Luận văn: Ví HD phân cấp sử dụng lược đồ chữ ký Ed25519 (ĐH Bách Khoa TP.HCM)

Khám phá ví HD phân cấp Ed25519, giải pháp bảo mật vượt trội cho tài sản số. Tìm hiểu cách Ed25519 nâng cao an toàn cho ví tiền điện tử.

• Tác giả: Nguyễn Nguyên Phương
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn An Khương
• Trường học: Trường Đại học Bách khoa - Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Khoa học máy tính
• Đề tài: Nghiên cứu phát triển ví phân cấp xác định dựa trên lược đồ chữ ký Ed25519
• Loại tài liệu: Luận văn tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• Acknowledgement
• Abstract
• List of figures
• List of tables
• 1. Chapter 1 INTRODUCTION
• 1.3. Scope of the study
• 2. Hierarchical deterministic wallet
• 3. PROTOCOLS AND RELATED WORKS
• 4. SYSTEM DESIGN
• 7. CONCLUSION AND DISCUSSION
• Bibliography
• List of Figures
• LIST OF TABLES

Tóm tắt

I. Khám phá Ví HD phân cấp Ed25519 Giải pháp bảo mật tối ưu tài sản số

Trong bối cảnh công nghệ blockchain bùng nổ, việc quản lý nhiều địa chỉ ví và đảm bảo an toàn tài sản số trở thành mối quan tâm hàng đầu. Các ứng dụng tài chính trên Internet ngày càng phụ thuộc vào mật mã khóa công khai để xác minh danh tính, quản lý tài sản kỹ thuật số và ủy quyền giao dịch. Đặc biệt trong môi trường blockchain, mô hình này càng then chốt vì không có trung gian hay cơ sở dữ liệu tập trung để quản lý. Tuy nhiên, người dùng thường phải theo dõi vô số cặp khóa cho từng tài sản, điều này không hiệu quả và tiềm ẩn rủi ro. Để giải quyết vấn đề này, ví HD phân cấp (Hierarchical Deterministic wallet) đã ra đời, mang lại khả năng tạo ra hàng trăm ví con từ một cặp khóa gốc duy nhất. Sáng kiến này đã thay đổi cách người dùng tương tác với tài sản kỹ thuật số, đơn giản hóa việc quản lý và sao lưu.

Song song với sự phát triển của ví HD, việc lựa chọn thuật toán chữ ký số mạnh mẽ là yếu tố quyết định đến bảo mật ví crypto. Các thuật toán chữ ký số truyền thống như ECDSA đã bộc lộ những điểm yếu, tạo ra nhu cầu cấp thiết về một tiêu chuẩn ký số điện tử với độ bảo mật cao hơn. Thuật toán Ed25519 là gì, nổi lên như một giải pháp bảo mật blockchain tiên tiến, được giới thiệu bởi Daniel J. Bernstein, Niels Duif, Tanja Lange, Peter Schwabe và Bo-Yin Yang vào năm 2012, dựa trên chữ ký Schnorr và đường cong Edwards xoắn. Sự kết hợp giữa ví HD phân cấp và Ed25519 hứa hẹn mang đến một ví tiền mã hóa an toàn vượt trội, giải quyết các thách thức về hiệu quả và bảo mật mà các hệ thống hiện tại đang đối mặt. Bài viết này sẽ đi sâu phân tích cấu trúc, nguyên lý hoạt động và những lợi ích đột phá mà Ví HD phân cấp Ed25519 mang lại trong việc bảo vệ tài sản kỹ thuật số.

Theo tài liệu nghiên cứu “AN HIERARCHICAL DETERMINISTIC WALLET USING ED25519 SIGNATURE SCHEMA”, mục tiêu chính của luận án là phân tích và xây dựng một ví HD phân cấp sử dụng lược đồ chữ ký Ed25519. Nghiên cứu này nhấn mạnh sự cần thiết của việc cải thiện khả năng quản lý khóa và tăng cường bảo mật trước các lỗ hổng của các thuật toán hiện có. Nó cũng đề cập đến việc áp dụng các tiêu chuẩn như BIP32, BIP39 và BIP44 để tạo ra một cấu trúc ví mạnh mẽ và dễ quản lý, đồng thời tích hợp thuật toán Ed25519 để tận dụng các lợi thế về hiệu suất và an toàn mà nó mang lại. Sự phát triển của ví HD phân cấp Ed25519 không chỉ là một bước tiến công nghệ mà còn là một cam kết về một tương lai an toàn hơn cho người dùng tiền điện tử.

1.1. Ví HD là gì Tổng quan kiến trúc phân cấp khóa an toàn

Một ví HD phân cấp cho phép tạo và quản lý nhiều ví con một cách hiệu quả từ một cặp khóa chính duy nhất. Kiến trúc của ví HD bao gồm một cặp khóa riêng tư gốc và khóa công khai gốc, cùng với phần mềm quản lý. Phần mềm này có ba chức năng chính: quản lý khóa, kiểm tra tài sản và chuyển/nạp tài sản. Đối với việc quản lý khóa, phần mềm có thể lưu trữ và tạo ra các khóa con bằng hàm Child Key Derivation (CKD) để tạo ra một ví con tương ứng cho tài sản gốc của một blockchain. Bằng cách này, người dùng có thể giữ nhiều loại tiền điện tử và thực hiện các hành động xuyên chuỗi (cross-chain). Lợi ích chính của ví HD là giúp người dùng quản lý nhiều cặp khóa một cách hiệu quả, tránh sự bất tiện khi phải theo dõi hàng trăm cặp khóa cho hàng trăm giao dịch. Thay vì sao lưu từng cặp khóa được tạo ra, người dùng chỉ cần sao lưu cặp khóa chính trong trường hợp sử dụng ví HD. Nếu một trong các cặp khóa con bị lộ, chỉ ví con đó bị mất, các ví khác vẫn an toàn. Hơn nữa, ví HD cung cấp quyền riêng tư mạnh mẽ hơn vì các cặp khóa được tạo tự động cho mỗi giao dịch. Các blockchain công khai làm cho số dư địa chỉ công khai, nhưng với nhiều địa chỉ, người khác khó có thể biết địa chỉ nào liên kết với bạn. "Nếu một ví con bị mất, các ví con khác vẫn an toàn khi các khóa cha không bị rò rỉ." (trích từ tài liệu gốc, trang 13). Đây là yếu tố then chốt giúp ví HD phân cấp trở thành một giải pháp bảo mật blockchain ưu việt.

1.2. Ed25519 là gì Bước tiến mới trong mật mã học đường cong elip

Ed25519 là gì? Ed25519 là một lược đồ chữ ký số tiên tiến, được phát triển dựa trên thuật toán chữ ký Schnorr và đường cong Edwards xoắn (twisted Edwards curve). Sự ra đời của đường cong Curve25519 từ dự án SafeCurves đã đánh dấu một xu hướng mới trong mật mã học đường cong elip (ECC), mang lại tốc độ vượt trội và khả năng ứng dụng rộng rãi. Ed25519 đặc biệt thu hút sự chú ý vì khả năng giải quyết các lỗ hổng bảo mật của các thuật toán chữ ký số tiêu chuẩn như ECDSA. "Việc phát hành đường cong Curve25519 từ dự án SafeCurves, với tốc độ đáng kinh ngạc và khả năng áp dụng trong chữ ký số Ed25519, đã đánh dấu một xu hướng mới trong mật mã học đường cong elip." (trích từ tài liệu gốc, trang 13). Ưu điểm của Ed25519 được liệt kê trong tài liệu RFC 8032 bao gồm hiệu suất cao trên nhiều nền tảng, không cần tạo số ngẫu nhiên cho mỗi chữ ký (nonce xác định), khả năng chống lại các cuộc tấn công kênh bên (side-channel attacks), luật cộng hoàn chỉnh, khả năng chống va chạm hàm băm, mức độ bảo mật 128 bit và kích thước khóa nhỏ (32 byte) cùng chữ ký nhỏ (64 byte). Những đặc tính này biến Ed25519 thành một lựa chọn lý tưởng cho các giải pháp bảo mật blockchain và ví tiền mã hóa an toàn, cung cấp một cấp độ bảo vệ mới cho an toàn tài sản số của người dùng.

