Осваиваем биткойн. Программирование блокчейна (1500,00 руб.)

Стр.5

Стр.6

Стр.7

Стр.8

Стр.9

Стр.10

Стр.11

Стр.12

Стр.13

УДК 004.738.5:336.74Bitcoin ББК 32.971.35+65.262.6с А72 А72 Осваиваем биткойн / пер. с анг. А. В. Снастина. – М.: ДМК Пресс, 2018. – 428 с.: ил. Антонопулос А. М. ISBN 978-5-94074-965-3 Второе издание бестселлера включает подробное введение в самую известную криптовалюту – биткойн, а также в лежащую в ее основе технологию блокчейна. Приведено описание технических основ биткойна и других валют, описание децентрализованной сети биткойн, пиринговой архитектуры, жизненного цикла транзакций и принципов обеспечения безопасности. Показаны методики разработки блокчейн­приложений с многочисленными примерами кода. Книга будет интересна разработчикам, инженерам, архитекторам программных и прочих систем, а также всем, кто хочет глубже узнать о криптовалютах и блокчейнтехнологиях. УДК 004.738.5:336.74Bitcoin ББК 32.971.35+65.262.6с 9781491954386 © 2017 Andreas M. Antonopoulos LLC. This translation is published and sold by permission of O'Reilly Media, Inc., which owns or Authorized Russian translation of the English edition of Mastering Bitcoin, 2nd Edition ISBN controls all rights to publish and sell the same. Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав. ISBN 978­1­491­95438­6 (анг.) ISBN 978­5­94074­965­3 (рус.) © Оформление, издание, перевод, ДМК Пресс, 2018 Copyright © 2017 Andreas M. Antonopoulos LLC

Стр.5

Содержание Предисловие ......................................................................................................14 Благодарности ...................................................................................................19 Глава 1. Введение ..............................................................................................24 Что такое биткойн ................................................................................................24 История создания биткойна ................................................................................27 Варианты использования биткойнов, пользователи и их истории ..................29 Начинаем обучение ..............................................................................................30 Выбор биткойн­кошелька ................................................................................31 Сразу переходим к делу ...................................................................................33 Получаем свой первый биткойн ......................................................................35 Поиск информации о текущей стоимости биткойна .....................................36 Отправка и получение биткойна .....................................................................37 Глава 2. Как работает биткойн .......................................................................40 Транзакции, блоки, майнинг и блокчейн ...........................................................40 Общий обзор биткойн­системы ......................................................................40 Покупка чашки кофе ........................................................................................41 Транзакции биткойна ..........................................................................................43 Входные и выходные данные транзакции ......................................................43 Цепочки транзакций ........................................................................................44 Получение сдачи ...............................................................................................45 Общие формы транзакций ..............................................................................46 Создание транзакции ...........................................................................................47 Формирование правильных входных данных ................................................48 Формирование выходных данных ..................................................................49 Добавление транзакции в реестр ....................................................................51 Майнинг биткойнов .............................................................................................52 Майнинг транзакций в блоках .............................................................................54 Расходование транзакции ....................................................................................56 Глава 3. Bicoin Core: эталонная реализация ...............................................58 Среда разработки биткойна .................................................................................59

