Kako Bitcoin Core generira entropiju kada napravimo novi wallet

Kad u Bitcoin Coreu napraviš novi wallet, iza tog jednostavnog klika događa se dosta ozbiljna kriptografija.

Na površini to izgleda banalno: klikneš Create Wallet, i wallet je tu.

Ali ispod haube Bitcoin Core mora riješiti jedno od najvažnijih pitanja u cijeloj Bitcoin sigurnosti:

Kako stvoriti privatni ključ koji nitko drugi ne može pogoditi?

Ako je taj prvi broj — tajna iz koje nastaje tvoj wallet — loš, predvidiv ili na bilo koji način slab, cijela sigurnost walleta pada u vodu.

Zato je tema entropije toliko važna.

A upravo tu Bitcoin Core pokazuje zašto ga mnogi smatraju okosnicom Bitcoin ekonomije: ne zato što je “lijep” ili “moderan”, nego zato što je to softver koji je godinama detaljno proučavan, testiran i korišten kao temelj stvarnog Bitcoin sustava, uključujući i ozbiljne profesionalne i institucionalne stackove.

1. Što je entropija, najjednostavnije rečeno

Najjednostavnije:

Entropija je mjera nepredvidivosti.

Ako nešto možeš lako pogoditi, onda tu nema puno entropije.

Ako nešto ne možeš pogoditi ni približno, onda ima puno entropije.

Jednostavan primjer

Zamisli da bacimo pošten novčić.

Postoje samo dvije mogućnosti:

• glava
• pismo

To znači da postoji mala količina neizvjesnosti.

Ako bacimo novčić 10 puta, broj mogućih kombinacija naglo raste.

Ako bacimo novčić 256 puta, broj mogućih kombinacija postaje ogroman.

Kod privatnih ključeva upravo to želimo:

nešto što je toliko nepredvidivo da ga je praktički nemoguće pogoditi.

Još jednostavnije

• Datum rođenja ima malu entropiju.
• Lozinka 123456 ima malu entropiju.
• 32 bajta kvalitetne kriptografske slučajnosti imaju vrlo veliku entropiju.

Kod Bitcoina je bitno da privatni ključ ne izgleda samo nasumično, nego da stvarno bude nepredvidiv za napadača.

2. Bitcoin Core ne stvara 12 ili 24 riječi

Ovo je važno odmah raščistiti.

Kad napraviš novi standardni wallet u Bitcoin Coreu, Core ne generira BIP39 seed riječi kao neki drugi walleti.

Dakle, ne događa se ono poznato:

• 12 riječi
• 24 riječi
• zapiši ih na papir

Bitcoin Core radi nešto drugo.

On generira binarni seed, odnosno vrlo kvalitetnu slučajnu vrijednost u pozadini, i iz nje zatim gradi BIP32 HD wallet strukturu.

Drugim riječima:

Bitcoin Core radi izravno s kriptografskim materijalom, bez “riječi” kao korisničkog sloja.

To ne znači da je manje siguran.

To samo znači da koristi drukčiji model backupa i drukčiji pristup walletu.

3. Što se događa kada kliknemo “Create Wallet”

Ako pojednostavimo cijeli proces, događa se otprilike ovo:

• Bitcoin Core treba stvoriti novi privatni korijen walleta.
• Za to mora dobiti vrlo kvalitetnu slučajnost.
• Tu slučajnost uzima iz više izvora.
• Sve te izvore kriptografski miješa.
• Iz toga dobiva 32 bajta vrlo kvalitetne slučajnosti.
• Provjerava je li ta vrijednost valjan privatni ključ.
• Iz nje stvara BIP32 master ključ.
• Iz master ključa stvara grane walleta i adrese.

To je srž cijele priče.

4. Odakle Bitcoin Core uzima entropiju

Ovo je središnji dio članka.

Bitcoin Core ne kaže: “Uzet ću jedan broj i vjerovati da je dobar.”

Umjesto toga koristi više slojeva.

To je jako bitno.

Jer ako bi se oslonio samo na jedan izvor, onda bi kvar ili slabost tog jednog izvora bila veliki problem.

Zato Core radi nešto puno pametnije:

uzima više različitih izvora, miješa ih i gradi robustan interni generator slučajnosti.

