České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická
Katedra počítačů
Bakalářská práce Bitcoin směnárna
Vypracoval: Tomáš Jiříček květen 2012
Vedoucí práce: Ing. Martin Chlumecký
Prohlášení Prohlašuji, že jsem práci vypracoval samostatně a použil jsem pouze podklady uvedené v přiloženém seznamu. Nemám závažný důvod proti užití tohoto školního díla ve smyslu §60 Zákona č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon).
V Praze dne 14.5.2012
…........................................................................................
Abstract The aim of the project was to design and implement web application Bitcoin currency exchange. In addition to creating the application has been to study and learn about issues around Bitcoin, existing software and libraries. Bitcoin is a digital currency for which you can buy products and services on the Internet, or bartering for other currency. The application have to allow for bartering Bitcoins and CZK. Main requirements are intuitive control, reliability and security that had to be thoroughly tested.
Abstrakt Cílem celého projektu bylo navrhnout a implementovat webovou aplikaci Bitcoin směnárnu. Kromě vytvoření aplikace bylo cílem seznámit se a nastudovat problematiku okolo Bitcoin, existujících softwarů a knihoven. Bitcoin je digitální měna, za kterou je možné kupovat produkty a služby na internetu nebo také směňovat za jinou měnu. Aplikace musí umožňovat směňovat Bitcoiny za CZK. Důležité bylo intuitivní ovládání, spolehlivost a zabezpečení, které bylo nutné důkladně otestovat.
Obsah Seznam ilustrací....................................................................................................................1 1 Úvod....................................................................................................................................3 2 Popis řešeného problému.....................................................................................................4 2.1 Co je BTC....................................................................................................................4 2.2 Jak začít.......................................................................................................................5 2.3 Výhody BTC................................................................................................................7 2.4 Princip BTC.................................................................................................................7 2.5 Platby CZK................................................................................................................13 3 Rešeršní zpracování existujících implementací................................................................16 3.1 Bitcoin klienti............................................................................................................16 3.2 Bitcoin těžaři..............................................................................................................17 3.3 Obchodování s Bitcoin..............................................................................................18 3.4 Ostatní Bitcoin software............................................................................................19 4 Analýza..............................................................................................................................20 4.1 Požadavky na systém.................................................................................................20 4.2 Případy užití...............................................................................................................21 4.3 Analytický model.......................................................................................................28 4.4 Diagram stavů............................................................................................................29 5 Návrh.................................................................................................................................33 5.1 Model architektury.....................................................................................................33 5.2 Model nasazení..........................................................................................................34 5.3 Zabezpečení...............................................................................................................35 5.4 Datový model.............................................................................................................35 5.5 Licence.......................................................................................................................36 6 Nestandardní části implementace......................................................................................38 6.1 Komunikace s Bitcoin peněženkou...........................................................................38 6.2 Bezpečnost transakcí.................................................................................................38 6.3 Vlastní číselný typ.....................................................................................................38 7 Testování............................................................................................................................40 7.1 Uživatelské testy........................................................................................................40 7.2 Automatické testy......................................................................................................41 7.3 Odpojení peněženky a databáze.................................................................................41 7.4 Výsledky....................................................................................................................42 8 Závěr a zhodnocení...........................................................................................................43 9 Použitá literatura................................................................................................................44 10 Přílohy.............................................................................................................................45 A) Instalační příručka......................................................................................................45 B) Ukázky GUI................................................................................................................46 C) Obsah přiloženého CD................................................................................................48