Стр.6

6  Содержание Компиляция Bitcoin Core из исходных кодов .....................................................60 Выбор версии Bitcoin Core ...............................................................................60 Конфигурирование компилируемой версии Bitcoin Core .............................61 Сборка выполняемых файлов Bitcoin Core .....................................................64 Запуск узла Bitcoin Core........................................................................................65 Самый первый запуск Bitcoin Core ..................................................................67 Конфигурирование узла Bitcoin Core ..............................................................67 Прикладной программный интерфейс (API) Bitcoin Core .................................72 Получение информации о состоянии клиента Bitcoin Core ..........................73 Обработка и расшифровка транзакций ..........................................................74 Исследование блоков ........................................................................................76 Использование программного интерфейса Bitcoin Core ...............................77 Прочие клиенты, библиотеки и инструментальные пакеты .............................80 C/C++ ..................................................................................................................80 JavaScript ...........................................................................................................80 Java .....................................................................................................................81 Python ................................................................................................................81 Ruby ...................................................................................................................81 Go .......................................................................................................................81 Rust ....................................................................................................................81 C# .......................................................................................................................81 Objective­C .........................................................................................................82 Глава 4. Ключи и адреса ..................................................................................83 Введение ................................................................................................................83 Криптография с открытым ключом и криптовалюта ....................................84 Секретный ключ и открытый ключ .................................................................85 Секретные ключи..............................................................................................86 Открытые ключи ..............................................................................................88 Криптография с использованием эллиптических кривых ............................89 Генерация открытого ключа ............................................................................91 Биткойн­адреса ....................................................................................................93 Форматы кодирования Base58 и Base58Check ................................................94 Форматы ключей ..............................................................................................99 Реализация ключей и адресов на языке Python ...............................................105 Усовершенствованные ключи и адреса .............................................................108 Зашифрованные секретные ключи (BIP­38) .................................................109 Адреса скриптов Pay­to­Script Hash (P2SH) и адреса мультиподписей .............................................................................................110 «Престижные» адреса .....................................................................................112

Стр.7

Содержание  7 Глава 5. Кошельки ...........................................................................................121 Общий обзор технологии кошельков ................................................................121 Недетерминированные кошельки (со случайным выбором ключей) ........122 Детерминированные кошельки (с источником) ..........................................123 HD­кошельки (BIP­32/BIP­44) ........................................................................123 Источники и мнемонические коды (BIP­39) ................................................125 Оптимальные практические методики технологии кошельков .................125 Практическое использование биткойн­кошелька .......................................126 Подробности технологии кошельков ................................................................128 Мнемонические кодовые слова (BIP­39).......................................................128 Создание HD­кошелька из источника ...........................................................134 Использование расширяемого открытого ключа в веб­магазине ..............139 Глава 6. Транзакции ........................................................................................146 Введение ..............................................................................................................146 Транзакции в подробностях ..............................................................................146 Транзакции – что внутри ...............................................................................147 Входные и выходные данные транзакции ........................................................148 Выходные данные транзакции ......................................................................150 Входные данные транзакции .........................................................................153 Оплата транзакций .........................................................................................156 Добавление сумм оплаты в транзакции .......................................................160 Скрипты транзакций и язык Script ...................................................................161 Неполнота по Тьюрингу .................................................................................162 Верификация без сохранения состояния ......................................................162 Формирование структуры скрипта (Lock + Unlock) ......................................162 Скрипт Pay­to­Public­Key­Hash (P2PKH) .......................................................167 Цифровые подписи (ECDSA) ..............................................................................169 Как работают цифровые подписи .................................................................170 Проверка цифровых подписей ......................................................................172 Типы хэш­значений подписи (SIGHASH) .....................................................172 Математическое обоснование алгоритма ECDSA ........................................175 Важность фактора случайности в цифровых подписях ...............................176 Биткойн­адреса, балансы и прочие абстракции ..............................................177 Глава 7. Более сложные транзакции и скрипты ......................................181 Введение ..............................................................................................................181 Мультиподписи ...................................................................................................181 Скрипт Pay­to­Script­Hash (P2SH)......................................................................183