Glavni izvori koje koristi su:

• operacijski sustav
• hardverski RNG procesora (kad postoji)
• vrijeme visoke preciznosti
• eventi / događaji unutar procesa
• dinamičko i statičko okruženje računala
• vlastito prethodno interno RNG stanje

Idemo redom.

5. Operacijski sustav je glavni izvor

Najvažniji izvor za stvaranje jakog privatnog ključa je generator slučajnosti operacijskog sustava.

To znači da Bitcoin Core traži od sustava:

• na Linuxu npr. getrandom()
• na macOS-u getentropy()
• na Windowsima odgovarajući sistemski RNG
• na nekim BSD sustavima druge sistemske metode

Kad Core želi jaku slučajnost za nešto važno poput wallet ključa, koristi funkciju GetStrongRandBytes().

Ta funkcija traži od operacijskog sustava svježih 32 bajta kriptografske slučajnosti.

Ovo je jako važno:

Ako taj OS izvor ne radi kako treba, Core ne nastavlja “na silu”, nego prekida.

To je dobra stvar.

Jer je daleko bolje ne stvoriti wallet nego stvoriti wallet sa slabim ključem.

Zašto je OS toliko važan?

Zato što operacijski sustav ima najbolji pregled nad cijelim računalom:

• vidi hardver
• vidi procese
• vidi prekide
• vidi razne fizičke i sistemske događaje
• sam održava svoj CSPRNG

Bitcoin Core zato ne izmišlja svoj fizički generator iz nule, nego koristi najbolje što operacijski sustav nudi — i onda to još dodatno miješa.

6. Hardverska slučajnost iz procesora

Ako procesor podržava određene instrukcije poput RDRAND ili RDSEED, Bitcoin Core može uzeti i dio slučajnosti iz CPU-a.

Ali tu je bitna jedna stvar:

Core ne tretira CPU kao jedini izvor istine.

Hardverska slučajnost je dodatni izvor, ne jedini temelj.

To je vrlo zdrava sigurnosna filozofija.

Ako hardverski izvor radi dobro — odlično, pomaže.

Ako ga nema — wallet se i dalje može napraviti sigurno.

Ako je loš — nije jedini faktor koji određuje konačni ključ.

Drugim riječima, Bitcoin Core ne kaže:

“vjerujem samo procesoru”

nego:

“uzet ću i to, ali ću ga pomiješati s ostalim izvorima”

To je puno bolji pristup.

7. Vrijeme i sitne razlike u izvršavanju

Core također koristi:

• vrlo precizno vrijeme
• neke informacije vezane uz izvršavanje koda
• sitne razlike u memorijskom rasporedu i procesu

To nisu glavni izvori na koje se oslanja samostalno, ali su korisni kao dodatni sloj.

Zašto?

Zato što pomažu da se različita pokretanja programa još više međusobno razlikuju.

Na primjer, čak i kad bi dva sustava bila vrlo slična, male razlike u:

• trenutku izvršavanja
• rasporedu memorije
• brzini izvođenja
• kontekstu procesa

mogu pomoći da se njihova stanja dodatno razdvoje.

Važno: to ne znači da je “vrijeme dovoljno” za sigurnost. Nije.

Ovo je samo još jedan pomoćni ulaz u širu mješavinu.

8. Događaji unutar procesa

Bitcoin Core prikuplja i određene “evente”, odnosno događaje koji se zbivaju tijekom rada procesa.

To mogu biti razne sitne stvari koje se događaju u programu i čije se vrijeme također može koristiti kao dodatni signal.

Poanta nije u tome da svaki event sam po sebi nosi veliku entropiju, nego da:

• unosi dodatne male nepredvidivosti
• doprinosi raznolikosti stanja
• pomaže u obrani u dubinu

Ovo je opet pomoćni sloj, ne glavni.

Bitcoin Core ne govori: “moji eventi su dovoljni.”

Nego: “i to ću dodati u mješavinu.”

9. Dinamičko i statičko okruženje računala

Bitcoin Core pri inicijalizaciji i povremeno u radu može u RNG uključiti i razne informacije o okruženju računala.

Pojednostavljeno rečeno, to uključuje stvari poput:

• određenih karakteristika sustava
• podataka o procesu
• informacijama o memoriji
• mrežnim sučeljima
• nekim sistemskim parametrima
• određenim podacima o filesystemu i okruženju

To ne znači da su svi ti podaci “tajni”.

