Day 12 - Web 3 與 App：創多鏈錢包與發送交易

15th鐵人賽

Harry Chen

2023-09-21 09:56:25

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今天我們正式進入到 Web3 與 App 開發的主題，使用的框架/語言是 Flutter/Dart，對於 Flutter 及 Dart 不熟悉的讀者可以先參考官方的介紹與教學：https://flutter.dev/ 。接下來會跳過初始化一個 Flutter App 的過程，直接進入錢包相關功能的實作。今天的目標是做到多鏈錢包的管理，包含 Bitcoin, Ethereum, Tron 的多鏈錢包，以及在這些鏈上如何發出交易。之前的內容較專注在 Ethereum 鏈的機制，因此也會稍微介紹 Bitcoin, Tron 與 Ethereum的不同。

創建錢包

要實作 Bitcoin, Ethereum, Tron 的多鏈錢包，最方便的作法還是使用 HD Wallet，因為這樣使用者只要記一個註記詞，就能用他計算出 Bitcoin, Ethereum, Tron 鏈的錢包（不熟悉的讀者可以回去看 Day 10 的內容），而且每條鏈還能產生多個錢包，可以說光一個註記詞就能儲存一個人在任何區塊鏈上的資產了（只要任何新的公鏈都選擇好在 BIP-44 標準中要用什麼 Coin Type 即可）

可以安裝 bip39 跟 flutter_bitcoin 套件來透過註記詞產生 HD Wallet，並按照 BIP-44 標準查到 Bitcoin, Ethereum, Tron 各自對應的 Coin Type 為 0, 60, 195，因此就可以 Derive 出對應的公私鑰：

import 'package:bip39/bip39.dart' as bip39;
import 'package:flutter_bitcoin/flutter_bitcoin.dart';

final mnemonic = bip39.generateMnemonic(strength: 128);
final seed = bip39.mnemonicToSeed(mnemonic);
final hdWallet = HDWallet.fromSeed(seed);
btcWallet = hdWallet.derivePath("m/44'/0'/0'/0/0");
ethWallet = hdWallet.derivePath("m/44'/60'/0'/0/0");
tronWallet = hdWallet.derivePath("m/44'/195'/0'/0/0");

這時 btcWallet, ethWallet, tronWallet 都是 HDWallet 這個 class 的物件，裡面儲存這個錢包的公鑰跟私鑰，但要計算出錢包地址的話還需要做一些轉換，因為公鑰跟私鑰都只是長度 256 bits 的 hex 字串。前面 HD Wallet 使用的套件是 flutter_bitcoin ，預設他就有個 address 欄位可以拿到 Bitcoin 的地址：

final btcAddress = btcWallet.address;

再來是 Ethereum 的地址，web3dart 是方便我們產生與管理 Ethereum 錢包、跟區塊鏈互動、發送交易的套件，裡面也提供了從 private key 轉成以太坊地址的 function：

import 'package:web3dart/web3dart.dart';

final ethPriKey = EthPrivateKey.fromHex(ethWallet.privKey!);
final ethAddress = ethPriKey.address.hex;

至於 Tron 則可以使用 wallet 套件來作轉換：

import 'package:wallet/wallet.dart' as wallet;

final tronPrivateKey =
    wallet.PrivateKey(BigInt.parse(tronWallet.privKey!, radix: 16));
final tronPubKey = wallet.tron.createPublicKey(tronPrivateKey);
tronAddress = wallet.tron.createAddress(tronPubKey);

結果如下：

這三條鏈從 private key 轉成地址的定義都不一樣：

Bitcoin 會先對公鑰做 SHA256 hash 再做 RIPEMD160 hash，在前後加入一些版本與 checksum 資訊後用 Base58 編碼得出
Ethereum 是取公鑰做 keccak256 hash 後拿最後 20 bytes 作為地址
Tron 則是先對公鑰經過跟 Bitcoin 一樣的 hash 方式（SHA256, RIPEMD160），但最後用的是 Base58Check 編碼方式

因為生成方式不同，Bitcoin 地址通常會以 1 或 3 開頭（在一些比較新的地址版本如 SegWit 或 Taproot 可能會是 bc1 開頭），而 Tron 則是 T 開頭，這樣也有個好處是看到地址就能大致知道是什麼鏈的地址。

交易簽名

有了私鑰與地址後就可以來實作交易簽名與送出。Ethereum 的作法大家應該已經熟悉，指定好 from address, to address, value（要送出多少 ETH）, chain ID 後用 web3dart 提供的 signTransaction() ，會自動從鏈上查詢當下的 gas price, gas limit, nonce 等資訊，簽名完後就可以使用 sendRawTransaction() 送出交易：

const alchemyApiKey = '...';
final web3Client = Web3Client('https://eth-sepolia.g.alchemy.com/v2/${alchemyApiKey}', Client());

Future<String> signTransaction({
  required EthPrivateKey privateKey,
  required Transaction transaction,
}) async {
  try {
    final result = await web3Client.signTransaction(
      privateKey,
      transaction,
      chainId: 11155111,
    );
    return HEX.encode(result);
  } catch (e) {
    rethrow;
  }
}