Seznam ilustrací Ilustrace 1: Struktura BTC sítě....................................................................................................5 Ilustrace 2: Digitální podpis obecně............................................................................................8 Ilustrace 3: Transakce..................................................................................................................9 Ilustrace 4: Transakce poslání různě velké částky....................................................................10 Ilustrace 5: Blok........................................................................................................................11 Ilustrace 6: Platební metody......................................................................................................14 Ilustrace 7: Odchozí platby v CZK...........................................................................................15 Ilustrace 8: Přidání CZK pomocí GoPay..................................................................................24 Ilustrace 9: Výběr CZK.............................................................................................................25 Ilustrace 10: Zobchodování nabídky v transakci......................................................................27 Ilustrace 11: Analytický model tříd...........................................................................................28 Ilustrace 12: Diagram stavů uživatele.......................................................................................30 Ilustrace 13: Diagram stavů směnárny......................................................................................31 Ilustrace 14: Diagram stavů BTC peněženky............................................................................31 Ilustrace 15: Balíčky systému...................................................................................................33 Ilustrace 16: Model nasazení.....................................................................................................34 Ilustrace 17: Datový model.......................................................................................................36 Ilustrace 18: Uživatelovo boční menu.......................................................................................46 Ilustrace 19: Hlášky..................................................................................................................46 Ilustrace 20: Nabídnuté operace po vytvoření poptávky...........................................................47 Ilustrace 21: Fronta poptávek....................................................................................................47
-2-
1 Úvod Bitcoin je poměrně nová měna. Vznikla teprve v roce 2009 a její tvůrce je Satoshi Nakamoto. Název Bitcoin se rovněž používá pro software a peer-to-peer síť. V současnosti je Bitcoin na vzestupu a rozšiřuje se po celém světě. Není proto divu, že o něj mají zájem čím dál častěji i lidé z České republiky. Kromě získání informací o Bitcoin měně má tato práce za cíl analyzovat, navrhnout, implementovat a otestovat webovou aplikaci umožňující výměnu CZK a BTC. Aplikace musí umožňovat, kromě výměny peněz, také příjem a vyplácení CZK a BTC tak, aby to bylo pro uživatele co nejpohodlnější. Uživatelé si v nově vzniklém systému budou moci vytvářet nabídky a poptávky po BTC, které po jejich vytvoření budou moci ukládat nebo s nimi obchodovat. Bitcoin se odlišuje od ostatních měn velmi mnoho. Nejdůležitější informace pro seznámení se s Bitcoiny obsahuje druhá kapitola. Kapitola obsahuje průřez touto problematikou od obecných informací přes návod jak začít, výhody této měny až po útoky na Bitcoin. Třetí kapitola obsahuje rozbor existujícího software a knihoven pro práci s Bitcoin. V kapitole jsou stručně popsány i existující řešení Bitcoin směnáren. Následující kapitoly jsou se věnují samotné aplikaci. Konkrétně analýza je obsažena v kapitole čtvrté a návrh aplikace v kapitole páté. Testování aplikace je věnována šestá kapitola. Na tuto kapitolu bude třeba rezervovat více času, protože nesprávné chování aplikace by mohlo způsobit uživatelům ztrátu peněz na jejich účtech.
-3-
2 Popis řešeného problému 2.1
Co je BTC
Bitcoin je decentralizovaná digitální kryptoměna. Proč tomu je zrovna tak, bude postupně vysvětleno. Decentralizovaná, protože nemá žádnou centrální autoritu. U běžných platidel, může být centrální autoritou banka, která vyrábí a spravuje tuto měnu. Digitální, protože na BTC nejde nijak fyzicky sáhnout jako na jiné měny v podobě mincí či bankovek. S BTC může být obchodováno pouze v digitálním světě. Kryptoměna, protože veškeré finanční operace jsou zabezpečeny kryptografií SHA256 a ECDSA. Obchodování s BTC probíhá přes internet pomocí Bitcoin protokolu v P2P síti. Je to open-source projekt a každý, kdo má zájem, do něj může nahlédnout. Díky tomu také existuje kromě oficiálního klienta několik dalších implementací. Uskutečněné transakce musí být někým potvrzeny. Ten, kdo transakci vytvořil platí drobný poplatek tomu, kdo ji potvrdil. Běžně je poplatek za transakci 0,0005 BTC, ale bývá i větší. Jak je poplatek velký, záleží z části na velikosti transakce a na tvůrci transakce. Důležitými vlastnostmi BTC účtu je, že nemůže být zmrazen a ani zde neplatí žádné limity.
2.1.1
Stručný přehled jak to funguje
V P2P síti probíhá komunikace mezi uzly klient-klient. V BTC síti, která je založena na P2P se rozdělují uzly na dvě skupiny. Tu první tvoří BTC klienti, kteří provádějí peněžní operace a tou druhou jsou těžaři (mineři) BTC, kteří potvrzují peněžní operace BTC klientů.
-4-
Ilustrace 1: Struktura BTC sítě
Počet mincí je předprogramovaný zhruba na 21 000 000 BTC (mělo by se ho dosáhnout asi v roce 2040). To znamená, že měna je deflační a hodnota 1 BTC poroste. S přibývajícím časem budou těžaři dostávat čím dál méně BTC. Mince jsou uloženy v BTC peněžence (klient). Transakce jsou anonymní, protože peněženka je reprezentována pouze textovým nic neříkajícím řetězcem. Do transakce se dostanou pouze informace o zdrojové adrese, cílové adrese a částce. Žádné další informace, které by mohli identifikovat osoby. BTC těžaři transakci potvrdí. Potvrzení trvá i několik hodin, protože nestačí, aby ji potvrdil pouze 1 těžař.