Mnogi od njih možda nisu posebno osjetljivi.

Ali njihova uloga nije da pojedinačno “garantiraju” sigurnost, nego da:

• dodatno razlikuju jedno pokretanje od drugoga
• daju još više materijala za miješanje
• povećaju robustnost cijelog sustava

Opet, jako važno:

Bitcoin Core ne zbraja naivno te izvore i ne tvrdi da svaki bajt automatski znači jedan bit entropije.

To bi bilo loše i površno razmišljanje.

Umjesto toga koristi ih kao dodatni ulaz u kriptografski mikser.

10. Interno RNG stanje: Core pamti prethodno stanje

Još jedna bitna stvar:

Bitcoin Core ne kreće svaki put “od nule”.

On održava i vlastito interno stanje generatora slučajnosti.

To znači da postoji interni kriptografski state koji se stalno:

• hrani novim ulazima
• miješa
• obnavlja
• koristi kao dio sljedećeg koraka

To je važno jer sustav tada nije ovisan samo o jednom trenutnom pozivu operacijskom sustavu.

Drugim riječima:

Core akumulira i održava svoj vlastiti kvalitetni RNG state, a ne samo “uzima broj i gotovo”.

To mu daje dodatnu robusnost.

11. Kako se svi ti izvori spajaju

Sad dolazimo do srca stvari.

Bitcoin Core sve te ulaze ne koristi odvojeno, nego ih kriptografski miješa.

Za to koristi SHA-512.

Pojednostavljeno:

• uzme nove ulaze
• doda staro interno stanje
• doda brojač
• sve to prođe kroz SHA-512
• dio rezultata koristi kao izlaz
• dio rezultata sprema kao novo interno stanje

To je jako elegantan dizajn.

Zašto?

Zato što:

• svaki novi ulaz utječe na rezultat
• napadač ne može lako “razdvojiti” koji je dio odakle došao
• stanje se stalno osvježava
• izlaz i novo stanje su međusobno povezani, ali odvojeni

To nije “magija”, nego dobra kriptografska praksa.

12. Dodatno “jačanje” stanja

Bitcoin Core pri prvoj uporabi generatora radi i dodatno “jačanje” stanja.

Pojednostavljeno rečeno, određeno kratko vrijeme ponavlja kriptografsko miješanje kako bi dodatno učvrstio seedano stanje.

Često se to opisuje kao:

• jačanje pri pokretanju
• povremeno dodatno osvježavanje stanja kasnije

To ne znači da iz ničega stvara entropiju.

To je važno razumjeti.

Ako svi ulazi nečim čudom ne bi imali nikakvu stvarnu nepredvidivost, samo dodatno hashanje ne bi moglo magično stvoriti sigurnost.

Ali ako već imaš dobre ulaze, onda ovaj korak pomaže:

• dodatno izmiješati materijal
• otežati neke napade
• učiniti stanje robusnijim

Dakle: ne stvara čudo, nego pojačava već dobar proces.

13. Iz toga nastaje 32-bajtni privatni ključ

Nakon što je Core prikupio i izmiješao sve relevantne ulaze, dolazi do trenutka kad treba izvući konkretan rezultat.

Tu dobiva 32 bajta koji će biti kandidat za privatni ključ.

Ali tu posao još nije gotov.

Jer ne vrijedi baš svaki 32-bajtni niz kao valjan Bitcoin privatni ključ.

Zato Core radi provjeru.

14. Provjera je li broj valjan secp256k1 privatni ključ

Bitcoin koristi eliptičku krivulju secp256k1.

Privatni ključ mora biti u točno određenom rasponu.

Ako bi se dobila vrijednost koja nije valjana, Core je ne prihvaća.

Umjesto toga:

• odbaci je
• generira novu

To se zove rejection sampling.

U praksi je šansa da dobije nevaljanu vrijednost astronomski mala, ali sigurnosno je važno da provjera postoji.

To je još jedan znak ozbiljnosti sustava:

ne pretpostavlja se da je “svaki rezultat valjan”, nego se to stvarno provjerava.

15. Core zatim provjerava da privatni i javni ključ odgovaraju jedan drugome

Kad dobije valjan privatni ključ, Bitcoin Core iz njega izračuna pripadajući javni ključ.

Ali ni tu ne staje.

