Zrozumieć Bitcoin. Programowanie kryptowalut od podstaw Miasteczko Śląskie

Kryptowaluty, bitcoin i łańcuch bloków kojarzą się z mrocznym półświatkiem, pełnym tajemnic środowiskiem przestępczym, lub w ostateczności z buntem przeciw wszechmocnemu systemowi i politykom. Wiele publikacji, stwarzających pozory rzetelności, ukazuje te technologie jako źródło łatwych pieniędzy, rozbudzając ludzkie lęki i chciwość. Tymczasem łańcuch bloków jest wymagającą technologią o wyjątkowym potencjale. Nie ma w niej dróg na skróty ani gotowych rozwiązań. Aby zrozumieć łańcuch bloków, nie wystarczy lektura specyfikacji czy analitycznych opracowań. Trzeba samodzielnie zaprogramować podstawowe elementy aplikacji działającej na łańcuchu bloków. Ta książka jest najskuteczniejszym sposobem na poznanie technologii bitcoin oraz łańcucha bloków przez programowanie. Dzięki niej zrozumiesz matematyczne podstawy protokołu bitcoin, zasady pracy z łańcuchem bloków i transakcjami, a także poznasz szczegóły najnowszych rozszerzeń tego protokołu. Nauczysz się zasad kryptografii klucza publicznego oraz sposobów przechowywania i przesyłania zdefiniowanych prymitywów kryptograficznych. Zapoznasz się z komunikacją sieciową w protokole bitcoin oraz z metodami pobierania i przesyłania danych do węzłów przechowujących łańcuch bloków. Zrozumienie prezentowanych treści okaże się łatwiejsze dzięki licznym ćwiczeniom praktycznym. W tej książce między innymi: przetwarzanie transakcji bitcoinowych podstawy języka kontraktów inteligentnych Script programowanie rozliczeń z użyciem bitcoina zabezpieczanie łańcucha bloków techniki kryptograficzne, w tym prymitywy kryptograficzne Łańcuchy bloków: poznaj technologie kryptowalut od podszewki! Spis treści: Przedmowa Wprowadzenie Dla kogo jest przeznaczona ta książka? Co muszę umieć? Jak uporządkowany jest materiał w tej książce? Przygotowanie środowiska Rozwiązania Konwencje zastosowane w tej książce Korzystanie z kodu zawartego w tej książce Podziękowania Rozdział 1. Ciała skończone Trochę matematyki wyższej Definicja ciała skończonego Definiowanie zbiorów skończonych Tworzenie ciała skończonego w Pythonie Ćwiczenie 1. Arytmetyka modulo Arytmetyka modulo w Pythonie Dodawanie i odejmowanie w ciele skończonym Ćwiczenie 2. Programowanie dodawania i odejmowania w Pythonie Ćwiczenie 3. Mnożenie i potęgowanie w ciele skończonym Ćwiczenie 4. Ćwiczenie 5. Programowanie mnożenia w Pythonie Ćwiczenie 6. Programowanie potęgowania w Pythonie Ćwiczenie 7. Dzielenie w ciele skończonym Ćwiczenie 8. Ćwiczenie 9. Redefiniowanie potęgowania Podsumowanie Rozdział 2. Krzywe eliptyczne Definicja Kodowanie krzywych eliptycznych w Pythonie Ćwiczenie 1. Ćwiczenie 2. Dodawanie punktów Matematyka dodawania punktów Programowanie dodawania punktów Ćwiczenie 3. Dodawanie punktów, gdy x1 x2 Ćwiczenie 4. Dodawanie punktów, gdy x1 x2 Ćwiczenie 5. Dodawanie punktów, gdy P1 = P2 Ćwiczenie 6. Programowanie dodawania punktów, gdy P1= P2 Ćwiczenie 7. Programowanie jeszcze jednego przypadku Podsumowanie Rozdział 3. Kryptografia krzywych eliptycznych Krzywe eliptyczne nad ciałem liczb rzeczywistych Krzywe eliptyczne nad ciałami skończonymi Ćwiczenie 1. Programowanie krzywych eliptycznych nad ciałami skończonymi Dodawanie punktów nad ciałami skończonymi Programowanie dodawania punktów na krzywej nad ciałami skończonymi Ćwiczenie 2. Ćwiczenie 