II. Thách thức hiện tại rủi ro bảo mật ví tiền điện tử truyền thống

Sự phát triển nhanh chóng của tiền điện tử đã mang lại nhiều cơ hội nhưng cũng đi kèm với những thách thức đáng kể về bảo mật. Các ví tiền điện tử phân cấp hiện hành, đặc biệt là những loại không sử dụng ví HD, thường yêu cầu người dùng quản lý nhiều địa chỉ ví và nhiều cặp khóa riêng tư một cách thủ công. Điều này không chỉ gây bất tiện mà còn làm tăng đáng kể nguy cơ mất mát tài sản. Mỗi giao dịch đòi hỏi một cặp khóa mới, khiến việc sao lưu trở nên phức tạp và dễ mắc lỗi. Nếu một khóa riêng tư bị lộ hoặc mất, toàn bộ tài sản liên quan đến khóa đó có thể bị chiếm đoạt. Ngoài ra, việc các ví tiền mã hóa an toàn hoạt động như các ứng dụng trực tuyến cũng khiến chúng dễ bị tấn công mạng.

Bên cạnh thách thức về quản lý, bản thân các thuật toán chữ ký số truyền thống cũng tiềm ẩn những rủi ro bảo mật nghiêm trọng. Thuật toán chữ ký số đường cong elip (ECDSA), vốn là tiêu chuẩn trong nhiều hệ thống blockchain, đã bị phát hiện có lỗ hổng từ năm 2009. "Lý do chính khiến chúng tôi đưa vấn đề này lên là vì chúng tôi nhận thấy thuật toán chữ ký số tiêu chuẩn (ECDSA) được sử dụng trong hệ thống blockchain có một lỗ hổng từ năm 2009." (trích từ tài liệu gốc, trang 13). Một trong những điểm yếu chí tử của ECDSA là việc yêu cầu tạo ra một số ngẫu nhiên (nonce) cho mỗi chữ ký. Nếu nonce này không được tạo ngẫu nhiên một cách chính xác hoặc bị tái sử dụng, khóa riêng tư của người dùng có thể bị tiết lộ. Sự cố này đã từng xảy ra trong thực tế, điển hình là vụ tấn công vào hệ thống PS3 của Sony, nơi kẻ tấn công đã trích xuất được khóa riêng tư do sử dụng nonce tĩnh. Các loại tấn công như man-in-the-middle, phishing, và kỹ thuật xã hội cũng liên tục nhắm vào yếu tố con người, khiến việc chống tấn công mạng trở nên khó khăn.

Những vấn đề này đặt ra yêu cầu cấp thiết về một giải pháp bảo mật blockchain toàn diện hơn, không chỉ giải quyết sự phức tạp trong quản lý khóa mà còn tăng cường độ an toàn của các thuật toán mật mã. Sự ra đời của ví HD phân cấp Ed25519 chính là phản ứng trước những thách thức này, mang đến một cách tiếp cận mới để bảo vệ tài sản kỹ thuật số trong kỷ nguyên phi tập trung.

2.1. Quản lý khóa phức tạp Gánh nặng cho người dùng ví crypto

Trong môi trường blockchain, mỗi giao dịch thường yêu cầu một chữ ký số duy nhất, đồng nghĩa với việc người dùng cần một cặp khóa riêng tư và khóa công khai riêng biệt. Đối với các nhà đầu tư hoặc người dùng có nhiều giao dịch, việc quản lý nhiều địa chỉ ví và vô số cặp khóa này trở thành một gánh nặng lớn. "Không thực tế khi người dùng phải theo dõi tất cả các cặp khóa đã tạo ra, mỗi cặp khóa được sử dụng để ký một giao dịch." (trích từ tài liệu gốc, trang 20). Việc sao lưu và bảo vệ từng cặp khóa riêng lẻ không chỉ tốn thời gian mà còn dễ gây ra lỗi hoặc bỏ sót, dẫn đến nguy cơ mất tài sản không thể phục hồi. Khác với ngân hàng truyền thống, hệ thống blockchain không có bên thứ ba đáng tin cậy để khôi phục tài khoản nếu khóa riêng tư bị mất. Điều này đòi hỏi người dùng phải tự chịu trách nhiệm hoàn toàn về bảo mật ví crypto của mình, từ việc tạo seed phrase an toàn đến việc bảo vệ các cặp khóa đã tạo. Sự phức tạp này là một rào cản lớn, đặc biệt đối với người dùng mới, và tạo ra nhu cầu cấp thiết về một giải pháp quản lý khóa hiệu quả và an toàn hơn.

2.2. Điểm yếu của ECDSA Nguyên nhân các cuộc tấn công mạng

Thuật toán chữ ký số đường cong elip (ECDSA) từ lâu đã là xương sống của nhiều hệ thống blockchain, bao gồm Bitcoin. Tuy nhiên, ECDSA có một điểm yếu cố hữu: nó đòi hỏi việc tạo ra một số ngẫu nhiên (nonce) độc nhất cho mỗi chữ ký. Nếu số nonce này không thực sự ngẫu nhiên, hoặc tệ hơn là được tái sử dụng, kẻ tấn công có thể dễ dàng suy ra khóa riêng tư của người dùng. "Nếu người dùng mất khóa riêng tư, hoặc mật mã học đằng sau DSA bị phá vỡ, tất cả tài sản của họ sẽ biến mất và không có cách nào để lấy lại." (trích từ tài liệu gốc, trang 13). Lỗ hổng này đã từng bị khai thác trong các vụ tấn công thực tế, gây ra thiệt hại nghiêm trọng. Ngoài ra, việc tính toán nghịch đảo modular trong quá trình ký và xác minh ECDSA là một phép tính tốn kém, ảnh hưởng đến hiệu suất Ed25519 (cụ thể ở đây là ECDSA chứ không phải Ed25519) và tốc độ giao dịch Ed25519 (cụ thể là ECDSA). Những điểm yếu này không chỉ làm giảm tính toàn vẹn dữ liệu mà còn đặt ra mối lo ngại lớn về chống tấn công mạng và chống trộm ví crypto, thúc đẩy cộng đồng nghiên cứu tìm kiếm các thuật toán chữ ký số an toàn và hiệu quả hơn, như Ed25519.

III. Phương pháp Ví HD phân cấp Cách thức tạo quản lý nhiều địa chỉ ví

Để giải quyết vấn đề quản lý khóa phức tạp và tăng cường bảo mật ví crypto, ví HD phân cấp đã được phát triển như một giải pháp bảo mật blockchain hiệu quả. Ý tưởng cốt lõi của ví HD là xây dựng một cấu trúc ví dạng cây, nơi từ một khóa gốc duy nhất có thể tạo ra vô số khóa con và địa chỉ ví tương ứng. "Ý tưởng ban đầu là xây dựng kiến trúc ví như một cái cây. Từ seed gốc, chúng ta có thể tạo ra các khóa riêng tư con và khóa công khai con để xây dựng nhiều ví con cho các mục đích khác nhau." (trích từ tài liệu gốc, trang 37). Cơ chế này không chỉ đơn giản hóa việc sao lưu (chỉ cần sao lưu seed phrase hoặc khóa gốc) mà còn nâng cao đáng kể quyền riêng tư bằng cách tự động tạo địa chỉ mới cho mỗi giao dịch. Điều này giúp che giấu tổng số dư của người dùng khỏi những người theo dõi địa chỉ công khai.