Radi dodatnu provjeru da privatni i javni ključ stvarno čine ispravan par.

Pojednostavljeno:

• izvede javni ključ
• napravi malu internu provjeru potpisa
• provjeri da sve radi kako treba

To je još jedna razina “sanity checka”.

Poanta je da sustav ne kaže samo:

“evo nekog broja, valjda je dobar”

nego:

“dobio sam broj, provjerio sam da je valjan, izveo sam javni ključ i provjerio da taj par stvarno radi”

To je vrlo dobar sigurnosni obrazac.

16. Iz privatnog ključa nastaje BIP32 master ključ

Nakon što je Core dobio dobar početni ključni materijal, od njega stvara BIP32 master ključ.

Tu dolazi HD wallet logika.

Umjesto da wallet svaki put iznova nasumično generira novu potpuno nepovezanu adresu, on stvara jedan korijen, a iz njega deterministički izvodi cijelo stablo budućih ključeva i adresa.

To se radi pomoću BIP32 mehanizma.

Bitcoin Core uzima seed i prolazi ga kroz HMAC-SHA512 s oznakom "Bitcoin seed".

Rezultat se dijeli na:

• master privatni ključ
• chain code

Ta dva dijela zajedno postaju temelj HD walleta.

Zašto je to korisno?

Jer onda iz jednog korijena možeš dobiti:

• puno adresa
• receive i change grane
• urednu strukturu walleta
• deterministički oporavak

Dakle, dobra entropija na početku omogućuje cijelu buduću strukturu walleta.

17. Bitcoin Core zatim stvara grane walleta

Kad postoji BIP32 korijen, Core iz njega gradi konkretne wallet grane.

Kod modernog descriptor walleta to znači da Core postavlja više standardnih grana za različite vrste izlaza, npr.:

• legacy
• nested segwit
• native segwit
• taproot

i za svaku od tih vrsta ima:

• vanjsku granu za primanje
• unutarnju granu za change

To je praktično zato što wallet dobije urednu strukturu i može unaprijed znati:

• kako generirati adrese
• kako pratiti sredstva
• kako organizirati različite tipove izlaza

To sve dolazi iz istog korijena.

Dakle:

nije svaki novi receive address rezultat nove fizičke entropije, nego rezultat determinističke derivacije iz već stvorenog korijena.

To je vrlo bitna razlika.

18. Keypool: unaprijed pripremljene buduće adrese

Bitcoin Core ne čeka da svaki put “izmisli” novu adresu od nule kad korisnik klikne Receive.

On unaprijed priprema niz budućih izvedenih ključeva i skripti.

To je keypool.

Poanta keypoola nije nova entropija za svaku adresu.

Poanta je:

• brži rad walleta
• spremne buduće adrese
• uredno upravljanje derivacijom

Drugim riječima, prava “kritična entropija” bila je potrebna na početku, kod stvaranja korijena walleta.

Kasnije većinom radiš s derivacijom.

19. Što ako wallet šifriramo lozinkom?

Ovdje je jako važno razlikovati dvije stvari:

• seed / privatni ključevi
• wallet passphrase

To nije isto.

Seed

Seed je ono iz čega nastaje wallet i privatni ključevi.

Passphrase za wallet

To je lozinka kojom štitiš podatke walleta na disku.

Kada enkriptiraš wallet, Bitcoin Core generira još jedan zaseban nasumični ključ koji služi za šifriranje wallet sadržaja.

Taj ključ je različit od samog wallet seeda.

Passphrase služi da zaključa taj enkripcijski sloj.

Drugim riječima:

• seed = temelj ključeva
• passphrase = zaštita pohranjenih podataka walleta

To znači da enkripcija walleta ne stvara seed i ne popravlja lošu entropiju, nego štiti već postojeće ključeve na disku.

To je korisno i važno, ali to je drugi sloj.

20. Što sve ovaj dizajn štiti

Bitcoin Coreov pristup entropiji vrlo je dobar jer štiti od mnogo realnih problema:

• ne oslanja se samo na jedan izvor
• koristi svježu OS slučajnost
• dodaje dodatne izvore
• ima vlastito interno stanje
• sve miješa kriptografski
• provjerava valjanost ključa
• provjerava da privatni i javni ključ odgovaraju
• može periodički osvježavati stanje
• faila “zatvoreno”, ne nastavlja ako OS RNG ne radi

To je ozbiljan sigurnosni dizajn.