2.1.2
Příklady použití
V dnešní době je obchod s BTC na vzestupu a jeho použití roste. BTC může být použit jako platidlo za nejrůznější věci. Může s ním být placeno v eshopech, nakoupeno zlato, pronajmuty servery, webové hostingy, obchodováno s lidmi, kteří akceptují BTC, obchodováno ve směnárnách. Rozsáhlý seznam akceptujících BTC viz https://en.bitcoin.it/wiki/Trade. V ČR se tento způsob platidla zatím moc neuchytil, spíše se zde těží a směňuje. Lidé zřejmě upřednostňují platby v CZK proto, že jim to vyhovuje a nechtějí experimentovat.
2.2
Jak začít
Kapitola obsahuje návod pro běžné uživatele jak začít s Bitcoiny, tzn. jak je získat a co je potřeba za software.
-5-
2.2.1
Získání peněženky
Nejprve je potřeba získat BTC peněženku, ve které se budou uchovávat informace o částce BTC. Existují dvě varianty jak peněženku získat a každá má své výhody a nevýhody. První varianta je preferovanější a jedná se o BTC peněženku, která je uchovávána v počítači. Jako druhá varianta je tzv. online peněženka. Peněženka má svůj privátní a veřejný klíč. Veřejných klíčů může být v peněžence nekonečně mnoho. Jejich smysl je popsán níže.
2.2.1.1
Oficiální BTC klient
Oficiální klient spravuje peněženku. Bez klienta peněženku nelze ovládat. Klienta lze stáhnout na oficiálních stránkách http://bitcoin.org/, kde se nachází ve verzi pro Linux, Windows a Mac nebo lze stáhnout zdrojové kódy a klienta zkompilovat. Klient obsahuje terminálové i grafické rozhraní a je velmi jednoduchý pro ovládání. Po spuštění se začne stahovat transakční historie všech uskutečněných plateb, což trvá několik hodin a v dnešní době zabere asi 1,3 GB na disku. Hlavní výhoda i nevýhoda je, že peněženka je umístěna na disku. Opravdu nikdo ji nemůže zmrazit, ale při špatném zabezpečení ji může někdo ukrást. Platby lze implicitně provádět pouze z počítače, kde je klient nainstalovaný.
2.2.1.2
Online peněženka
Online peněženka je webová aplikace, která po registraci uživatele vytvoří peněženku, kterou lze spravovat jako peněženku uloženou v počítači. Hlavní výhoda je, že přístup k ní je odkudkoliv a platit s ní jde ihned po autentizaci do systému. Nese to všechna rizika, která přináší internet. Také se teoreticky může stát, že provozovatel zablokuje přístup k peněžence.
2.2.2
Získání mincí
Pro začátek je doporučováno navštívit stránky, které posílají malou část BTC jako je třeba http://www.freebitcoins.org/. Malé částky mohou být obdrženy také za shlédnutí reklamy, otestování aplikace, rozesílání odkazů na stránky atd. Jiný způsob je akceptování BTC za služby nebo produkty, které uživatel nabídne. BTC lze nakoupit ve směnárnách. Nejzajímavější způsob získání BTC je těžba BTC. Uživatel síti poskytuje výpočetní výkon na potvrzování transakcí a za to je odměňován. Na těžbu je potřeba aplikace, obecně nazývaná Bitcoin miner a ta se dovede připojit do sítě a poté začne potvrzovat transakce. Na potvrzování transakcí může být použit CPU, ale několikanásobně výkonnější je GPU grafických karet. Nejlépe z grafických karet si vedou karty od společnosti ATI. Při použití CPU na těžbu BTC, počítač spotřebuje víc peněz na provoz než vydělá. -6-
2.3
Výhody BTC
Jelikož po vytěžení všech BTC jich bude v oběhu necelých 21 000 000, tak nehrozí inflace. Maximální počet mincí je dán matematickými zákony. Měnu nespravuje centrální autorita, tudíž peníze nemůže někdo znehodnotit nebo odebrat. Provedená a několikrát potvrzená transakce už nikdy nemůže být zrušena. Jelikož pro transakce nejsou potřeba žádné osobní údaje, ale pouze BTC adresa odesílatele a adresa příjemce, jsou transakce téměř anonymní. V peněžence lze vygenerovat opravdu mnoho adres, pro každou transakci lze použít novou adresu.
2.4
Princip BTC
Následující kapitola se věnuje Bitcoinu více do hloubky. Bude detailněji popsán princip transakcí, bloků a těžby BTC. Je důležité vědět, že když uživatel má v peněžence 1 BTC, neznamená to, že má na disku uložen soubor s 1 BTC, ale existuje centrální databáze transakcí tzv. blochchain, která uchovává informace o částkách na BTC adresách. Po projetí celé této databáze se klient dozví kolik má BTC.