3. Mnożenie skalarne dla krzywych eliptycznych Ćwiczenie 4. Mnożenie skalarne druga odsłona Grupy w matematyce Element neutralny Zamkniętość Element odwrotny Przemienność Łączność Ćwiczenie 5. Programowanie mnożenia skalarnego Definiowanie krzywej dla Bitcoina Korzystanie z krzywej secp256k1 Kryptografia klucza publicznego Podpisywanie i weryfikacja Wpisywanie celu Szczegóły weryfikacji Weryfikacja podpisu Ćwiczenie 6. Programowanie weryfikacji podpisów Szczegóły podpisywania Tworzenie podpisu Ćwiczenie 7. Programowanie podpisywania komunikatów Podsumowanie Rozdział 4. Serializacja Nieskompresowany format SEC Ćwiczenie 1. Skompresowany format SEC Ćwiczenie 2. Podpisy DER Ćwiczenie 3. Base58 Przesyłanie klucza publicznego Ćwiczenie 4. Format adresu Ćwiczenie 5. Format WIF Ćwiczenie 6. Porządek bajtowy (big- i little-endian) dodatkowe informacje Ćwiczenie 7. Ćwiczenie 8. Ćwiczenie 9. Podsumowanie Rozdział 5. Transakcje Składniki transakcji Wersja Ćwiczenie 1. Wejścia Przetwarzanie pola ze skryptem Ćwiczenie 2. Wyjścia Ćwiczenie 3. Czas blokady Ćwiczenie 4. Ćwiczenie 5. Kodowanie transakcji Opłata transakcyjna Obliczanie opłaty transakcyjnej Ćwiczenie 6. Podsumowanie Rozdział 6. Język Script Zasada działania języka Script Jak działa Script? Przykładowe operacje Programowanie obsługi kodów operacji Ćwiczenie 1. Przetwarzanie pól ze skryptami Programowanie analizatora składniowego i serializatora pól skryptów Scalanie pól ze skryptami Programowanie scalania skryptów Skrypty standardowe p2pk Programowanie interpretera skryptów Elementy stosu pod lupą Ćwiczenie 2. Problemy z p2pk Rozwiązywanie problemów za pomocą p2pkh p2pkh Skrypty mogą być konstruowane dowolnie Ćwiczenie 3. Użyteczność skryptów Ćwiczenie 4. Wyzwanie: znalezienie kolizji SHA-1 Podsumowanie Rozdział 7. Tworzenie i walidacja transakcji Walidacja transakcji Sprawdzanie wydania wejść Sprawdzanie sumy wejść i sumy wyjść Sprawdzanie podpisu Krok 1.: zerujemy wszystkie skrypty ScriptSig Krok 2.: zastępujemy ScriptSig podpisywanego wejścia poprzednim ScriptPubKey Krok 3.: dołączamy typ skrótu Ćwiczenie 1. Ćwiczenie 2. Weryfikacja całej transakcji Tworzenie transakcji Konstruowanie transakcji Tworzenie transakcji Podpisywanie transakcji Ćwiczenie 3. Tworzenie własnych transakcji w testnecie Ćwiczenie 4. Ćwiczenie 5. Podsumowanie Rozdział 8. Pay-to-script-hash Czysty multisig Programowanie obsługi OP_CHECKMULTISIG Ćwiczenie 1. Problemy z czystym multisig Pay-to-script-hash (p2sh) Programowanie p2sh Bardziej skomplikowane skrypty Adresy Ćwiczenie 2. Ćwiczenie 3. Weryfikacja podpisów p2sh Krok 1.: zerujemy wszystkie skrypty ScriptSig Krok 2.: zastępujemy ScriptSig podpisywanego wejścia p2sh skryptem RedeemScript Krok 3.: dołączamy typ skrótu Ćwiczenie 4. Ćwiczenie 5. Podsumowanie Rozdział 9. Bloki Transakcje coinbase Ćwiczenie 1. ScriptSig BIP0034 Ćwiczenie 2. Nagłówki bloków Ćwiczenie 3. Ćwiczenie 4. Ćwiczenie 5. Wersja Ćwiczenie 6. Ćwiczenie 7. Ćwiczenie 8. Poprzedni blok Korzeń drzewa skrótów Znacznik czasu Sekwencja bitowa Wartość nonce Dowód pracy W jaki sposób górnik generuje nowe skróty? Cel Ćwiczenie 9. Trudność Ćwiczenie 10. Sprawdzanie dowodu pracy Ćwiczenie 11. Zmiana trudności Ćwiczenie 12. Ćwiczenie 13. Podsumowanie Rozdział 10. Techniki sieciowe Komunikaty sieciowe Ćwiczenie 1. Ćwiczenie 2. Ćwiczenie 3. Interpretowanie treści