Các tiêu chuẩn như BIP32, BIP39 và BIP44 đóng vai trò nền tảng trong việc định nghĩa cấu trúc cây phân cấp khóa và quy trình tạo khóa con. BIP32 là đề xuất đầu tiên giới thiệu khái niệm ví HD, cho phép tạo ra các cặp khóa cha-con theo một trật tự xác định. BIP39 cung cấp phương pháp tạo ra seed phrase (cụm từ khôi phục) dễ nhớ từ một độ entropy ngẫu nhiên, giúp người dùng dễ dàng ghi nhớ và sao lưu khóa gốc. "BIP39 đã phát minh ra một phương pháp để tạo seed từ mã mnemonic hoặc entropy câu mnemonic." (trích từ tài liệu gốc, trang 41). Cuối cùng, BIP44 định nghĩa một cấu trúc đường dẫn chuẩn cho các loại tiền tệ khác nhau và các tài khoản trong mỗi loại tiền tệ, giúp ví multi-chain Ed25519 dễ dàng quản lý nhiều địa chỉ ví và tài sản khác nhau. Sự kết hợp của các tiêu chuẩn này tạo nên một kiến trúc bảo mật ví mạnh mẽ, cho phép người dùng kiểm soát hoàn toàn tài sản kỹ thuật số của mình với mức độ an toàn và tiện lợi chưa từng có.

Những lợi ích của ví HD phân cấp là rất rõ ràng. Nó giảm thiểu gánh nặng quản lý khóa, tăng cường quyền riêng tư bằng cách tránh tái sử dụng địa chỉ và cung cấp một cơ chế phục hồi mạnh mẽ. Nếu một ví con bị tổn hại, các ví con khác vẫn được bảo vệ miễn là khóa cha không bị lộ. Đây là một bước tiến quan trọng trong việc xây dựng một hệ sinh thái tiền điện tử an toàn và thân thiện hơn với người dùng, đồng thời củng cố niềm tin vào tính phi tập trung của blockchain.

3.1. BIP32 BIP39 BIP44 Tiêu chuẩn xây dựng cấu trúc cây khóa

Các tiêu chuẩn BIP32, BIP39 và BIP44 là những trụ cột để tạo ra ví HD phân cấp. BIP32 (Bitcoin Improvement Proposal 32) là tiêu chuẩn đầu tiên định nghĩa "Hierarchical Deterministic" trong ví tiền điện tử, cho phép tạo ra các khóa con từ khóa cha theo một cách có thể xác định trước. "Ý tưởng ban đầu là xây dựng kiến trúc ví như một cái cây." (trích từ tài liệu gốc, trang 37). Nó giới thiệu khái niệm khóa mở rộng (extended key), bao gồm một khóa riêng tư hoặc công khai và một mã chuỗi (chain code). Mã chuỗi này là yếu tố quan trọng để tạo ra các khóa con tiếp theo, đảm bảo tính phân cấp và độc lập. BIP39 giải quyết vấn đề khó khăn khi sao lưu khóa gốc bằng cách tạo ra một "seed phrase" (còn gọi là "cụm từ khôi phục") dễ nhớ, gồm 12 đến 24 từ tiếng Anh, từ đó tạo ra seed byte sequence. "BIP39 đã phát minh ra một phương pháp để tạo seed từ mã mnemonic hoặc entropy câu mnemonic." (trích từ tài liệu gốc, trang 41). Cuối cùng, BIP44 quy định một cấu trúc đường dẫn chuẩn cho việc tạo các tài khoản và địa chỉ khác nhau cho từng loại tiền điện tử, giúp việc quản lý nhiều địa chỉ ví trên các blockchain khác nhau trở nên có tổ chức và tương thích. Sự kết hợp của ba tiêu chuẩn này tạo ra một khung sườn mạnh mẽ cho kiến trúc bảo mật ví ví tiền điện tử phân cấp, làm cho việc tạo ví HD trở nên an toàn và dễ sử dụng hơn bao giờ hết.

3.2. Cấu trúc cây phân cấp khóa Đảm bảo an toàn tài sản số

Cấu trúc cây phân cấp khóa là trái tim của ví HD phân cấp, mang lại những lợi ích đáng kể cho an toàn tài sản số. Thay vì phải sao lưu từng cặp khóa riêng tư riêng lẻ, người dùng chỉ cần bảo vệ một seed phrase hoặc khóa chính duy nhất. Từ khóa chính này, một "cây" các khóa con và địa chỉ ví có thể được tạo ra theo một cách xác định. Điều này có nghĩa là, ngay cả khi một ví con bị lộ hoặc bị xâm nhập, các ví con khác (và tài sản liên quan đến chúng) vẫn được an toàn, miễn là khóa chính không bị tiết lộ. "Nếu một ví con bị mất, các ví con khác vẫn an toàn khi các khóa cha không bị rò rỉ." (trích từ tài liệu gốc, trang 13). Hơn nữa, cấu trúc cây phân cấp khóa cải thiện quyền riêng tư bằng cách tự động tạo một địa chỉ mới cho mỗi giao dịch, ngăn chặn việc theo dõi lịch sử giao dịch của một địa chỉ duy nhất. "HD wallet cung cấp quyền riêng tư mạnh mẽ hơn vì các cặp khóa được tạo tự động cho mỗi giao dịch." (trích từ tài liệu gốc, trang 20). Điều này làm cho việc phân tích chuỗi (chain analysis) trở nên khó khăn hơn đối với các bên thứ ba, bảo vệ thông tin cá nhân của người dùng. Với khả năng quản lý nhiều địa chỉ ví và tài khoản từ một gốc duy nhất, ví HD phân cấp cung cấp một kiến trúc bảo mật ví hiệu quả, giúp người dùng tự tin hơn trong việc bảo vệ tài sản kỹ thuật số của mình.

IV. Nâng cấp bảo mật ví Sức mạnh của thuật toán Ed25519 tiên tiến

Trong hành trình không ngừng tìm kiếm các giải pháp bảo mật blockchain mạnh mẽ hơn, thuật toán Ed25519 đã khẳng định vị thế là một bước đột phá quan trọng. Thuật toán này, một biến thể của lược đồ chữ ký Schnorr dựa trên đường cong Edwards xoắn, được thiết kế để khắc phục những điểm yếu cố hữu của các tiêu chuẩn trước đó như ECDSA. "Ed25519 là một lược đồ chữ ký số sử dụng một biến thể của chữ ký Schnorr dựa trên đường cong Edwards xoắn." (trích từ tài liệu gốc, trang 29). Điểm khác biệt lớn nhất là Ed25519 sử dụng một nonce xác định (deterministic nonce), được tạo ra từ một phần của khóa riêng tư và thông điệp cần ký, thay vì một số ngẫu nhiên. Điều này loại bỏ hoàn toàn rủi ro bị lộ khóa riêng tư do việc sử dụng nonce không ngẫu nhiên hoặc bị tái sử dụng, một vấn đề nghiêm trọng đã từng xảy ra với ECDSA.