2.4.1 2.4.1.1
Transakce Digitální podpis obecně
Pro pochopení transakcí je nezbytné vědět jak funguje digitální podepisování pomocí asymetrického šifrování. U asymetrického šifrování se použije privátní a veřejný klíč odesílatele. Co je zašifrováno privátním, může být dešifrováno pouze veřejným a naopak, co je šifrováno veřejným, může být dešifrováno pouze privátním klíčem.
-7-
Ilustrace 2: Digitální podpis obecně
Odesílatel posílá digitálně podepsaný dokument příjemci (viz ilustrace). Aby příjemce měl jistotu, že dokument poslal opravdu odesílatel a dokument nebyl během přenosu nijak změněn, musí se dokument digitálně podepsat na straně odesílatele a pak se podpis musí ověřit na straně příjemce. Odesílatel vezme dokument a zahashuje ho, čímž dostane otisk (zmenšenou formu dokumentu nebo také hash dokumentu). Otisk se provádí pro zmenšení objemu dat, mohl by se totiž místo otisku použít celý dokument. Otisk zašifruje svým privátním klíčem a vznikne šifrovaný otisk. Ten pošle i s dokumentem příjemci. Příjemce pro ověření pravosti dokumentu dokument zahashuje stejnou funkcí a vznikne mu otisk dokumentu. Pak vezme šifrovaný otisk a dešifruje ho veřejným klíčem. Pokud se otisky shodují, má jistotu, že dokument došel v pořádku od jeho odesílatele.
-8-
Ilustrace 3: Transakce
2.4.1.2
Princip transakce
Pro lepší pochopení principu převádění a podepisování transakce je použita ilustrace. S transakcí vlevo může zacházet člověk číslo 1 (dále jen „člověk 1). Tuto transakci chce poslat člověku číslo 2 (dále jen „člověk 2“). Člověk 1 vezme veřejný klíč člověka 2 spojí ho s transakcí, kterou mu chce poslat a z takto vytvořeného řetězce vytvoří otisk. Otisk podepíše a přidá na konec mince. Takto modifikovanou minci člověk 1 pošle broadcastem do sítě. Všichni klienti si budou moci ověřit podpis člověka 1 a zjistí, že transakce patří člověku 2. Aby bylo možné měnit výši částek v transakcích, je důležité zmínit, že transakce může obsahovat více veřejných klíčů a více podpisů. Z toho plyne, že transakce může obsahovat více příjemců.
-9-
Ilustrace 4: Transakce poslání různě velké částky
Na ilustraci je vlevo odesílatelova peněženka se dvěma adresami a vpravo je peněženka s adresou příjemce, na kterou se má poslat 2,3 BTC. Do transakce se přidá 2,1 BTC z adresy a, 0,5 BTC z adresy b a jako cílová adresu je vložena adresa d. V transakci je tedy 2,6 BTC, z toho se 2,1 BTC pošle pryč a zbytek se vrátí. Tato informace je propagována broadcastem do sítě. Nejmenší částka, kterou lze poslat je 0,000 000 01 BTC.
2.4.1.3
Double-spending
Double-spending je jeden z možných útoků. V překladu znamená dvojité utracení peněz. Kdyby transakce nebyly nijak proti tomuto ošetřeny, odesílatel by po provedení transakce (odeslání peněz) mohl vzít znovu ty stejné peníze a poslat znovu na stejnou adresu nebo někam jinam. U měn s centrální autoritou se tomu předchází tak, že po provedené transakci si peníze autorita převede k někomu jinému a je důvěřováno autoritě. Zde si každý v síti drží celou transakční databázi, která je stažená na disku. Pokud se někdo bude snažit utratit stejné peníze dvakrát, tak všichni budou vědět, že už je jednou utratil a proto tato transakce neproběhne. Když se připojí nový uzel do sítě, tak musí najít důvěryhodný zdroj, od kterého může transakční historii stahovat. Kdyby důvěryhodný zdroj znamenal početní většinu uzlů, tak útočník může nasimulovat tyto uzly a ovládnout síť. Kdyby bylo omezení podle IP adres, tak by síť mohly ovládat velké organizace, protože většina uzlů je za NATem. V BTC síti se tedy rozhoduje výpočetním výkonem, protože se nepředpokládá, že by útočník měl v celkovém součtu všech uzlů silnější hardware než zbytek sítě. Kdo tedy má nejvýkonnější HW ten určuje, kdo komu co zaplatil.