komunikatu Ćwiczenie 4. Uzgadnianie komunikacji w sieci Łączenie się z siecią Ćwiczenie 5. Odbieranie nagłówków bloków Ćwiczenie 6. Odpowiedź z nagłówkami Podsumowanie Rozdział 11. Uproszczona weryfikacja płatności Motywacja Drzewo skrótów Element nadrzędny Ćwiczenie 1. Poziom nadrzędny drzewa skrótów Ćwiczenie 2. Korzeń drzewa skrótów Ćwiczenie 3. Korzeń drzewa skrótów w blokach Ćwiczenie 4. Korzystanie z drzewa skrótów Blok drzewa skrótów Struktura drzewa skrótów Ćwiczenie 5. Programowanie obsługi drzewa skrótów Komunikat sieciowy merkleblock Ćwiczenie 6. Wykorzystanie flag bitowych i skrótów Ćwiczenie 7. Podsumowanie Rozdział 12. Filtry Blooma Czym jest filtr Blooma? Ćwiczenie 1. Krok dalej Filtry Blooma według BIP0037 Ćwiczenie 2. Ćwiczenie 3. Ładowanie filtra Blooma Ćwiczenie 4. Pobieranie bloków drzewa skrótów Ćwiczenie 5. Pobieranie interesujących nas transakcji Ćwiczenie 6. Podsumowanie Rozdział 13. Segwit Pay-to-witness-pubkey-hash (p2wpkh) Kowalność transakcji Eliminowanie kowalności Transakcje p2wpkh p2sh-p2wpkh Programowanie p2wpkh i p2sh-p2wpkh Pay-to-witness-script-hash (p2wsh) p2sh-p2wsh Programowanie p2wsh i p2sh-p2wsh Inne usprawnienia Podsumowanie Rozdział 14. Tematy zaawansowane i dalsze kroki Proponowane tematy do dalszej nauki Portfele Hierarchiczne portfele deterministyczne Seedy mnemoniczne Kanały płatnicze i sieć Lightning Społeczność Proponowane dalsze projekty Portfel testnetowy Eksplorator bloków Sklep internetowy Biblioteka narzędzi Poszukiwanie pracy Podsumowanie Dodatek A Rozwiązania ćwiczeń Rozdział 1. Ciała skończone Ćwiczenie 1. Ćwiczenie 2. Ćwiczenie 3. Ćwiczenie 4. Ćwiczenie 5. Ćwiczenie 6. Ćwiczenie 7. Ćwiczenie 8. Ćwiczenie 9. Rozdział 2. Krzywe eliptyczne Ćwiczenie 1. Ćwiczenie 2. Ćwiczenie 3. Ćwiczenie 4. Ćwiczenie 5. Ćwiczenie 6. Ćwiczenie 7. Rozdział 3. Kryptografia krzywych eliptycznych Ćwiczenie 1. Ćwiczenie 2. Ćwiczenie 3. Ćwiczenie 4. Ćwiczenie 5. Ćwiczenie 6. Ćwiczenie 7. Rozdział 4. Serializacja Ćwiczenie 1. Ćwiczenie 2. Ćwiczenie 3. Ćwiczenie 4. Ćwiczenie 5. Ćwiczenie 6. Ćwiczenie 7. Ćwiczenie 8. Ćwiczenie 9. Rozdział 5. Transakcje Ćwiczenie 1. Ćwiczenie 2. Ćwiczenie 3. Ćwiczenie 4. Ćwiczenie 5. Ćwiczenie 6. Rozdział 6. Język Script Ćwiczenie 1. Ćwiczenie 2. Ćwiczenie 3. Ćwiczenie 4. Rozdział 7. Tworzenie i walidacja transakcji Ćwiczenie 1. Ćwiczenie 2. Ćwiczenie 3. Ćwiczenie 4. Ćwiczenie 5. Rozdział 8. Pay-to-script-hash Ćwiczenie 1. Ćwiczenie 2. Ćwiczenie 3. Ćwiczenie 4. Ćwiczenie 5. Rozdział 9. Bloki Ćwiczenie 1. Ćwiczenie 2. Ćwiczenie 3. Ćwiczenie 4. Ćwiczenie 5. Ćwiczenie 6. Ćwiczenie 7. Ćwiczenie 8. Ćwiczenie 9. Ćwiczenie 10. Ćwiczenie 11. Ćwiczenie 12. Ćwiczenie 13. Rozdział 10. Techniki sieciowe Ćwiczenie 1. Ćwiczenie 2. Ćwiczenie 3. Ćwiczenie 4. Ćwiczenie 5. Ćwiczenie 6. Rozdział 11. Uproszczona weryfikacja płatności Ćwiczenie 1. Ćwiczenie 2. Ćwiczenie 3. Ćwiczenie 4. Ćwiczenie 5. Ćwiczenie 6. Ćwiczenie 7. Rozdział 12. Filtry Blooma Ćwiczenie 1. Ćwiczenie 2. Ćwiczenie 3. Ćwiczenie 4. Ćwiczenie 5. Ćwiczenie 6. O autorze Kolofon O autorze: Jimmy Song jest doświadczonym programistą i współtwórcą wielu startupów. Od 2014 roku w pełni poświęca się bitcoinowi — bierze udział w wielu związanych z nim projektach open source, takich jak Armory, Bitcoin Core, btcd czy pycoin. Wykłada programowanie w protokole bitcoin na Uniwersytecie Teksańskim.