Выбираем валюту и готовим инструментарий
В качестве криптовалюты мы выбрали биткойны — из-за их высокой стоимости и относительно хорошей документации. Так как биткойн-сеть не имеет централизованного хранилища данных, чтобы с ней работать, нам понадобятся средства синхронизации с другими узлами сети. К счастью, есть готовое решение — пакет программ Bitcoin Core. Синхронизация с живой сетью занимает очень много времени и места на диске, поэтому для начала разработки и тестирования лучше использовать тестовую сеть testnet, которую периодически очищают от информации о транзакциях. Запускаем UI-приложение Bitcoin Core (testnet) и ждем, пока закончится синхронизация. В дальнейшем для работы будем пользоваться консольным сервисом bitcoind.
Для общения с bitcoind используется протокол JSON-RPC. Это очень простой протокол поверх HTTP, позволяющий вызывать методы сервера, используя JSON, чтобы задавать имя метода и параметры.
По умолчанию в целях безопасности возможность подключения к bitcoind отключена. Чтобы ее включить, нужно создать файл bitcoin.conf в каталоге Windows: %APPDATA%\Bitcoin\ (например, C:\Users\username\AppData\Roaming\Bitcoin\bitcoin.conf) или Linux: $HOME/.bitcoin/ (например, /home/username/.bitcoin/bitcoin.conf). Готовый файл можно взять с GitHub. Находим в нем и редактируем следующие параметры:
## Говорим серверу использовать тестовую сеть, а не настоящую
testnet=1
## Имя пользователя и пароль, конечно же, нужно поменять на сложные
rpcuser=rpcuser
rpcpassword=rpcpassword
Загрузка ...Чтобы проверить настройки, можно воспользоваться готовым клиентом bitcoin-cli. Например, выполнив команду getinfo (предварительно запустив bitcoind). Подробное описание всех команд можно посмотреть тут.
Наш JSON-RPC-клиент напишем, используя фреймворк Vert.x, потому что он простой, код занимает мало места и в нем реализованы все необходимые нам функции.
Итак, создаем HTTP-клиент. Bitcoind использует базовую аутентификацию, поэтому конвертируем в Base64 строку с логином и паролем.
client = vertx.createHttpClient();
requestOptions = new RequestOptions()
.setHost(host)
.setPort(port)
.setURI("/");
base64Key = Base64.getEncoder().encodeToString((user + ':' + password).getBytes());
Пишем простой метод для вызова методов bitcoind. Будем передавать в него команду в JSON-формате и handler, чтобы реагировать на полученный ответ от сервера.
private void executeRpc(String command, final Handler<Buffer> handler) {
client
.post(requestOptions, result → {
if (result.statusCode() == 200) {
result.bodyHandler(handler);
} else {
System.out.println("Failed do post because " + result.statusMessage());
}
})
.putHeader(HttpHeaders.CONTENT_TYPE, "application/json")
.putHeader(HttpHeaders.AUTHORIZATION, "Basic " + base64Key)
.putHeader(HttpHeaders.CONTENT_LENGTH, String.valueOf(command.length()))
.write(command)
.end();
}
Основные команды, которые нам понадобятся, — это получить работу и отправить работу. Но прежде чем приступать к их реализации, рассмотрим подробнее процесс майнинга. Как известно, биткойн базируется на цепочке блоков, в которых хранится информация обо всех транзакциях. Каждый блок состоит из заголовка и списка транзакций. Задача майнера — получить хеш заголовка блока, значение которого меньше заданного. За это он вознаграждается некоторой суммой криптоденег.
Заголовок состоит из нескольких полей:
- версия (определяет версию валидации блока),
- хеш заголовка предыдущего блока,
- корень Меркле (хеш всех транзакций, включенных в блок),
- время создания блока,
- bits (закодированная версия заданного максимального значения хеша блока),
- nonce (произвольное значение).
Всю эту информацию позволяет получить команда getblocktemplate.
executeRpc(new JsonObject(ImmutableMap.of(
"id", "1",
"method", "getblocktemplate",
"params", "",
"jsonrpc", "1.0")).toString(), buffer → {
createJobData(buffer.toJsonObject());
});
В результате получим JSON-объект.
