硬件钱包如何保障资产安全？

引言

随着数字资产的广泛应用，用户正在面临越来越多来自网络的威胁。如何保障数字资产安全成为人们最关注的话题之一，其中，硬件钱包被视为目前保障数字资产安全的最佳方案备受关注。因此，本文旨在通过介绍硬件钱包的基本原理，安全芯片的重要性、硬件钱包面临的风险，希望读者能更好地理解硬件钱包的工作原理和安全性能。

硬件钱包的基本原理

硬件钱包是一种实体设备，用于生成和管理私钥的工具。不同于软件钱包将私钥存储在手机或电脑的本地文件里，硬件钱包会将私钥存储在孤立环境中，每次交互都需要使用实体设备物理确认交易，可以有效降低设备被黑客和恶意软件攻击的风险。

1.私钥的作用

我们都知道，非对称加密使用私钥和公钥。当使用钱包进行签名时，实质上是使用私钥对交易（Transaction）的摘要进行加密形成数字签名，然后交易和数字签名会被广播到区块链上，验证者会使用相应的公钥检验数字签名的有效性，只有通过验证的交易才会被执行。如果要转移某个钱包地址内的资产，就必须使用正确的私钥来进行签名。因此，只要掌握了私钥就拥有了该钱包地址的控制权，所以备份好私钥是最最最重要的！

私钥通常以 64 位 16 进制的字符串表示，如：

56f759ece75f0ab1b783893cbe390288978d4d4ff24dd233245b4285fcc31cf6

由于私钥并不便于备份和记忆，BIP-39 提案引入了助记词。可以简单理解为，助记词是私钥的另一种显示形式，只要有助记词，就可以恢复私钥。因此，备份助记词也是非常重要的！

2.私钥是如何生成的？

生成私钥需要满足两个条件：随机数（X）、密码学算法f（x），即私钥 = f（x）。这意味着只要有一个数字和算法，无需连接互联网就可以生成私钥。其中，生成私钥的密码学算法是确定且不可逆的，所以私钥的安全性取决于随机数的质量。

随机数在很多领域中扮演重要角色，如计算机仿真、统计采样、密码学和网络游戏等。不同领域对随机数的质量要求也不相同。例如，网络游戏会使用特定的伪随机机制，来降低连续暴击或不暴击的概率，或者实现十连抽必中的策略，以提供更好的游戏体验。但在信息安全领域中，随机数必须满足「随机性」和「不可预测性」的要求，以确保私钥的安全性。理想情况下，基于随机数生成的私钥只能通过暴力攻击来破解。

随机数的质量可以通过以下三个标准进行检验：

• 随机性：随机数应具有良好的统计特性，不存在统计学上的偏差，是完全混乱的数列。随机数序列中的数字分布应该是均匀的，出现频率大致相等。
• 不可预测性：给定随机序列的一部分和随机算法，无法有效地推算出该序列的其他部分。
• 不可重现性：除非将随机序列本身保存下来，否则不可能出现相同的序列。

通常，满足第一和第二标准的随机数生成器被称为伪随机数生成器，而同时满足这三个条件的随机数生成器被称为真随机数生成器。软件钱包通常使用鼠标和键盘的移动、时间等变量来获取随机数，属于伪随机数生成器；而硬件钱包则利用物理过程的不可预测性，如电子噪声或量子效应，来获取高质量的随机数，属于真随机数生成器。

3.私钥存储在哪里？

根据生成和存储私钥的设备是否连接互联网，钱包又被分为热钱包和冷钱包。热钱包是在联网环境下创建的钱包，私钥被加密后存储在计算机或手机的本地文件，但私钥有可能被黑客通过网络攻击或恶意软件（例如假冒钱包）窃取，最终造成资产损失，使用 imToken、MetaMask 等软件钱包创建的钱包都属于热钱包。冷钱包是在隔绝网络环境下创建的钱包，私钥被加密后存储在安全芯片，安全芯片具有物理隔离和加密功能，可以防止私钥在传输过程中被黑客截获或窃取，使用 imKey、Ledger 等硬件钱包创建的钱包属于冷钱包。

硬件钱包如何在不联网的情况下将交易信息广播到区块链上？

硬件钱包通过安全芯片离线生成和存储私钥，相当于「离线签名器」，需要通过一个联网设备才能将交易广播到区块链上。具体而言，联网设备会通过 USB、蓝牙、二维码等技术将交易信息传输给硬件钱包。硬件钱包使用私钥对交易信息进行签名，并将签名结果返回给联网设备，最终由联网设备将交易广播到区块链网络。整个过程中，私钥始终存储在安全芯片中，不会暴露给联网设备，从而确保私钥的安全性。