- 10 -
2.4.2
Blockchain a těžba BTC
Jak již bylo řečeno v síti jsou dva druhy uzlů, buď to jsou klienti nebo těžaři (mineři). Klienti provádějí transakce a těžaři je potvrzují. Těžař zachytává transakce a staví z nich blok následujícím způsobem. Vždy, když těžař zachytí transakci, tak ji zahashuje. Když má dva tyto hashe, tak je zahashuje a vznikne mu jeden hash. Když pak má dva tyto hashe, tak je zahashuje a takhle z nich tvoří strom. Stromu se podle jeho objevitele říká Merkle Tree. Stromy
používají
pro
tvorbu
hashe
dvojitou
SHA-256
funkci.
SHA-256(SHA-
256(transakce)).
Ilustrace 5: Blok
Hashi na vrcholu stromu se říká root hash. Blok se skládá z hashe předchozího bloku, root hashe a nonce. Nonce je potřeba, při hledání bloku. Aby těžař ukázal, že má dost výkonu, musí vyřešit nějaký složitý početní úkol. Musí najít takový hash bloku, který bude v binárním zápisu menší než target. Target je řetězec, o délce 256 bitů a síť si jej volí sama a mění jej podle toho jak často se daří najít bloky (když se bloky hledají rychle, tak snižuje target). Jestli je hash bloku menší než target se pozná podle toho, jestli je na začátku dost nul. Těžař tedy zvolí nonce, vytvoří hash předchozího bloku, root hashe a nonce a porovná s targetem. Když najde blok rozešle do sítě, že jej našel, když nenajde, změní nonce a zkouší to dál. Bloky na sebe navazují a tvoří řetěz, kterému se říká blockchain (centrální databáze transakcí). Úplně první blok tzv. Genesis blok je natvrdo v klientovi zapsán s některými dalšími bloky, aby prohledávání netrvalo tak dlouho. Někdy se může stát, že v přibližně stejnou dobu 2 těžaři najdou blok a chvíli se neví, který uznat (uznává se ten, kde bylo vynaloženo více výkonu). Blockchain se rozvětví a až síť zjistí, který uznat, tak transakce z druhého bloku nebudou platné (větev zanikne). Proto se na potvrzení transakcí čeká delší dobu, musejí být totiž dost
- 11 -
hluboko v blockchainu.
2.4.2.1
Proč těžit
Hlavní důvody motivace jsou dobrý pocit, zábava z těžby ale především finanční odměna. Když těžař najde blok, tak dostane všechny poplatky z transakcí v bloku a navíc si do něj může vložit transakci s 50 BTC. Tato transakce nemá odesílatele, je vytvořena nová. Odměna za nalezení se bude pořád snižovat, na jaře 2012 to bude 25 BTC, pak za 4 roky se sníží na 12,5 BTC a tak dále vždy na polovinu současné odměny. Vyšší odměny na začátku mají přitáhnout těžaře, protože jich tu ještě není mnoho. Poplatek za transakci je momentálně 0,0005 BTC a jeho důvod, kromě odměny za těžbu je ještě ochrana před DDoS útokem. Útočníkovi rychle dojdou peníze a přestane útočit. Tento poplatek se může měnit. Čím nižší je částka v transakci, tím vyšší je poplatek.
2.4.2.2
Těžba v poolu
Těžba v poolu je takzvaná skupinová těžba, kdy spousta těžařů se tváří navenek jako jeden těžař, ale uvnitř si skupina rozděluje práci a snaží se najít blok společně. Zisk si pak rozdělí podle toho, kolik každý spočítal. Tohle je velmi oblíbený způsob těžby, protože šance, že jednotlivec najde blok je velmi malá. Blok se nachází asi jednou za 10 minut.
2.4.3 2.4.3.1
Útoky Krádež peněženky
Toto je nejčastější útok, protože je nejjednodušší. Cesta k souboru s privátním a veřejnými klíči je ~/.bitcoin/wallet.dat, jakmile je tento soubor ukraden, přichází původní majitel o své BTC, protože peníze v blockchainu vlastní ten, kdo k nim má klíč. Zabezpečit se proti krádeži peněženky je možné tak, že je vytvořen nový uživatelský profil a po vytvoření peněženky se adresář s peněženkou zpřístupní pouze tomuto uživateli. # adduser jmeno_uzivatele # su jmeno_uzivatele //zde je proces vytvoření peněženky a konfiguračního souboru $ chmod 700 -R ~/.bitcoin/
2.4.3.2
Cancer nodes
Doslova je přeloženo jako rakovinové uzly. Útočník může zaplnit síť svými rakovinovými uzly, které jsou kontrolovány ním. Tím může uživatele odpojit od validní sítě, protože uživatel - 12 -
připojený k rakovinovým uzlům těmto uzlům začne důvěřovat.