{
"result": {
"version": <версия блока>,
"previousblockhash": "<хеш предыдущего блока>",
"transactions": [ <транзакции, которые нужно включить в блок>
{
"data": "<данные транзакции>",
"hash": "<хеш транзакции, который понадобится для построения корня Меркле>",
"fee": <разница в биткойнах между входами и выходами>,
...
}
...
],
"coinbaseaux": { <данные, которые нужно включить в скрипт транзакции генерации новых денег>
"flags": ""
},
"coinbasevalue": <максимальная награда за майнинг этого блока>,
"target": "<целевое значение для хеша блока>",
"mintime": <минимальное возможное время создания блока>,
"mutable": [ <изменяемые поля>
"time",
"transactions",
"prevblock"
],
"noncerange": "<допустимый диапазон nonce>",
"curtime": <время создания блока>,
"bits": "<упакованное значение target>",
"height": <высота текущего блока>
},
"error": null,
"id": "1"
}
Чтобы добиться нужного значения хеша заголовка, майнер может менять nonce и время создания блока (в ограниченном диапазоне). Размерность nonce и ограничения на изменения времени создания блока приводят к ограниченному диапазону перебора возможных значений. Чтобы его увеличить, предусмотрена возможность изменения транзакций, в результате чего меняется корень Меркле, увеличивая тем самым варианты перебора. Задача пула — распределить работу между майнерами таким образом, чтобы их работа не дублировалась.
Первой транзакцией в блоке обычно идет так называемая coinbase-транзакция, которая отвечает за генерацию новых денег. Она отличается от обычной транзакции тем, что не имеет входа, описывающего, откуда пришли деньги. Кроме того, в каждой транзакции есть поля scriptPubKey и scriptSig. В них содержится небольшая программа на языке Script, которая отвечает за валидацию транзакции. Чтобы транзакция считалась валидной, вызывается сначала scriptSig из старой транзакции, а затем scriptPubKey из новой транзакции. Если выполнение успешно, то транзакция считается валидной. Так как в coinbase-транзакции нет входящей транзакции, то поле scriptSig называется coinbase и в него можно писать любую информацию. Этим и пользуются пулы, чтобы увеличить диапазон перебираемых значений.
Разработчики Bitcoin немного перемудрили с представлением данных — то прямой, то обратный порядок байтов, поэтому, чтобы не сойти с ума, воспользуемся для генерации coinbase-транзакции Java-библиотекой bitcoinj.
TestNet3Params params = TestNet3Params.get(); // Используем тестовую сеть
byte[] pubKeyTo = (new ECKey()).getPubKey(); // Тут должен быть валидный кошелек пула
Coin coin = Coin.valueOf(blocktemplate.getJsonObject("result").getLong("coinbasevalue"));
int height = blocktemplate.getJsonObject("result").getInteger("height");
String coinbaseauxFlags = blocktemplate.getJsonObject("result").getJsonObject("coinbaseaux").getString("flags");
byte[] extranonce = new byte[8];
String message = "Troyanpool Rulez!";
byte[] coinbase = generateCoinbaseTransaction(params, height, extranonce, message, pubKeyTo, coin).bitcoinSerialize();
private Transaction generateCoinbaseTransaction(NetworkParameters params, int height, String coinbaseauxFlags, byte[] extranonce, String message, byte[] pubKeyTo, Coin value) {
Transaction coinbase = new Transaction(params);
ScriptBuilder inputBuilder = new ScriptBuilder();
inputBuilder.number((long)height);
byte[] coinbseauxFlagsData = isNotEmpty(coinbaseauxFlags) ? coinbseauxFlagsData = HEX.decode(coinbaseauxFlags) : new byte[0];
byte[] messageData = message.getBytes();
byte[] data = new byte[coinbseauxFlagsData.length + extranonce.length + messageData.length];
if (coinbseauxFlagsData.length > 0) {
System.arraycopy(coinbseauxFlagsData, 0, data, 0, coinbseauxFlagsData.length);
}
System.arraycopy(extranonce, 0, data, coinbseauxFlagsData.length, extranonce.length);
System.arraycopy(messageData, 0, data, coinbseauxFlagsData.length + extranonce.length, messageData.length);
inputBuilder.data(data);
coinbase.addInput(new TransactionInput(params, coinbase, inputBuilder.build().getProgram()));
coinbase.addOutput(new TransactionOutput(params, coinbase, value, ScriptBuilder.createOutputScript(ECKey.fromPublicOnly(pubKeyTo)).getProgram()));
return coinbase;
}
Для удобства майнеров (чтобы им лишний раз не делать вычисления) разделим coinbase-транзакцию на три части: coinbase1, extranonce, coinbase2.