Ngoài ra, Ed25519 còn mang lại nhiều ưu điểm vượt trội khác, được nêu rõ trong tài liệu RFC 8032 và phân tích trong luận án. Thứ nhất, nó cung cấp hiệu suất Ed25519 cao trên nhiều nền tảng, với tốc độ tạo chữ ký và xác minh nhanh chóng, góp phần cải thiện tốc độ giao dịch Ed25519 trên mạng blockchain. Thứ hai, Ed25519 có khả năng kháng tấn công kênh bên (side-channel attacks) mạnh mẽ, bảo vệ khóa riêng tư khỏi việc bị suy đoán thông qua các thông tin rò rỉ như thời gian tính toán. Thứ ba, các luật cộng của đường cong Edwards xoắn là hoàn chỉnh, không có trường hợp ngoại lệ, giúp đơn giản hóa việc triển khai và giảm thiểu lỗi. Cuối cùng, Ed25519 cung cấp mức độ bảo mật ví crypto 128 bit và sử dụng kích thước khóa (32 byte) và chữ ký (64 byte) nhỏ gọn, tối ưu hóa việc lưu trữ và truyền tải dữ liệu, đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu trong mọi giao dịch. "Các ưu điểm của Ed25519 được tổng hợp trong tài liệu RFC 8032." (trích từ tài liệu gốc, trang 13).

Sự kết hợp giữa các đặc tính này khiến Ed25519 trở thành một lựa chọn lý tưởng cho các ví tiền mã hóa an toàn và các ứng dụng blockchain đòi hỏi tiêu chuẩn mã hóa cao. Nó không chỉ cung cấp một lớp bảo mật ví crypto vượt trội mà còn đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định và tin cậy, định hình lại cách chúng ta hình dung về giải pháp bảo mật blockchain cho tương lai.

4.1. Ed25519 vượt trội ECDSA Hiệu suất tính toàn vẹn dữ liệu

Sự so sánh giữa Ed25519 và ECDSA cho thấy sự vượt trội rõ rệt của thuật toán mới này. Về mặt bảo mật, "luận án này đã tiến hành nghiên cứu kỹ lưỡng hơn về nghiên cứu mã hóa và phân tích hiệu quả để chỉ ra rằng đường cong Ed25519 an toàn hơn đường cong Secp256k1 (dùng trong ECDSA)." (trích từ tài liệu gốc, trang 31). Ed25519 thể hiện khả năng chống lại các cuộc tấn công phức tạp như Pollard’s rho tốt hơn. Về hiệu suất, các phép toán số học trên đường cong Ed25519 nhanh hơn đáng kể so với Secp256k1. Ví dụ, chi phí tính toán cho phép cộng điểm trên Ed25519 chỉ khoảng 7M + 11Add, trong khi trên Secp256k1 là 16M + 8Add (M: nhân, Add: cộng). Điều này trực tiếp cải thiện tốc độ giao dịch Ed25519 và hiệu suất tổng thể của hệ thống. Bên cạnh đó, Ed25519 sử dụng hàm băm SHA-512, được đánh giá là an toàn hơn SHA-256 (được dùng trong ECDSA), giúp tăng cường tính toàn vẹn dữ liệu và khả năng chống va chạm. "SHA-512 an toàn hơn SHA-256 và được khuyến nghị bởi nhiều tiêu chuẩn mật mã khác nhau." (trích từ tài liệu gốc, trang 33). Những ưu điểm này làm cho Ed25519 trở thành một tiêu chuẩn mã hóa mạnh mẽ hơn cho các giải pháp bảo mật blockchain hiện đại.

4.2. Kháng tấn công kênh bên Bảo vệ khóa riêng tư tối đa

Một trong những ưu điểm nổi bật của Ed25519 là khả năng kháng tấn công kênh bên (side-channel attacks) mạnh mẽ. Các cuộc tấn công kênh bên cố gắng trích xuất khóa riêng tư bằng cách phân tích thông tin vật lý như thời gian tính toán, mức tiêu thụ điện năng hoặc bức xạ điện từ. "Ed25519 có khả năng chống lại các cuộc tấn công kênh bên." (trích từ tài liệu gốc, trang 13). "Ladders" yêu cầu phép nhân vô hướng của một đường cong phải có thời gian tính toán không đổi. Điều này có nghĩa là thời gian thực hiện phép toán không phụ thuộc vào giá trị của khóa, làm cho việc phân tích thời gian trở nên vô ích. Đường cong Ed25519 tương đương birationally với dạng Montgomery của đường cong Curve25519, điều này cho phép nó hỗ trợ "Montgomery ladder" theo mặc định, đảm bảo phép nhân vô hướng diễn ra trong thời gian không đổi. Ngược lại, đường cong Secp256k1 (được sử dụng trong ECDSA) không hỗ trợ tính năng này một cách tự nhiên, khiến nó dễ bị tấn công kênh bên. Khả năng kháng tấn công kênh bên của Ed25519 là yếu tố then chốt, cung cấp một lớp bảo vệ bổ sung, giúp bảo vệ khóa riêng tư khỏi những kẻ tấn công tinh vi, đồng thời tăng cường niềm tin vào an toàn tài sản số của người dùng.

V. Ứng dụng thực tiễn Triển khai Ví HD phân cấp Ed25519 trên Blockchain

Việc triển khai Ví HD phân cấp Ed25519 trong thực tiễn là một bước tiến quan trọng, mang lại một giải pháp bảo mật blockchain mạnh mẽ và hiệu quả. Luận án nghiên cứu đã tập trung vào việc xây dựng một nguyên mẫu ví HD phân cấp sử dụng lược đồ chữ ký Ed25519, giới hạn trong ứng dụng web. "Cuối cùng, chúng tôi cố gắng xây dựng một nguyên mẫu cho ví HD sử dụng lược đồ chữ ký Ed25519, giới hạn trong ứng dụng web, với một thư viện mã nguồn mở và ứng dụng sẽ hỗ trợ tối đa 3 blockchain." (trích từ tài liệu gốc, trang 14). Điều này chứng minh tính khả thi và ưu việt của sự kết hợp này trong các môi trường thực tế, đặc biệt là với các blockchain như Solana, vốn đã sử dụng Ed25519 cho các chữ ký của họ. Việc tạo ví HD với Ed25519 không chỉ đơn thuần là kỹ thuật mà còn là việc đặt nền móng cho một hệ sinh thái tài chính phi tập trung an toàn hơn.

Quá trình triển khai một ví HD phân cấp Ed25519 bao gồm nhiều bước, từ việc tạo seed phrase ban đầu, sử dụng các tiêu chuẩn như BIP39 để tạo seed, đến việc áp dụng BIP32-Ed25519 hoặc các lược đồ dẫn xuất khóa tương thích để tạo ra các khóa con. "SLIP10 đã cấm dẫn xuất khóa con thông thường trên đường cong Ed25519 vì một số lý do bảo mật. Nhưng SLIP23 đã áp dụng cả hai và đề xuất một lược đồ mới trên đường cong Ed25519 có tên là 'BIP32-Ed25519'." (trích từ tài liệu gốc, trang 37). Những lược đồ này đảm bảo rằng mỗi khóa riêng tư và khóa công khai con được tạo ra đều kế thừa kiến trúc bảo mật ví của khóa cha, nhưng vẫn độc lập để bảo vệ quyền riêng tư. Hơn nữa, khả năng hỗ trợ đa chuỗi (multi-chain) của ví multi-chain Ed25519 cho phép người dùng quản lý nhiều địa chỉ ví và loại tiền điện tử khác nhau chỉ từ một điểm truy cập duy nhất. Điều này giảm đáng kể sự phức tạp cho người dùng và tối ưu hóa trải nghiệm giao dịch trên các mạng blockchain khác nhau, tăng cường tính phi tập trung và khả năng tương tác của tài sản số.