21. Što ovaj dizajn ne može riješiti

Ipak, treba biti pošten i reći što sve ni najbolji RNG ne može riješiti.

Ako je računalo kompromitirano, to je drugi problem.

Na primjer:

• ako imaš malware koji čita memoriju
• ako netko kontrolira kernel
• ako ti netko snima tipkovnicu ili ekran
• ako je cijeli OS zlonamjerno kompromitiran
• ako izgubiš backup

onda sama kvaliteta entropije ne može spasiti cijeli sustav.

To je jako važno razumjeti.

Dobar RNG je nužan, ali nije dovoljan za cijeli cold storage sustav.

Zato ozbiljan custody uvijek uključuje i druge slojeve:

• odvojen uređaj
• offline potpisivanje
• dobar backup
• enkripciju
• proceduru
• fizičku sigurnost

22. Zašto je sve to važno za sliku Bitcoin Corea

Sad dolazimo do šire poante.

Poanta ovog članka nije samo reći:

“Bitcoin Core ima dobar RNG”

nego pokazati nešto veće:

Bitcoin Core je softver koji ozbiljno pristupa temeljnim sigurnosnim problemima Bitcoina.

To nije igračka.

To nije marketinški proizvod koji prodaje “magičnu sigurnost”.

To je sustav koji:

• validira Bitcoin mrežu
• koristi pažljivo građen kriptografski RNG
• stvara wallet korijene kroz ozbiljan proces
• podržava descriptor wallet model
• može sudjelovati u PSBT i offline workflowovima
• godinama je javno proučavan

Zato ga mnogi vide kao backbone Bitcoin ekonomije.

Ne zato što svi moraju koristiti baš njegov wallet na isti način.

Nego zato što Bitcoin Core često čini temeljni sloj koji:

• govori što je valjan blok
• govori što je valjana transakcija
• prati UTXO-e
• pruža pouzdanu validaciju
• omogućuje ozbiljne custody arhitekture

U institucionalnom svijetu često nije slučaj da je “sve” unutar Core walleta.

Često postoji širi stack:

• Bitcoin Core node
• indeksiranje i računovodstvo
• PSBT workflow
• HSM, multisig ili drugi signer
• offline potpisivanje
• broadcast preko Corea

Ali Core je i dalje vrlo često u središtu validacijskog dijela sustava.

23. Zašto je Bitcoin Core toliko pregledan i pouzdan

Još jedna važna poanta.

Snaga Bitcoin Corea nije samo u “dobroj ideji”, nego u tome što je to:

• open-source kod
• javno pregledavan
• testiran
• korišten godinama u stvarnom okruženju
• analiziran od vrlo jakih tehničkih ljudi

To ne znači da je nepogrešiv.

Ali znači da je riječ o vrlo ozbiljno proučavanom sustavu.

Kad je riječ o stvarima poput:

• RNG-a
• wallet logike
• secp256k1 biblioteke
• BIP32 derivacije
• descriptor walleta

tu se ne radi o površnom kodu.

Radi se o dijelovima Bitcoin stacka koji su među najvažnijima u cijelom ekosustavu.

Zaključak

Ako sve pojednostavimo u jednu rečenicu, mogli bismo reći ovako:

Kada Bitcoin Core stvara novi wallet, on ne “smisli neki nasumičan broj”, nego kroz vrlo ozbiljan i višeslojan postupak stvara visokokvalitetan privatni korijen iz kojeg kasnije nastaje cijeli wallet.

Taj postupak uključuje:

• operacijski sustav kao glavni izvor slučajnosti
• hardversku slučajnost kad je dostupna
• vrijeme i događaje
• informacije o okruženju
• interno stanje generatora
• kriptografsko miješanje preko SHA-512
• provjeru valjanog privatnog ključa
• provjeru privatno-javnog para
• BIP32 stvaranje master ključa
• postavljanje descriptor wallet grana

To je upravo onaj tip dizajna koji želiš vidjeti kod softvera koji treba čuvati ozbiljnu količinu bitcoina.

A to je i razlog zašto je Bitcoin Core puno više od običnog wallet programa.

On je jedan od najvažnijih tehničkih temelja cijelog Bitcoin sustava.