2.4.3.3
Double-spending
Tento způsob útoku už byl popsán výše z důvodu pochopení potvrzování transakcí.
2.4.4
Útočník s výkonovou převahou
Pokud by útočník měl více jak 50% výpočetního výkonu v síti, tak by mohl zrušit své dřív uskutečněné transakce, zabránit potvrzení některých transakcí nebo zabránit těžařům nacházet validní bloky.
2.5
Platby CZK
Zajištění plateb v CZK je realizováno pomocí obchodního účtu u společnosti GoPay. Jedná se o bezpečný příjem plateb na internetu. Platby jsou z pohledu uživatele velmi jednoduché a platební systém s sebou přináší řadu výhod. S jedinou integrací obchodník získá 12 platebních metod, jeden obchodní účet pro všechny platební metody, jeden smluvní vztah, komplexní správa financí, úspora bankovních nákladů, jedna poplatková politika, žádné paušální nebo startovací poplatky. GoPay poskytuje API pro příjem příchozích plateb v jazycích Java, PHP, ASP.NET a ASP Classic. GoPay poskytuje několik stupňů integrace. Pro směnárnu byla zvolena úplná integrace, která obsahuje komplexní řešení pro e-shopy s plně automatizovaným platebním cyklem. Platby jsou realizovány za pomoci Web-Services.
2.5.1
Příchozí platby
Aby uživatel mohl začít nakupovat BTC ve směnárně, musí nejprve mít ve směnárně nějaké CZK. Pro příjem peněz do směnárny slouží řešení od GoPay.
- 13 -
Ilustrace 6: Platební metody
Jako první krok uživatel na stránkách směnárny zvolí přidání CZK na jeho účet. Uživatel je přesměrován na platební bránu GoPay, zde si vybírá platební metodu. Uhradí částku na obchodní účet směnárny a poté je přesměrován na stránky směnárny. Pomocí Web-Services je platba ověřena a poté připsána na CZK účet zákazníka. Nutno podotknout, že směnárna koresponduje jedním obchodním účtem, tudíž jsou všechny příchozí platby směrovány na tento účet. Zůstatky na jednotlivých uživatelských účtech jsou uloženy v databázi.
2.5.2
Odchozí platby
Jelikož na GoPay obchodní účet lze platby pouze přijímat, GoPay každý měsíc provede vyúčtování na bankovní účet majitele aplikace. Z tohoto účtu budou muset být platby prováděny ručně přes internetové bankovnictví. Uživatel tedy vnese požadavek k vybrání CZK. Administrátor odškrtne peníze z uživatelova účtu ve směnárně a poté provede platbu v internetovém bankovnictví.
- 14 -
Ilustrace 7: Odchozí platby v CZK
2.5.3
Platby uvnitř systému
Platby uvnitř systému jsou realizovány transakcemi v aplikaci a zůstatky jsou drženy v databázi.
- 15 -
3 Rešeršní zpracování existujících implementací 3.1
Bitcoin klienti
Bitcoin klient je software, který se dokáže připojit do internetu pomocí Bitcoin protokolu. Klient dokáže stáhnout blockchain na disk, spravovat peněženky, posílat a přijímat BTC. Tito klienti mají být alternativou k oficiálnímu Bitcoin klientu.
3.1.1
Bitcoin-js-remote
Bitcoin-js-remote je GUI pro oficiálního klienta ovládaného z konzole (bitcoind). Aplikace je vytvořena v JavaScriptu. Umožňuje se připojit na oficiálního klienta, který funguje jako server pro Bitcoin-js-remote klienta. Komunikace mezi serverem a klientem je možné nastavit dvěma způsoby. Pomocí Remote Procedure Call (RPC) na localhostu nebo přes internet pomocí SSL šifrovaného kanálu. Bitcoin-js-remote také umí pracovat s QR kódy. Vytvoří QR kód na základě vložené adresy a částky, která se má poslat na tuto adresu. Po přečtení QR kódu mobilní aplikací může být částka uhrazena na požadovanou adresu.
3.1.2
Subvertx
Subvertx je sada konzolových nástrojů, které pracují s Bitcoin sítí/protokolem. Nástroji jsou poller, balance, priv, mktx a txrad. Poller stahuje blockchain z bitcoind do PostgreSQL databáze. Balance se dotazuje databáze na zůstatek BTC adresy. Priv tvoří nové privátní klíče, podepisuje data, ověřuje data nebo může zobrazit BTC adresu ke klíči. Mktx se dokáže připojit na bitcoind a poslat mince na novou adresu. Txrad umožňuje připojení na náhodné uzly a monitorování transakčních zpráv.