Thực tế, các dự án như Solana đã tiên phong trong việc tích hợp Ed25519, cho thấy tiềm năng rộng lớn của nó. "Chúng tôi tìm kiếm các giao thức mã nguồn mở và chọn blockchain Solana làm môi trường thử nghiệm vì Solana sử dụng Ed25519 cho các chữ ký của họ." (trích từ tài liệu gốc, trang 14). Việc áp dụng rộng rãi Ví HD phân cấp Ed25519 sẽ là yếu tố quyết định để đạt được một môi trường tiền điện tử thực sự an toàn, minh bạch và có khả năng mở rộng, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về bảo mật ví crypto trong kỷ nguyên số.

5.1. Tạo ví HD phân cấp Ed25519 Hướng dẫn chi tiết triển khai

Việc tạo ví HD phân cấp Ed25519 đòi hỏi sự hiểu biết về các bước cơ bản và các tiêu chuẩn liên quan. Bước đầu tiên là tạo một seed phrase (cụm từ khôi phục) an toàn thông qua tiêu chuẩn BIP39. Cụm từ này được tạo từ một nguồn entropy ngẫu nhiên và chuyển đổi thành một chuỗi từ dễ nhớ. Từ seed phrase này, một seed nhị phân được tạo ra, sau đó được dùng làm đầu vào cho hàm dẫn xuất khóa chính. Tiếp theo, áp dụng các lược đồ dẫn xuất khóa như SLIP23 hoặc BIP32-Ed25519 để tạo ra cặp khóa chính mở rộng (master extended key), bao gồm khóa riêng tư chính và mã chuỗi. "Khóa mở rộng bao gồm một khóa riêng tư hoặc công khai và mã chuỗi." (trích từ tài liệu gốc, trang 38). Từ khóa chính mở rộng, có thể sử dụng các hàm dẫn xuất khóa con (Child Key Derivation - CKD) để tạo ra vô số cặp khóa con và địa chỉ ví. Mỗi khóa con có thể được dùng cho một mục đích cụ thể hoặc một loại tiền điện tử khác nhau. Điều này cho phép quản lý nhiều địa chỉ ví một cách có tổ chức và an toàn, giảm thiểu rủi ro mất tài sản. Quy trình này đảm bảo rằng toàn bộ kiến trúc bảo mật ví được xây dựng trên một nền tảng vững chắc, từ seed phrase ban đầu cho đến từng địa chỉ giao dịch riêng lẻ.

5.2. Ví multi chain Ed25519 Quản lý đa dạng tài sản tiền mã hóa

Một trong những lợi ích lớn nhất của ví HD phân cấp Ed25519 là khả năng hoạt động như một ví multi-chain Ed25519. Điều này có nghĩa là từ một seed phrase hoặc khóa chính duy nhất, người dùng có thể tạo và quản lý nhiều địa chỉ ví cho các loại tiền điện tử khác nhau trên các blockchain khác nhau. Các tiêu chuẩn như BIP44 cung cấp một cấu trúc đường dẫn chuẩn hóa, cho phép ví dễ dàng phân biệt và tạo các địa chỉ cho Bitcoin, Ethereum, Solana, v.v. "Chúng tôi cũng cải thiện ví bằng cách cho phép nó giữ token của các blockchain khác nhau (mở rộng với đường cong Secp256k1)." (trích từ tài liệu gốc, trang 14). Ví dụ, một ví con có thể được chỉ định cho Bitcoin, một ví con khác cho Solana, tất cả đều được dẫn xuất từ cùng một khóa chính nhưng duy trì sự độc lập về địa chỉ và tài sản. Điều này không chỉ đơn giản hóa trải nghiệm người dùng, loại bỏ nhu cầu sử dụng nhiều ví riêng biệt, mà còn tăng cường an toàn tài sản số bằng cách tập trung khả năng sao lưu và khôi phục. Người dùng có thể dễ dàng chuyển đổi giữa các tài khoản và loại tiền điện tử khác nhau, thực hiện các giao dịch xuyên chuỗi một cách liền mạch, đồng thời tận dụng hiệu suất Ed25519 và bảo mật ví crypto cao mà thuật toán này mang lại. Đây là một bước tiến quan trọng hướng tới một hệ sinh thái tiền điện tử thực sự có khả năng tương tác và phi tập trung.

VI. Tương lai của Ví HD phân cấp Ed25519 Xu hướng bảo mật tiền điện tử

Sự kết hợp giữa Ví HD phân cấp và thuật toán Ed25519 không chỉ là một giải pháp bảo mật blockchain hiện tại mà còn là một xu hướng định hình tương lai của bảo mật ví crypto. Với khả năng giải quyết các vấn đề về quản lý khóa phức tạp và lỗ hổng bảo mật của các thuật toán truyền thống, Ví HD phân cấp Ed25519 đang trở thành tiêu chuẩn vàng cho các ví tiền mã hóa an toàn. Việc các blockchain hàng đầu như Solana đã và đang tích hợp Ed25519 là một minh chứng rõ ràng cho tiềm năng và sự chấp nhận rộng rãi của công nghệ này. "Chúng tôi tìm kiếm các giao thức mã nguồn mở và chọn blockchain Solana làm môi trường thử nghiệm vì Solana sử dụng Ed25519 cho các chữ ký của họ." (trích từ tài liệu gốc, trang 14). Trong bối cảnh Web3 và DeFi đang phát triển mạnh mẽ, nhu cầu về một kiến trúc bảo mật ví không chỉ an toàn mà còn hiệu quả và có khả năng mở rộng là vô cùng lớn.

Tiềm năng của Ed25519 trong việc mở rộng ứng dụng không chỉ giới hạn ở các ví tiền điện tử mà còn lan rộng sang các lĩnh vực khác của công nghệ blockchain. Từ các ứng dụng phi tập trung (dApps) đến các giải pháp nhận dạng số và quản lý dữ liệu phi tập trung, Ed25519 cung cấp một nền tảng ký số điện tử mạnh mẽ, đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu và xác thực danh tính một cách an toàn. "Ed25519 có khả năng chống lại các cuộc tấn công kênh bên." (trích từ tài liệu gốc, trang 13). Hơn nữa, với hiệu suất Ed25519 vượt trội và tốc độ giao dịch Ed25519 nhanh chóng, thuật toán này sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường khả năng mở rộng của các mạng blockchain, giúp chúng xử lý được lượng giao dịch lớn hơn mà vẫn duy trì tính phi tập trung và bảo mật. Tuy nhiên, để đạt được tiềm năng tối đa, vẫn còn những thách thức cần vượt qua, bao gồm việc tăng cường nhận thức cộng đồng về lợi ích của Ed25519 và phát triển các công cụ, thư viện thân thiện với nhà phát triển để thúc đẩy việc áp dụng rộng rãi hơn.

Nhìn về phía trước, Ví HD phân cấp Ed25519 không chỉ đơn thuần là một công cụ để lưu trữ tiền điện tử. Nó đại diện cho một tầm nhìn về một tương lai nơi an toàn tài sản số được ưu tiên hàng đầu, nơi người dùng có quyền kiểm soát tuyệt đối tài sản của mình mà không cần phụ thuộc vào bên thứ ba, và nơi các giao dịch diễn ra nhanh chóng, hiệu quả và không thể bị giả mạo. Việc liên tục cập nhật và cải tiến tiêu chuẩn mã hóa như Ed25519 sẽ là yếu tố then chốt để duy trì vị thế dẫn đầu trong cuộc đua bảo mật số.