小结：硬件钱包是一种安全可靠的数字资产管理工具，具有去中心化、安全存储私钥和离线签名的特点。硬件钱包通过离线生成和存储私钥以及确保私钥不离开硬件钱包，避免将私钥暴露在不安全的环境中，可以为用户的数字资产安全提供更可靠的保障。

安全芯片的重要性

1.什么是安全芯片

安全芯片是一种微型计算机，由多个元器件构成。其核心组成部分是安全单元（Secure Element，简称 "SE"），安全单元通过特殊的安全元器件和芯片操作系统（Chip Operating System，简称“COS”）实现数据安全存储、加密解密运算等功能。

安全芯片的主要功能包括数据保护和安全运算。数据保护方面：安全芯片提供安全的存储区域，用于存储和保护私钥等敏感数据，以防止私钥被非法获取。安全运算方面：因为配备了独立的操作系统，安全芯片可以提供高质量的随机数并且在与外界完全隔离的情况下生成、存储和使用私钥。

2.芯片如何保障敏感信息的安全？

安全芯片会提供多层次的保护，以防止攻击者通过电子攻击、物理攻击等手段获取芯片内的敏感信息。

电子攻击方面：安全芯片通过访问控制和数据加密，确保只有经过授权的软件和固件才能在芯片上运行，进而保护信息的隐私和完整。

物理攻击方面：安全芯片采用特殊材料和设计，具备抗击穿攻击和物理破坏的能力，并且能够抵御恶劣环境条件下的攻击，如高温和高湿。还有物理屏蔽、电磁屏蔽、时钟频率扰动、功耗分析抵抗等保护机制，防止攻击者通过侧信道攻击、热攻击和电磁攻击获取敏感信息。

需要注意的是，绝大多数安全芯片采用保密协议，不会公开其固件的源代码，以提高系统的安全性，防止潜在的攻击。尽管固件源代码不公开，但安全芯片仍需严格的安全审计和认证，以确保其安全性和可靠性。

3.芯片安全等级的衡量标准

芯片安全领域最权威的 CC（Common Criteria）标准（即 ISO/IEC 15408 标准）于1999年发布，用于评估芯片的安全等级。CC 标准将芯片从多个角度进行评估，将安全验证等级划分为 EAL1 至 EAL7 ，共7个等级，等级越高表示芯片的安全等级越高。这里做一个小科普：日常使用的银行卡使用的芯片是 EAL4+ 和 EAL5+ 级别的，而 EAL6+ 已达到军工级别的要求。目前大多数硬件钱包采用的是 CC EAL 5+ 级的芯片，部分硬件钱包如 imKey Pro 采用了 CC EAL6+的安全芯片，是当前芯片安全等级最高的硬件钱包之一。

小结：大量的安全芯片知识听起来比较晦涩，这里只做一些简单的科普，建议读者选择采用安全芯片且具备较高安全认证资质的硬件钱包。

硬件钱包面临的风险与预防措施

尽管硬件钱包可以提供最大程度的资产安全保障，但并不意味着使用硬件钱包就能绝对保证资产安全。

1.供应链攻击

供应链攻击是指攻击者通过干预或篡改供应链中的环节，将恶意组件或恶意代码注入最终产品，以实现攻击目的。作为一个物理产品，硬件钱包的生产过程涉及多个环节，包括原材料供应商、制造商和分销商等。这些环节都可能受到供应链攻击的威胁。

2.如何预防供应链攻击？

过去已经发生过多起供应链攻击的案例，例如设备被植入恶意固件代码和分销渠道被篡改等。为了确保产品的安全性，硬件钱包制造商通常会采取防止恶意篡改的安全设计，并在生产过程中进行全面的设备校验。

除了官方加强对供应链环节的监控和审查外，普通用户可以采取以下措施来预防供应链攻击：

• 从官方或有资质的分销商处购买产品。
• 检查发货地为官方指派地址。
• 检查硬件钱包原厂包装 & 不可逆封条 & 激活验证。
• 检查硬件钱包生成的助记词/私钥完全随机。

3.黑客攻击

黑客会利用互联网获取用户的授权签名或者通过窃取助记词来盗取资产。常见的黑客攻击手段包括邮箱/短信钓鱼攻击、恶意软件、利用代码漏洞和网络针孔攻击等。一旦造成资产损失往往很难追回。根据慢雾提供的统计数据，因助记词泄露导致的资产损失超过13亿美元。

4.如何预防黑客攻击？

使用硬件钱包可以预防绝大多数的网络攻击，因为黑客无法远程获取安全芯片里的敏感信息，但黑客仍然可能通过钓鱼等手段进行攻击。作为普通用户，一定要确保助记词/私钥生成、存储、备份和使用的过程是安全的。