3.1.3
BitCoinJ
BitCoinJ je open-source klientská knihovna tvořená v jazyce Java pracující s Bitcoin sítí/protokolem. Projekt je tvořen členy společnosti Google, zatím je v raném stádiu. Knihovna poskytuje tvorbu peněženky, přijímání a odesílání transakcí bez nutnosti kopie oficiálního klienta. Knihovna je plně dokumentovaná a obsahuje ukázky kódu jak knihovnu použít. BitCoinJ nepotřebuje uchovávat celou kopii blockchainu, uchovává jen co potřebuje k ověření transakcí u nedůvěryhodných uzlů.
- 16 -
3.1.4
Electrum
Electrum je odlehčený Bitcoin klient, který vyšel v listopadu 2011. Založený na client-server protokolu, takže si klient nemusí stahovat blockchain. Na informace z blockchainu se dotazuje serveru. Soubor s BTC je chráněn heslem, takže při dostatečně silném hesle zde odpadá riziko odcizení mincí. Vytváření privátních klíčů je deterministické. Při vytvoření peněženky klient vytvoří tzv. generation seed což je 128-bitový řetězec a tzv. mnemonic code což je 12 slov oddělených mezerami. Po ztrátě peněženky stačí zadat generation seed nebo mnemonic code a peněženka bude obnovena. Server nezná privátní klíče peněženek a transakce jsou podepisovány lokálně. Server nezná uživatelské účty. Projekt je open-source, každý ho může prohlédnout. Klient nepotřebuje otevírat port ve firewallu.
3.1.5
BCCAPI
BCCAPI (BitCoin Client API) je knihovna tvořená v jazyku Java designovaná pro tvorbu odlehčených Bitcoin klientů. BCCAPI se připojuje k serveru, který drží blockchain. Server zná pouze veřejné klíče a nemá možnost posílat peníze z klientských peněženek. Tvorba privátních klíčů je deterministická, lze ze seedu obnovit privátní klíč. Dokáže posílat a přijímat BTC. Dovoluje utratit nepotvrzené peníze, které uživatel poslal sám sobě. Projekt je open-source a zcela zdarma. Klient přenáší data pouze, když probíhá autentizace, zjišťuje zůstatek na účtu, přidává veřejné klíče do peněženky, posílá mince. Veškerá komunikace mezi klientem a serverem je přes HTTPS.
3.2
Bitcoin těžaři
Bitcoin těžař (miner) je software, který po připojení do sítě začne potvrzovat transakce a tím těžit BTC. Těžba může probíhat v poolu nebo sólo a pro výpočty mohou být použity CPU nebo GPU.
3.2.1
Phoenix miner
Phoenix miner je software na těžbu BTC, který umí pracovat s podčasovanou pamětí na 300MHz. Při těžbě hledá nonce v celém 32bit-ovém prostoru. Projekt je open-source a zdarma dostupný pod licencí X11. Software byl vydán Bitcoin komunitou v roce 2011. Miner se připojuje pomocí MultiMiner Protokolu (MMP), který se používá pro připojení k MultiMiner Serveru.
- 17 -
3.2.2
Poclbm
Poclbm (PyOpenCL bitcoin miner) je miner napsaný v jazyce Python, určený pro těžbu na GPU, který používá OpenCL pro rychlé vykonávání hashovaných výpočtů. Pracuje s kartami AMD – 4xxx a vyšší, Nvidia -8xxx a vyšší. Existuje pro něj GUI nadstavba, která se jmenuje poclbm-gui nebo také GUIMiner. Existuje ještě modifikovaná verze poclbm, která se jmenuje poclbm-mod. Pokud je modifikace použita na těžbu v poolu může efektivita vyrůst až na 100% oproti původnímu mineru, který má průměrnou efektivitu kolem 20%. Poclbm je dostupný pro Windows a Linux, Poclbm-gui pro Windows a Mac, poclbm-mod pro Windows a Linux.
3.2.3
Cpu Miner
Cpu Miner je jednoduchý software, který provádí těžbu v poolu nebo sólo těžbu. V poolu aplikace přijme blok od serveru a pokouší se najít nonce. Po nalezení nonce pošle tuto hodnotu serveru. Komunikace se serverem probíhá přes HTTP POST standardně na port 8332. Aplikace je navrhnuta jako vícevláknová, což je využíváno u CPU s více jádry.
3.3
Obchodování s Bitcoin
Webové aplikace poskytující výměnu BTC na jinou měnu a obráceně.