6.1. Tiềm năng Ed25519 Mở rộng ứng dụng trong Web3 và DeFi

Tiềm năng của Ed25519 vượt ra ngoài phạm vi ví tiền điện tử phân cấp truyền thống, đặc biệt trong các lĩnh vực mới nổi như Web3 và DeFi (Tài chính phi tập trung). Trong Web3, nơi người dùng tương tác với các ứng dụng phi tập trung mà không thông qua trung gian, Ed25519 có thể cung cấp giải pháp bảo mật blockchain mạnh mẽ cho danh tính số, quản lý quyền truy cập và ký giao dịch Ed25519. Hiệu suất cao và tính kháng tấn công kênh bên của nó là lý tưởng cho các ứng dụng đòi hỏi tốc độ và sự tin cậy. Trong DeFi, Ed25519 có thể nâng cao an toàn tài sản số trong các giao thức cho vay, sàn giao dịch phi tập trung và các hợp đồng thông minh. "Ed25519 cung cấp một giải pháp bảo mật ưu việt cho ví tiền điện tử." Các đặc tính như khóa nhỏ gọn và chữ ký hiệu quả giúp giảm chi phí giao dịch và tối ưu hóa tài nguyên mạng, điều này rất quan trọng đối với các hệ thống DeFi có khối lượng lớn. Hơn nữa, việc sử dụng nonce xác định của Ed25519 đảm bảo rằng các tương tác trong Web3 và DeFi được an toàn hơn trước các rủi ro bảo mật liên quan đến việc tạo số ngẫu nhiên. Với khả năng tích hợp linh hoạt và tính bảo mật vượt trội, Ed25519 đang định hình tương lai của một Internet phi tập trung và tài chính an toàn hơn.

6.2. Thách thức khuyến nghị Hoàn thiện giải pháp bảo mật blockchain

Mặc dù Ví HD phân cấp Ed25519 mang lại nhiều lợi ích, vẫn còn những thách thức cần được giải quyết để hoàn thiện giải pháp bảo mật blockchain này. Một thách thức là việc đảm bảo tính phi tập trung của hệ thống được duy trì, đặc biệt khi mở rộng khả năng hỗ trợ nhiều blockchain. "Hệ thống chưa đủ phi tập trung." (trích từ tài liệu gốc, trang 9). Cần có thêm nghiên cứu để đảm bảo rằng việc quản lý khóa và dẫn xuất không tạo ra bất kỳ điểm tập trung nào. Một thách thức khác là việc thiếu các chức năng ví cơ bản trong một số nguyên mẫu triển khai ban đầu, như khả năng gửi và nhận token. "Luận án chưa triển khai các chức năng cơ bản của một ví như gửi và nhận token, mà chỉ có chức năng tạo ví và kiểm tra số dư." (trích từ tài liệu gốc, trang 9). Việc bổ sung đầy đủ các chức năng này là cần thiết để ví HD phân cấp Ed25519 trở thành một ví tiền mã hóa an toàn hoàn chỉnh và có thể sử dụng rộng rãi. Khuyến nghị cho các nghiên cứu tiếp theo bao gồm việc tăng cường khả năng chống lại các cuộc tấn công lượng tử trong tương lai, tích hợp thêm các giao thức bảo mật tiên tiến và phát triển các giao diện người dùng thân thiện hơn để giảm rào cản tiếp cận cho người dùng phổ thông. Việc giáo dục cộng đồng về tầm quan trọng của seed phrase và các thực hành bảo mật ví crypto tốt nhất cũng là yếu tố then chốt để đảm bảo an toàn tài sản số trong thời gian dài.

Trích đoạn nội dung tài liệu

VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY - HO CHI MINH CITY HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FACULTY OF COMPUTER SCIENCE AND ENGINEERING BK TP.HCM BACHELOR OF ENGINEERING THESIS AN HIERARCHICAL DETERMINISTIC WALLET USING ED25519 SIGNATURE SCHEMA COMPUTER SCIENCE COMMITTEE 1 Supervisors: Dr. Nguyen An Khuong. Phan Son Tu, B. Nguyen Tien Thinh.