// sign and send transaction
final ethPriKey = EthPrivateKey.fromHex(ethWallet.privKey!);
final tx = await signTransaction(
  privateKey: ethPriKey,
  transaction: Transaction(
    from: ethPriKey.address,
    to: EthereumAddress.fromHex("0xE2Dc3214f7096a94077E71A3E218243E289F1067"),
    value: EtherAmount.fromBase10String(EtherUnit.gwei, "10000"),
  ),
);
final txHash = 
    await web3Client.sendRawTransaction(Uint8List.fromList(HEX.decode(tx)));
print(txHash);

前面一樣要先建立跟 RPC node（也就是 Alchemy）的連線才能從鏈上查詢當下的資料，整體程式碼應該算好理解。

再來由於 Tron 的簽名與發送交易在 Dart 中還沒有好用的 library，這裡先只介紹比特幣的交易簽名機制。對 Tron 交易機制有興趣的讀者可以參考官方的 JS Library 中的作法：https://developers.tron.network/v3.7/docs/tronweb-transaction-builder

Bitcoin 的設計方式跟 Ethereum 不太一樣，在 Ethereum 中是使用「帳戶模型」，意思是每個地址都是一個帳戶，區塊鏈中直接紀錄了每個帳戶的 ETH 餘額，並且每個帳戶都對應一個 Nonce 代表他已經發送過幾個交易。

但 Bitcoin 中是使用「UTXO 模型」，也就是 Unspent Transaction Output （未花費的交易輸出）的簡稱，例如 B 曾經轉給 A 一個 BTC、C 曾經轉給 A 兩個 BTC，這時區塊鏈上會紀錄 A 有兩個 Unspent Transaction Output：1 BTC 跟 2 BTC，用這些 UTXO 的總和可以算出 A 的餘額有 3 BTC。

假設接下來 A 要送出 2.5 BTC 給 D，那麼這個交易的結構會長得像這樣：

Inputs:
- 1 BTC from B
- 2 BTC from C

Outputs:
- 2.5 BTC to D
- 0.5 BTC to A

這邊忽略了礦工費，所以實際 A 剩餘的 BTC 數量會少於 0.5。所以 A 其實是拿他過去的兩個 UTXO 來組合出 2.5 BTC 的 output 送給 D，再把找的零錢（0.5 BTC）給自己，來完成這筆 UTXO 交易。因此一個 Bitcoin 的交易可以有任意多個 inputs / outputs，而越多 inputs / outputs 也就需要越高的 gas fee。Bitcoin 是用 Satoshi per Byte 乘上 Transaction Bytes 來算出最終的礦工費（Satoshi 是比特幣的最小單位，1 Bitcoin = 10^8 Satoshi），可以各自想像成 Ethereum 中的 Gas Price 以及 Gas Limit，詳細可以參考官方的解說：https://en.bitcoinwiki.org/wiki/Transaction_commission

有了這些概念後，就可以來看範例的 Bitcoin 交易簽名如何實作：

String sampleBitcoinTx(HDWallet btcWallet) {
  final txb = TransactionBuilder();
  txb.setVersion(1);
  // previous transaction output, has 15000 satoshis
  txb.addInput(
      '61d520ccb74288c96bc1a2b20ea1c0d5a704776dd0164a396efec3ea7040349d', 0);
  // (in)15000 - (out)12000 = (fee)3000, this is the miner fee
  txb.addOutput('1cMh228HTCiwS8ZsaakH8A8wze1JR5ZsP', 12000);
  txb.sign(vin: 0, keyPair: ECPair.fromWIF(btcWallet.wif!));
  return txb.build().toHex();
}

只要使用 flutter_bitcoin 套件提供的 TransactionBuilder() 並加上對應的 inputs, outputs 即可。但以上的程式碼還不夠完整，因為有個問題是要如何知道當下地址有哪些 UTXO 來作為 inputs？這個就需要使用第三方的 API 來查詢了，像 QuickNode 跟 Blockchair 等服務都有提供，完整實作就不在這裡展開。

完整應用

有了以上程式碼就可以來完成一個簡單的應用：輸入註記詞後產生對應的 Bitcoin, Ethereum, Tron 地址、簽名出 Bitcoin, Ethereum 的交易，以及送出 Ethereum 的交易。這裡沒有示範送出 Bitcoin 的交易是因為還需要領取測試網上的幣，讀者可以自行嘗試。以下是這個應用送出 Ethereum 交易後的樣子：

小結

今天我們稍微介紹了 Bitcoin, Tron 與 Ethereum 的差別，包含地址與交易的生成方式，並使用 Dart 來實作他們。完整的 Flutter 應用在這裡，有安裝好 Flutter 以及 Android/iOS 模擬器的讀者可以使用以下指令把他跑起來：

flutter pub get
flutter run

今天的知識已經足以在 Flutter 中實作一個基本的多鏈錢包了，而且只要修改 HD Wallet 的 Derive Path 參數的最後一個數字，就能產生一條鏈上的多個錢包。接下來我們會介紹 Flutter 中如何發送 Token Transfer 的交易，以及 Gas Fee 的進階設定方式：EIP 1559。