (บัญชี)

  • แยกบัญชีเพื่อไม่ให้เหรียญปะปนกัน

  • ค่าเริ่มต้น = 0'

  • สร้างตามลำดับเพื่อง่ายต่อการกู้คืน

• m / purpose' / coin_type' / account' / change: Change (ประเภทแอดเดรส)

  • 0 = Receiving address (รับเงินจากคนอื่น)

  • 1 = Change address (รับเงินทอนจากการส่งออก)

  • เป็น normal children ใช้ xpub สร้างแอดเดรสได้โดยไม่เปิดเผย private key

• m / purpose' / coin_type' / account' / change / index: Index (ลำดับของแอดเดรส)

  • คีย์ที่ใช้งานจริงในการรับ/ส่งเงิน

  • ทุกครั้งที่สร้างแอดเดรสใหม่ index จะเพิ่มขึ้นทีละ 1

  • ใช้คีย์นี้ตรง ๆ โดยไม่ต้องแตกคีย์ต่ออีก

---

Derivation Path

• BIP44: Legacy (P2PKH)

BIP 44

Figure 12: BIP 44 Derivation Path | Source: learnmeabitcoin.com

• m/44'/0'/0'/0/0

• รูปแบบ Legacy P2PKH → แอดเดรสขึ้นต้นด้วย 1

• คีย์แบบขยาย: xprv, xpub

---

• BIP49: Nested Segwit (P2SH-P2WKPH)

• 

  BIP 49

  • m/49'/0'/0'/0/0

  • รูปแบบ Nested Segwit (P2SH-P2WPKH) → แอดเดรสขึ้นต้นด้วย 3

  • คีย์แบบขยาย: yprv, ypub

---

• BIP84: Native Segwit (P2WPKH)

• 

  BIP 84

  • m/84'/0'/0'/0/0

  • รูปแบบ Native Segwit (P2WPKH) → แอดเดรสขึ้นต้นด้วย bc1q

  • คีย์แบบขยาย: zprv, zpub

---

• BIP86: Taproot (P2TR)

• 

  • m/86'/0'/0'/0/0

  • รูปแบบ Taproot (P2TR) → แอดเดรสขึ้นต้นด้วย bc1p

  • ไม่มี prefix เฉพาะของตัวเอง → ใช้ xprv, xpub + Output Descriptors เพื่อระบุว่าเป็น Taproot

---