• 生成、存储阶段。建议优先选择知名度较高且经过安全审计的钱包服务提供商，并从官方渠道下载应用程序。软件钱包推荐 imToken 和 MetaMask，硬件钱包推荐 imKey 和 Ledger。对资产安全有较高要求的用户，强烈建议使用硬件钱包。如果没有一个安全可靠的钱包，拥有再多的资产也毫无意义。

• 备份阶段。建议将助记词等敏感信息离线备份，例如纸质备份或使用离线的存储介质。此外，备份过程应确保周围没有他人，并且没有摄像设备拍摄。

• 使用阶段。切勿将助记词/私钥告知他人，也不要使用剪贴板或通过网络传输助记词，因为助记词/私钥一旦泄露，就有可能造成资产丢失。另外，非紧急情况下，不要将冷钱包的助记词导入联网设备，这样会导致冷钱包会变为热钱包。

5.其他预防资产损失的措施

定期更新固件版本以修复安全漏洞。硬件钱包制造商通常会发布固件更新，以修复安全漏洞并增强设备的安全性。用户应及时更新硬件钱包的固件，以确保始终具备最新的安全防护功能。此外，用户还应密切关注制造商发布的安全公告，了解与设备相关的漏洞修复和安全提示。

切勿点击陌生链接。黑客会将钓鱼网址伪装成你熟悉的网站，以获取你的授权签名，常见的骗局包括代币授权和账户多签。代币授权是指将某个代币（常见为 USDT）的转账额度授权给某个钱包地址。如果将代币授权给恶意钱包地址，授权的代币会被直接转走，这是由代币机制导致的，冷热钱包都无法防止，只能通过提高自身的链上安全意识来预防受骗。账户多签是指转让钱包相关权限，只有满足特定条件时才可以完成转账。无论哪种情况，都需要钱包拥有者先支付矿工费进行签名，因此一定要养成先查看签名内容后进行签名的习惯。

小结：尽管硬件钱包可以有效预防黑客攻击，但并不意味着使用硬件钱包后资产绝对安全。硬件钱包的优势在于隔离网络环境下生成、存储和使用私钥，会存在供应链攻击、钓鱼攻击等风险。对于普通用户来说，加强链上安全意识是非常重要的。

代码开源与闭源对钱包安全性的影响

开源是指将软件/硬件相关的代码公开，任何人都可以查看。开源有助于促进创新和知识共享，使人们能够更好地学习和改进代码，推动技术进步。在数字世界中，“代码即法律”。钱包作为人们进入 WEB3 最重要的门户，保障其代码的安全性也是非常必要的，所以也要开率代码开源与闭源对钱包安全性的影响。

开源也在一定程度上代表产品自信，代码开源使更多人能够进行审计，而开源社区的开发者们会积极响应并修复漏洞，进一步提升产品的安全性。在区块链构成的世界里，所有信息都是公开可查询的。区块链的原住民们对代码开源的产品有天然的好感。

但是代码往往依赖于第三方组件/库。如果其中一个组件存在安全漏洞或被恶意篡改，可能会在整个软件生态系统中传播并引发安全问题。如 2014 年发现的 Heartbleed 漏洞影响了 OpenSSL 加密库，使得许多网站和服务的安全性受到威胁，造成的资产损失超过 5 亿美元。在信息安全领域，安全是一场持久的战斗，率先发现安全漏洞的一方会获得绝对优势，黑客可能会利用漏洞进行攻击。因此，部分钱包会选择闭源，让专业的代码审计公司提供审计服务。

硬件钱包是否开源一直备受关注。但不同于软件的开源代码可以运行在自定义环境里，运行固件代码需要芯片和 COS（Card Operating System），这涉及多个学科的知识，学习和运行成本非常高。Ledger 的 CEO 甚至将硬件钱包开源固件代码视为一个伪命题：因为用户使用产品前，首先会面临一个问题：设备内运行的固件代码是经过审核的开源代码吗？这个问题是无法自证的。因此，用户在选择硬件钱包时，更注重的还是品牌实力和口碑。

小结：开源不一定意味着安全，闭源也不代表不安全。开源促进创新和知识共享，有助于学习和改进软件，推动技术进步。开源产品便于审计和修复漏洞，可以打造出更加安全的产品。然而，开源软件可能会受到第三方组件漏洞的影响，从而传播安全问题。因此，部分钱包会选择闭源并接受代码审计公司提供的审计服务。用户在选择硬件钱包时，更注重的还是品牌实力和口碑。