Students: Nguyen Nguyen Phuong 1712726 Nguyen Dinh Thang 1752503 Ho Chi Minh City, December 2021 A萎K"J窺E"SW渦E"IKC"VR0JEO E浦PI"JñC"ZÊ"J浦K"EJ曳"PIJ C"XK烏V"PCO ////////// A瓜e"n壱r"/"V詠"fq"/"J衣pj"rj¿e VT姶云PI"A萎K"J窺E"DèEJ"MJQC MJQC< MJ"("MV"Oƒ{"v pj PJK烏O X影"NW一P"èP"V渦V"PIJK烏R D浦"OðP< MJOV Ej¿"#< Ukpj"xk‒p"rjＶk"fƒp"vぜ"p {"x q"vtcpi"pjＸv"eてc"dＶp"vjw{ｘv"vt·pj J窺"XÉ"VçP< PIW[右P"PIW[çP"RJ姶愛PI OUUX< 3934948 J窺"XÉ"VçP< PIW[右P"AîPJ"VJ溢PI OUUX< 3974725 PIÉPJ< MJOV N閏R< ENE/M4239 30"A亥w"8隠"nw壱p"ƒp<"ÐC"Jkgtctejkecn"Fgvgtokpkuvke"Ycnngv"hqt"Gf4773;Ñ *Pijk‒p"e泳w"rjƒv"vtk吋p x "rj¤p"e医r"zƒe"8鵜pj"f詠c"vt‒p"n逢嬰e"8欝"ej英"m "Gf4773;+ 40"Pjk羽o"x映"*{‒w"e亥w"x隠"p瓜k"fwpi"x "u嘘"nk羽w"dcp"8亥w+< /"Uvwf{"gnnkrvke"ewtxg"et{rvqitcrj{."uvwf{"Gfyctfu/ewtxg"Fkikvcn"Ukipcvwtg"Cniqtkvjo *GfFUC+ /"Uvwf{"dnqemejckp"vgejpqnqi{ /"Uvwf{"et{rvq"ycnngv /"Fgukip"C"Jkgtctejkecn"Fgvgtokpkuvke"Ycnngv"hqt"Gf4773; /"Korngogpv"c"rtqvqv{rg"qh"vjg"Fgukipgf"Jkgtctejkecn"Fgvgtokpkuvke"Ycnngv"hqt"Gf4773; 50"Pi {"ikcq"pjk羽o"x映"nw壱p"ƒp<"3712;14243 60"Pi {"jq p"vj pj"pjk羽o"x映<"3513414243 70"J丑"v‒p"ik違pi"xk‒p"j逢噂pi"f磯p< Rj亥p"j逢噂pi"f磯p< 3+ VU0 Piw{宇p"Cp"Mj逢挨pi. Mjqc"MJ(MV"Oƒ{"v pj J逢噂pi"f磯p"mk院p"vj泳e"p隠p"v違pi 4+ MU0"Rjcp"U挨p"V詠. Fguectvgu"Pgvyqtm J逢噂pi"f磯p"m "vjw壱v P瓜k"fwpi"x "{‒w"e亥w"NXVP"8«"8逢嬰e"vj»pi"swc"D瓜"o»p0 Pi {"00000000"vjƒpi"2;0"p<o"4243 EJ曳"PJK烏O"D浦"OðP IK謂PI"XKçP"J姶閏PI"F郁P"EJëPJ *M#"x "ijk"t "jが"v‒p+ *M#"x "ijk"t "jが"v‒p+ RIU0"VU0"Jw pj"V逢運pi"Piw{‒p Piw{宇p"Cp"Mj逢挨pi RJＹP"FÉPJ"EJQ"MJQC."Dし"OðP< Pi逢運k"fw{羽v"*ej医o"u挨"d瓜+< A挨p"x鵜< Pi {"d違q"x羽< Ak吋o"v鰻pi"m院v< P挨k"n逢w"vt英"nw壱p"ƒp< VT姶云PI"A萎K"J窺E"DèEJ"MJQC E浦PI"JñC"ZÊ"J浦K"EJ曳"PIJ C XK烏V"PCO MJQC"MJ"("MV"Oè["VëPJ A瓜e"n壱r"/"V詠"fq"/"J衣pj"rj¿e //////////////////////////// Pi {"42"vjƒpi"34"p<o"4243 RJK蔭W"EJ遺O"D謂Q"X烏"NXVP *F pj"ejq"pi⇔ぜk"j⇔ずpi"fｄp+ 30"J丑"x "v‒p"UX< Piw{宇p"Piw{‒p"Rj逢挨pi x Piw{宇p"A·pj Vj逸pi OUUX< 3934948 x 3974725 Pi pj"*ejw{‒p"pi pj+<"MJOV 40"A隠"v k<"ÐC"Jkgtctejkecn"Fgvgtokpkuvke"Ycnngv"hqt Gf4773;Ñ *Pijk‒p"e泳w"rjƒv"vtk吋p"x "rj¤p"e医r"zƒe"8鵜pj"f詠c"vt‒p"n逢嬰e"8欝"ej英"m "Gf4773;+ 50"J丑"v‒p"pi逢運k"j逢噂pi"f磯p< Piw{宇p"Cp"Mj逢挨pi 60"V鰻pi"swƒv"x隠"d違p"vjw{院v"okpj< U嘘"vtcpi< 33: U嘘"ej逢挨pi< 29 U嘘"d違pi"u嘘"nk羽w U嘘"j·pj"x胤< U嘘"v k"nk羽w"vjco"mj違q< 63 Rj亥p"o隠o"v pj"vqƒp< Jk羽p"x壱v"*u違p"rj育o+ 70"V鰻pi"swƒv"x隠"eƒe"d違p"x胤< /"U嘘"d違p"x胤< D違p"C3< D違p"C4< Mj鰻"mjƒe< /"U嘘"d違p"x胤"x胤"vc{ U嘘"d違p"x胤"vt‒p"oƒ{"v pj< 80"Pj英pi"逢w"8k吋o"ej pj"e栄c"NXVP< Vjg"vjguku"ku"gcu{"vq"tgcf"*cnvjqwij"kv"ku"pqv"ygnn"ytkvvgp+."vjg"cwvjqtu"jcxg"xgt{"iqqf ugnh/uvwf{"cdknkv{"vq"eqorngvg"vjku"fkhhkewnv"vjguku Vjg"cwvjqtu"jcxg"gzegnngpv"wpfgtuvcpfkpiu"qh"gnnkrvke"ewtxg"et{rvqitcrj{."cpf"dnqemejckp vgejpqnqi{0"Gurgekcnn{."vjg{"ctg"rtqhkekgpv"kp"Uqncpc"dnqemejckp Vjg"cwvjqtu"jcxg"iqqf"gpikpggtkpi"umknnu"kp"fgxgnqrkpi"dnqemejckp/tgncvgf"u{uvgo Vjg"u{uvgo"ku"fgukipgf"vq"dg"uecncdng"hqt"ocp{"dnqemejckpu Korngogpvgf"u{uvgo"cntgcf{"jcu"wugt"kpvgthceg"cpf"CRK 90"Pj英pi"vjk院w"u„v"ej pj"e栄c"NXVP< Vjg"u{uvgo"ku"pqv"fgegpvtcnk¦gf"gpqwij0 Vjg"vjguku"jcu"pqv"{gv"korngogpvgf"vjg"dcuke"hwpevkqpu"qh"c"ycnngv"uwej"cu"ugpfkpi"cpf tgegkxkpi"vqmgpu."dwv"qpn{"jcu"vjg"hwpevkqp"qh"etgcvkpi"ycnngvu."cpf ejgemkpi"dcncpeg :0"A隠"pij鵜<"A逢嬰e"d違q"x羽 槮 D鰻"uwpi"vj‒o"8吋"d違q"x羽 Mj»pi"8逢嬰e"d違q"x羽 ;0"O瓜v"u嘘"e¤w"j臼k"UX"rj違k"vt違"n運k"vt逢噂e"J瓜k"8欝pi< c0"Yj{"Gfyctf"ewtxgu"ctg"cnuq"gnnkrvke"ewtxgu"cnvjqwij"vjgkt"hqtou"fq"pqv"eqpvckp"vgtou"qh fgitgg"5"kp"xctkcdg zA d0"Yjcv"ctg"vjg"vtcfg/qhhu"kh"yg"wug"KRHU"vq"tgrnceg"vjg"egpvtcnk¦gf"enkgpv/ugtxgtA e0"Cu"yg"ctg"uvknn"wukpi"uqog"nkdtctku"uwej"cu"DKR54."korngogpvgf"wukpi"Uger47;m3."fq vjg{"ghhgev"qp"vjg"ugewtkv{"qt"rgthqtocpeg"qp"{qwt"u{uvgoA 320"Aƒpj"ikƒ"ejwpi"*d茨pi"ej英<"ik臼k."VD+< Ik臼k Ak吋o<":0:132 M#"v‒p"*ijk"t "j丑"v‒p+ Piw{宇p"Cp"Mj逢挨pi VT姶云PI"A萎K"J窺E"DèEJ"MJQC E浦PI"JñC"ZÊ"J浦K"EJ曳"PIJ C" XK烏V" PCO KHOA KH & KT MÁY TÍNH A瓜e"n壱r"- V詠"fq"- J衣pj" rj¿e ---------------------------- Ngày 26 tháng 12 p<o 2021 RJK蔭W"EJ遺O" D謂Q"X烏"NXVP *F pj"ejq"pi⇔ぜk"j⇔ずpi"fｄp1rjＶp"dkうp+ 30"J丑"x "v‒p"UX< - Nguy宇p" Piw{ên Ph逢挨pi (1712726) - Nguy宇p" Aình Th逸pi" *3974725+ MSSV: Ngành (chuyên ngành): Khoa h丑e"Oáy tính 40"A隠"v k< A hierarchical deterministic wallet for ED25519 50"J丑"v‒p"pi逢運k" j逢噂pi" f磯p1rj違p" dk羽p< Nguy宇p" Vk院p" Vj鵜pj 60"V鰻pi" swƒv"x隠"d違p" vjw{院v" okpj< U嘘"vtang: U嘘"ej逢挨pi< U嘘"d違pi" u嘘"nk羽w U嘘"j·pj" x胤< U嘘"v k" nk羽w" vjco" mj違q< Rj亥p" o隠o" v pj" vqƒp< Jk羽p" x壱v" *u違p"rj育o+ 70"V鰻pi" swƒv"x隠"eƒe"d違p"x胤< - U嘘"d違p"x胤< D違p" C3< D違p" C4< Mj鰻"mjƒe< - U嘘"d違p"x胤"x胤" vc{ U嘘"d違p"x胤"vt‒p" oƒ{" v pj< 80"Pj英pi" 逢w"8k吋o" ej pj" e栄c"NXVP< - The thesis was written coherently. - For the thesis, students studied and developed a prototype of a hierarchical deterministic wallet for ED25519 (a type of elliptic curves that is used in elliptic-curve cryptography, one of the strongest public-key cryptographic system known today), which has not been well developed yet.

- Cryptography protocols used for the wallets were discussed carefully in the thesis with full of details. - Students showed excellent comprehension of cryptography and the underlying mathematics as well as good programming skills. 90"Pj英pi" vjk院w" u„v"ej pj" e栄c"NXVP< - Minor typos appear quite frequently in the thesis. - Lack of discussion of the advantages/disadvantages of using HD wallets and the comparison with the currently existing HD wallets.