Стр.8

8  Содержание Адреса P2SH ....................................................................................................186 Преимущества механизма P2SH ....................................................................186 Погашающий скрипт и проверка корректности ..........................................187 Запись выходных данных (RETURN) .................................................................188 Блокировки по времени (timelocks) ..................................................................190 Блокирование транзакции по времени (nLocktime) ....................................190 Check Lock Time Verify (CLTV) ........................................................................191 Относительные блокировки по времени ......................................................193 Относительные блокировки по времени, устанавливаемые полем nSequence ........................................................................................................194 Относительные блокировки по времени с применением параметра CSV ................................................................................................196 Median­Time­Past ............................................................................................196 Защита блокировок по времени от нелегального получения отчислений ......................................................................................................197 Скрипты с управлением потоком выполнения (условные выражения) .........198 Условные выражения с применением оператора VERIFY ...........................200 Использование средств управления потоком выполнения в скриптах .....201 Пример сложного скрипта .................................................................................202 Глава 8. Сеть биткойна ...................................................................................205 Архитектура пиринговой сети ...........................................................................205 Типы и роли узлов ..............................................................................................206 Расширенная биткойн­сеть ...............................................................................207 Сеть Bitcoin Relay Network ..................................................................................209 Обследование биткойн­сети ..............................................................................211 Полноценные узлы .............................................................................................215 Взаимная «инвентаризация» .............................................................................216 Узлы с упрощенной проверкой платежей (SPV) ...............................................218 Фильтр Блума ......................................................................................................221 Как работает фильтр Блума ...........................................................................221 Как SPV­узлы применяют фильтры Блума........................................................225 SPV­узлы и приватность .....................................................................................227 Зашифрованные и защищенные соединения ..................................................227 Tor Transport ....................................................................................................227 Аутентификация и шифрование в пиринговой сети ...................................228 Пулы транзакций ................................................................................................229 Глава 9. Блокчейн ............................................................................................231 Введение ..............................................................................................................231

Стр.9

Содержание  9 Структура блока ..................................................................................................233 Заголовок блока ..................................................................................................233 Идентификаторы блока: хэш­значение заголовка блока и высота блока ......234 Первичный блок .................................................................................................235 Связывание блоков в структуру данных блокчейна.........................................236 Деревья Меркле ..................................................................................................237 Деревья Меркле и упрощенная верификация платежей (SPV) .......................244 Тестовые структуры блокчейна в биткойн­системе ........................................244 Testnet – «песочница» для тестирования биткойнов ...................................245 Segnet – тестовая сеть для функции Segregated Witness ..............................247 Regtest – локальная структура данных блокчейна .......................................247 Использование тестовых структур блокчейна для разработки .......................248 Глава 10. Майнинг и консенсус ....................................................................249 Введение ..............................................................................................................249 Экономика биткойна и создание валюты .....................................................251 Децентрализованный консенсус .......................................................................253 Независимая верификация транзакций ...........................................................254 Узлы майнинга ....................................................................................................256 Объединение транзакций в блоки .....................................................................257 Coinbase­транзакция ......................................................................................258 Вознаграждение coinbase и отчисления за транзакции ..............................260 Структура coinbase­транзакции ....................................................................261 Данные coinbase ..............................................................................................262 Формирование заголовка блока ........................................................................264 Майнинг блока ....................................................................................................265 Алгоритм доказательства выполнения работы (PoW) .................................266 Представление целевого значения ...............................................................272 Изменение целевого значения для регулирования уровня сложности ......273 Успешный майнинг блока ..................................................................................276 Проверка корректности нового блока ...............................................................276 Формирование и выбор цепочек блоков ..........................................................278 Разветвления структуры данных блокчейна ................................................279 Майнинг и конкуренция в хэш­вычислениях ..................................................287 Решение с расширением диапазона дополнительных значений nonce .....289 Пулы майнинга ...............................................................................................290 Атаки на механизм консенсуса ..........................................................................295 Изменение правил консенсуса ..........................................................................299 Устойчивые разветвления ..............................................................................299 Устойчивые разветвления: ПО, сеть, майнинг и цепочка ...........................301

