以太坊二层账户密钥生成指南

最近，Loopring Exchange发生了一起因前端漏洞引发的安全事件，导致中继服务紧急停止。所有用户在交易前需要更新其EdDSA密钥对。有关该错误的完整说明请参见Starkware的博客[1]。
幸运的是，事件并未造成损失。然而，关于弱私钥的漏洞屡屡发生，由于使用不当而造成大量损失。据WEIRD[2]，由于使用“脑钱包”（一种不正确的方法来生成私钥），超过2800个比特币和40,000个以太币被盗。但在Loopring事件中情况略有不同。出现风险的是用于zkRollup的新密钥，而不是以太坊账户的密钥，或者如Starkware所说，这是一个账户密钥。以太坊密钥仍然处于安全状态。为什么需要账户密钥而不是使用以太坊密钥？如何安全地生成和保存它？
为什么我们需要一个账户密钥？
zkRollup增强了以太坊的可扩展性，同时安全性仍保持在L1级别。与新手用户不同，zkRollup的用户很可能已经拥有一个以太坊账户。为什么仍需要一个账户密钥？主要有三个原因。
1.SNARK友好
账户密钥需要对SNARK友好。与以太坊密钥不同，它使用不同的椭圆曲线（例如Ed25519，取代secp256k1）。通常，EdDSA密钥用于签署链下请求，因为它对SNARK更为友好。但是，因为私钥的长度相同，仍然可以使用与以太坊密钥相同的私钥，但显然对应的公钥是不同的。
2.兼容智能合约账户
由于中继器需要签名来检查链下交易的有效性并生成证明，因此它不适用于合同账户。最佳实践是使用以太坊账户授权创建一个新的密钥对，这样对外部账户和合约账户都适用。
3.风险隔离
链下签名带来了新的安全风险。如果以太坊密钥用于zkRollup，则账户密钥的泄漏意味着以太坊帐户不再安全。使用不同的账户密钥可以隔离风险，即使账户密钥被盗或丢失，以太坊密钥也可以保持安全。
如何生成账户密钥？
私钥必须完全随机且不可预测，并且密钥空间应足够大。因此，问题似乎等同于生成随机数。这看似可行，但并非那么容易，因为这需要收集足够的噪声。但是，如果以太坊账户已经存在，我们可以使用多种方法来确定性地从以太坊账户生成一个账户密钥。
1.使用以太坊账户签名
简单来说，我们可以通过指定签名从私钥生成账户密钥。如Vitalik[3]所述，account_key = ecdsa_sign（private_key，“ 42”）。可使用有意义的消息代替“ 42”，以警告用户他在做什么，例如“签署此消息以登录xxx。”。如果以太坊账户是合约账户，则将使用EIP-1271来检查有效性。
2.对签名进行哈希
Matter Labs的联合创始人Alex Gluchowski改进了Vitalik的建议[4]，account_key = sha256(ecdsa_sign(private_key, “Sign this message to login to service xyz”))。他强调说：“从密码分析的角度来看，sha256（或另一个伪随机哈希）很重要：签名是椭圆曲线的点，因此我们需要打破两个密钥之间的任何潜在关系。”实际上，这种方法已在zkSync中使用。
这看起来类似简化版的PBKDF2[5]协议。但是，我希望对此有更正式的安全分析或证明，因为近来的一些研究成果指出基于哈希的MAC存在安全风险。
3.Loopring的新方法
在最新的文章[6]中，Loopring提出了一种生成账户密钥的新方法。Loopring采纳了Alex和Vitalik的建议。此外，引入了计数器n，这样用户更新账户密钥时，可以确定性地产生不同的私钥。
总而言之，我们可以借助数字签名、伪随机预言机和计数器等技术手段，从以太坊账户中获得一个账户密钥。账户密钥是唯一且确定的。不过，你仍然可以选择生成一个随机数作为私钥。
如何管理账户密钥？
如果使用确定性的方式生成账户密钥，则不需要额外的手段来管理账户密钥。当我们需要为Rollup交易签名时，只需即时从以太坊账户中计算出账户密钥。以太坊密钥仍由数字货币钱包管理，这不会引入密钥管理中的额外安全风险。
尽管如此，大部分的账户密钥仍存储在浏览器中（极度不建议这样使用），加密钱包（包括硬件钱包）需要支持更多的加密原语，这样dApp才无需担心密钥管理的问题。
结论
我们可以确定性的方式从以太坊账户中生成一个账户密钥。账户密钥的安全级别可以与以太坊密钥相同。加密钱包需要支持更多的加密原语，以提供更好的安全基础架构。
参考资料：
[1]https://medium.com/starkware/looprings-frontend-vulnerability-explained-106df1aa17db
[2]https://www.wired.com/story/blockchain-bandit-ethereum-weak-private-keys/
[3]https://twitter.com/VitalikButerin/status/1258382081417187331
[4]https://twitter.com/gluk64/status/1258426478334787585
[5]https://eprint.iacr.org/2014/406.pdf
[6]https://blogs.loopring.org/new-approach-to-generating-layer-2-account-keys-cn/