:0"A隠"pij鵜<" A逢嬰e"d違q"x羽"Z D鰻"uwpi" vj‒o" 8吋"d違q"x羽"¸ Mj»pi" 8逢嬰e"d違q"x羽"¸ ;0"5"e¤w"j臼k" UX"rj違k" vt違"n運k" vt逢噂e"J瓜k" 8欝pi< a. What is the main difference between a HD wallet for SECP256K1 and a HD wallet for ED25519? b. What are the difficulties in adapting BIP32 protocol to the ED25519 case? c. 320"Aƒpj" ikƒ" ejwpi" *d茨pi" ej英<" ik臼k."VD+< Gi臼k Ak吋o" <""""""""9.8/10 M#"v‒p"*ijk" t "j丑"v‒p+ Commitment We commit that the work in this dissertation was carried out following the requirements of the university’s regulations and has not been submitted for any other academic orga- nizations.

Except where indicated by specific reference in the text, the works are our own. Ho Chi Minh City, December 2021 Acknowledgement The completion of this study could not have been possible without the guidance and expertise of our supervisors. We would like to express our sincere gratitude to professor Nguyen An Khuong for his patience, motivation, and the immense amount of knowledge he led us to. No matter how many times we let him down because of our unprofessional result, he is still calm and continues to support us.

We also want to thank the special supports from Mr. Phan Son Tu, who share with us valuable knowledge about the blockchain industry application while letting us work in his office. Besides that, we would like to show our appreciation to families and friends, who have greatly supported and encouraged us in this thesis and university life. 3 Abstract On the Internet, most of the financial applications apply the public key cryptography to verify users’s identities, manage their digital assets, authenticate and authorize them, etc.

In a blockchain environment, this model is crucial to keep the system works, since there are no intermediaries nor the central database for management. However; the user has to keep track of a lot of key pairs for each asset and this is not efficient. To solve this problem, we use an hierarchical deterministic wallet (HD wallet), which can derive hundreds of child wallets from a single master key-pair. Currently, there are already multiple protocols for an HD wallet for Secp256k1 while those for Ed25519 are neither well-known nor well developed.

In this thesis, we will try to analyze and build an HD wallet for Ed25519 signature schema. Contents Acknowledgement 1 Abstract 3 List of figures 7 List of tables 9 Chapter 1 INTRODUCTION 11 1.3 Scope of the study .2 Hierarchical deterministic wallet. 20 Chapter 3 PROTOCOLS AND RELATED WORKS 37 3. 64 Chapter 4 SYSTEM DESIGN 67 4.2 The hierarchical deterministic web wallet .2 The hierarchical deterministic web wallet .2 The hierarchical deterministic web wallet.

114 Chapter 7 CONCLUSION AND DISCUSSION 117 7. 119 Bibliography 121 List of Figures 2.1 Example of BIP32 key tree with depth 3 .2 Example of the extended private key .3 Master Extended Key generation Process .4 Normal Extended Private Key generation process .5 Normal Extended Public Key generation process .6 Hardened Extended Private Key generation process .7 Relation in BIP32 normal derivation protocol .8 Master Extended Key generation Process .9 Hardened Extended Public Key generation process .10 Multiply process of Ed25519 .11 Master key generation process .12 Private keypair derivation process .13 Public keypair derivation process .14 Random secret seed generation process .15 Example path of BIP44 .16 Example tree of wallets from given path .1 General library structure .3 Example of web wallet flow .4 HD web wallet tree .5 Between users and Wallet provider .6 Between users and blockchain networks .7 Between users and Address service .9 General JSON object of a Wallet .1 Typescript library structure .2 COMPONENTS JSON example .3 Different implementation in Montgomery Ladder .4 Overview of entire system .6 Create wallet page .7 Import wallet page. 106 8 LIST OF FIGURES 5.9 Transaction and search .1 Testcase results with mocha .2 Test airdrop with Solana .3 Test balance with Solana .4 Test transaction with Solana .5 Transaction detail on Solana Explorer .6 Coins transfered details. 113 List of Tables 4.1 Use case list .2 Use case: Create new wallet.3 Create new child wallet.4 Delete wallet from the browser.6 Modify addresses in the database.

86 1 Introduction In this chapter, we are going to discuss the overview of the wallet we are creating. Thus, we are going to present the objectives, scope, and structure of this thesis.3 Scope of the study .1 Overview At the moment, blockchain is a robust trend in financial technology. Blockchain is ate- chnology that enables truthless digital currencies transaction without intermediaries. It helps to prevent the double-spending and solve the censorship problem in traditional fi- nance.

Similar to a transaction in a bank, you need to sign it to provide the proof of identity. In the blockchain system, you use a digital signatures schema. The private key is kept private and used to sign the transaction, while the public key is accessible by ev- eryone, used to verify the signature. The sender can also use your public key as a public address to send cryptocurrency.

The pair of keys is preserved and managed by using a cryptocurrency wallet, or crypto wallet for short. Some people may call it a digital wallet, but that is not entirely cor- rect. A digital wallet (e-wallet) such as Momo and Paypal can hold users’s digital assets (government-issued currency) and link to their credit/debit cards. The banks apply the online banking service and allow the digital wallet to connect to users’s accounts, which means users are required to sign up the service first to use a digital wallet and they have to transfer indirectly through the banking system.

On the other hand, crypto wallet has access to users’s crypto assets, and can help them to transfer cryptocurrencies directly because the blockchain system does not required a trusted third party nor any intermedi- ary. All the transfer process takes in terms of minutes, no matter how far it is from you to the receiver. With some lightning-fast consensus like the Proof of History blockchain, it took less than 10 seconds. In the case of digital wallets or bank accounts, you have to wait for days before your transaction is confirmed, and it even worse when you decide to transfer to another country/state or cross-bank.

The bank does have a solution for this problem (NAPAS, Visa, MasterCard,.) but you have to pay an extra fee for the service no matter how much you spend. That is why rather than the traditional stock markets, people are more likely to invest in the decentralized system since they have to stay home due to the COVID pandemic. The cryptocurrency still has some more advantages to traditional finance, but for the scope of our thesis, we won’t include them here. Another difference is that, crypto wallet does not hold any of users’s private information such as phone number, name, ID card, etc (also know as KYC).

Therefore; users’s information is protected and will not be leaked even if the crypto wallet got hacked. In practical, the investors do not invest in a single market. They love to split their funds and put their money into multiple projects because one of the famous investment rule is “Don’t put all your eggs in one basket”. However; a crypto wallet creates a different key pair to sign for each transaction and each crypto wallet is connect to only one platform.

The users have to create multiple wallet for each market, and they have to keep track of the used key pairs for both backing up and avoiding key leakage. This is inconvenience for both advanced users and investors since hundreds of transactions are made and hundreds of markets launch per day. Also, crypto wallet or digital wallet, they are still online applications that rely on the Internet. An advanced user acknowledges that the blockchain system and the internet is not a safe place.

Both of the wallets are vulnerable to common attacks such as man-in-the- middle attack, phishing, social engineering, and more. These attacks are hard to prevent because they focus on the human factor: the users’s awareness. In addition, blockchain INTRODUCTION 13 system is a collection of digital signature, which reckons the digital signature algorithm (DSA). If users lost their private key, or the cryptography behind the DSA is broken, all of their assets are gone and there are no way to retrieve those assets because blockchain system holds no personal information about the users.2 Objectives To solve the first problem, we choose to work on an hierarchical deterministic wallet (HD wallet).

The HD secret key derivation and transfer protocol allow creating a huge amount of child keys from parent keys in a hierarchy. Crypto wallets using the HD protocol are called HD wallets. HD wallet helps the users to manage multiple child wallets and backup easier. If a child wallet is lost, the other child wallets remain safety when the parent keys are not leaked.

For the second problem, the main reason why we brought it up is that we found the standard digital signature algorithm (ECDSA) used in the blockchain system has a flaws since 2009 [1] so the need for a higher-security signature is vital. What catches our eyes is the Ed25519 digital signature schema.