Стр.10

10  Содержание Разделение майнеров и уровень сложности .................................................303 Спорные устойчивые разветвления ..............................................................303 Неустойчивые разветвления .........................................................................304 Критика неустойчивых разветвлений ..........................................................306 Оповещение о неустойчивом разветвлении с помощью поля версии блока ....................................................................................................................307 Оповещение и активация по стандарту BIP­34 ............................................307 Оповещение и активация по стандарту BIP­9 ..............................................308 Разработка программного обеспечения для механизма консенсуса .............311 Глава 11. Обеспечение безопасности биткойн-системы ......................313 Основы обеспечения безопасности ..................................................................313 Разработка защищенных биткойн­систем ...................................................315 Основа доверительных отношений ..............................................................316 Наиболее эффективные практические методики защиты пользователей .....................................................................................................317 Физические средства хранения биткойнов ..................................................318 Аппаратные кошельки ...................................................................................319 Разумный баланс защиты и рисков ..............................................................319 Диверсификация рисков ................................................................................319 Мультиподпись и управление .......................................................................320 Жизнеспособность .........................................................................................320 Резюме .................................................................................................................321 Глава 12. Приложения блокчейна ...............................................................322 Введение ..............................................................................................................322 Базовые элементы ..............................................................................................323 Приложения, создаваемые из базовых элементов ...........................................325 Цветные монеты .................................................................................................326 Использование цветных монет .....................................................................327 Выпуск цветных монет ...................................................................................327 Транзакции цветных монет ...........................................................................328 Counterparty ........................................................................................................331 Каналы платежей и каналы состояний .............................................................332 Каналы состояний – основные концепции и терминология .......................333 Пример простого канала платежей ...............................................................335 Создание каналов без доверительных отношений ......................................338 Асимметричные отменяемые обязательства ...............................................341 Контракты Hash Time Lock Contracts (HTLC) ................................................346 Каналы платежа с маршрутизацией (Lightning Network) ................................347

Стр.11

Содержание  11 Простой пример работы Lightning Network ..................................................348 Механизмы передачи и маршрутизации в сети Lightning Network ............351 Преимущества сети Lightning Network .........................................................354 Резюме .................................................................................................................355 Приложение А. Статья о биткойне Сатоши Накамото ...........................356 Биткойн – пиринговая система электронных денег ........................................356 Введение ..........................................................................................................357 Транзакции .....................................................................................................357 Сервер меток времени ...................................................................................359 Доказательство выполнения работы .............................................................359 Сеть ..................................................................................................................360 Стимул .............................................................................................................361 Требуемое дисковое пространство ................................................................362 Упрощенная верификация платежей ............................................................363 Объединение и разделение сумм транзакций .............................................364 Приватность ....................................................................................................364 Вычисления .....................................................................................................365 Резюме .............................................................................................................368 Ссылки .............................................................................................................369 Лицензия .............................................................................................................369 Приложение Б. Операторы, константы и символы скриптового языка для транзакций Script ...............................................371 Приожение В. Предложения по улучшению биткойна (Bitcoin Improvement Proposals) .................................................................377 Приложение Г. Функция Segregated Witness (Segwit) ...........................383 Зачем нужен механизм Segregated Witness ......................................................384 Как работает механизм Segregated Witness ......................................................385 Неустойчивое разветвление (обратная совместимость) .................................386 Примеры использования выходных данных Segregated Witness в транзакциях .....................................................................................................386 Обновление ПО для использования Segregated Witness ..............................390 Новый алгоритм подписи в механизме Segregated Witness ........................394 Экономические стимулы для использования механизма Segregated Witness ..........................................................................................394

Стр.12

12  Содержание Приложение Д. Bitcore ...................................................................................398 Список функциональных возможностей Bitcore ..............................................398 Примеры использования библиотеки Bitcore ..................................................398 Предварительные сведения ...........................................................................398 Примеры кошелька, использующего bitcore­lib ...........................................399 Приожение Е. Библиотека pycoin, утилиты ku и tx ................................401 Утилита для работы с ключами ku (Key Utility) ................................................401 Утилита для работы с транзакциями (tx) ......................................................407 Приложение Ж. Команды проводника биткойна bx..............................410 Примеры практического использования команд проводника bx ...................412 Предметный указатель ..................................................................................415 Об авторе ..........................................................................................................427

Стр.13