Осталось обеспечить канал связи с майнерами. Для этого воспользуемся протоколом Stratum. Он базируется на TCP/IP-сокетах, через которые гоняются данные в формате JSON. Создадим обработчик соединения с майнерами.
vertx.createNetServer().connectHandler(netSocket → {
// Конец команды обозначается символом перевода каретки
RecordParser parser = RecordParser.newDelimited("\n", netSocket);
parser
.endHandler(v → netSocket.close())
.exceptionHandler(throwable → {
throwable.printStackTrace();
netSocket.close();
})
.handler(buffer → {
String inputCommand = buffer.toString("UTF-8");
processCommand(new JsonObject(inputCommand));
});
}).listen(33333);
Протокол требует авторизации майнеров, а так как наши майнеры не совсем люди и никак не могут зарегистрироваться, можно логин генерировать, пароль же либо зашить в исходный код майнера, либо вычислять по известному пулу и майнеру алгоритму. Подробнее о протоколе Stratum можно почитать тут. Чтобы гарантированно распределять уникальную часть работы каждому майнеру, разделим extranonce на две части и в первой будем проставлять счетчик майнеров, а вторую разрешим изменять.
// Сохраним информацию о майнере
Miner miner = new Miner(netSocket);
miner.setExtranonce1(minerCounter++);
Информацию об extranonce и уникальный идентификатор подписки отправляем клиенту в ответ на команду mining.subscribe:
if (command.getString("method").equalsIgnoreCase("mining.subscribe")) {
String answer = "{\"jsonrpc\":\"2.0\",\"result\":[[\"mining.notify\",\"" + subscriptionId + "\"],\""
+ extraNonce1 + "\"," + extraNonce2.length + "],\"id\":1}";
Сформируем задание для майнера.
{
"params":
["<идентификатор задания>",
"<хеш предыдущего блока>",
"<coinbase1>",
"<coinbase2>",
["<хеш транзакции 1>", ... "<хеш транзакции х>"],
"<версия>",
"<bits>",
"<время создания блока>",
<если true, то необходимо переключиться на новую задачу>],
"id": "1", "method": "mining.notify"
}
Когда майнер найдет решение, он пришлет вторую часть extranonce, время создания блока и nonce. Пулу необходимо собрать новый блок и отправить его в bitcoin-сеть.
TestNet3Params params = TestNet3Params.get(); // Используем тестовую сеть
// Не забываем добавить coinbase-транзакцию
transactions.add(generateCoinbaseTransaction(params, height, extranonce, message, pubKeyTo, coin));
Block block = new Block(params, blockVersion, prevBlockHash, merkelRoot, ntime, difficulty, nonce, transactions);
byte[] blockBytes = block.bitcoinSerialize();
executeRpc(new JsonObject(ImmutableMap.of(
"id", "1",
"method", "submitblock",
"params", HEX.encode(blockBytes),
"jsonrpc", "1.0")).toString(), buffer → {
JsonObject result = buffer.toJsonObject();
if (result.getString("result") == null) {
System.out.println("Блок успешно вставлен!");
}
});
Когда блок успешно добавлен, нужно уведомить всех клиентов об отмене работы над этим блоком. Для этого используем шину событий.
// Сервер подписывается на события
vertx.eventBus().consumer("miner.notify", message → {
for (Miner miner : miners) {
miner.getSocket().write(message.body().toString());
}
});
...
// Планировщик заданий отправляет уведомление о новой работе
vertx.eventBus().publish("miner.notify", jobNotification);
Вуаля!
Наш проект завершен. Осталось добавить обработку ошибок, и можно начинать майнить. Однако помни, что пул для майнинга требует хорошего канала и довольно много места на диске. И не забудь предупредить об этих ограничениях друзей, которые добровольно согласятся тебе помочь в майнинге криптовалюты, ведь ты не хочешь ненароком их огорчить? 🙂