3.3.1
Real-time obchodování
Systémy umožňující uživatelům vzájemnou výměnu mezi sebou. Cena za nákup a prodej BTC je dána poptávkou a nabídkou.
3.3.2
MtGox.com
MtGox je světově nejvíce uznávaná Bitcoin směnárna. Poskytuje rychlé a bezpečné obchodování s BTC s ostatními uživateli po celém světě. Je to jeden z nejstarších systémů operujících s BTC. Monitoruje statistiky kurzů BTC. Veškerá komunikace je zabezpečená SSL technologií. Umožňuje přístup k historii účtu. Umožňuje tvorbu a skenování QR kódů. MtGox API poskytuje API pro přístup k informacím ze směnárny, tvorbu nabídek, poptávek. K
dispozici
je
HTTP API
a
websocket
API.
HTTP API
je
přístupné
na
https://mtgox.com/api/*. Všechny API metody mají cache-ované hodnoty, které se obnovují každých 10 vteřin. Není tedy nutné se dotazovat tak často. Kdo se bude často dotazovat, může být blokován kvůli ochraně proti DDoS útokům.
- 18 -
3.3.3
Obchodování s fixní sazbou
Systémy umožňují výměnu mezi uživatelem a směnárnou. Cena za nákup a prodej je fixní a stanovuje ji systém.
3.3.4
Spendbitcoins.com
Obchody jsou vyřizovány 2 krát denně, 7 dní v týdnu. Podpora pro USD, JPY, CAD, GBP, AUD, EUR.
3.4 3.4.1
Ostatní Bitcoin software LinuxCoin
LinuxCoin je operační systém. OS je odlehčený Debian-based jehož obraz obsahuje všechno potřebné pro Bitcoin klienta a všechno co je potřeba pro těžbu BTC na ATI grafických kartách. LinuxCoin je vhodné mít na flash paměti pro snadné přenášení peněženky. Vývojáři se snaží, aby používání a těžba BTC byla co nejpohodlnější. Systém používá 64bit-ové jádro, doporučená velikost RAM je 1 GB. Na stránkách o systému je tabulka s podporovanými grafickými kartami, návod s instalací, konfigurací atd.
- 19 -
4 Analýza Kapitola popisuje analýzu systému, která je nezbytná pro vytyčení toho, co bude systém umět. V průběhu projektu byly některé případy užití odstraněny a jiné bylo nutné přidat. Analýza obsahuje také identifikaci zúčastněných stran, které budou moci užívat systém.
4.1
Požadavky na systém
4.1.1
Funkční požadavky
Funkční požadavky popisují jak bude systém možné užívat a co bude systém všechno umět.
4.1.1.1
Konzistence
Při poškození Bitcoin peněženky ji systém musí dokázat obnovit do posledního stavu, kdy byla funkční.
4.1.1.2
Logování
Systém bude zaznamenávat aktivitu uživatelů hlavně při peněžních transakcích. Dále bude zaznamenávat chyby a neobvyklé situace.
4.1.1.3
Nastavení
Systém bude umožňovat privilegovanému uživateli nastavit různé denní limity, zastavit směnárnu atp.
4.1.1.4
Správa plateb v BTC
Systém bude umožňovat příjem plateb v BTC a bude umožňovat vyplácení plateb v BTC.
4.1.1.5
Správa plateb v CZK
Systém bude umožňovat příjímání plateb v CZK a vyplácení plateb v CZK.
4.1.1.6
Výměna CZK a BTC
Systém bude umožňovat výměnu BTC a CZK mezi uživateli za drobné poplatky.
4.1.2
Nefunkční požadavky
Nefunkční požadavky obsahují omezující podmínky, které jsou na nový systém kladeny.
4.1.2.1
Aplikační server
Webová aplikace bude spravovaná kontejnerem pro webové aplikace. Bude použit aplikační - 20 -
server GlassFish open source edition, protože poskytuje potřebnou funkcionalitu a je zdarma.
4.1.2.2
Bitcoin peněženka
Systém bude používat Bitcoin peněženku pro komunikaci s Bitcoin sítí, přesuny BTC jak mezi směnárnou a okolním světem tak i uvnitř směnárny. Bitcoin peněženka umožňuje spuštění jako GUI, CLI (konzolová aplikace) nebo daemon (služba běžící na pozadí). Pro systém bude peněženka spuštěna jako daemon.
4.1.2.3
Databázový server
Systém bude pro ukládání dat používat databázový server. Databáze byla zvolena MySQL, protože je zdarma a plně pokrývá požadavky na databázový server.
4.1.2.4
Java JSP
Systém bude implementován v programovacím jazyce Java využívající framework JSP, který je určen pro tvorbu webových stránek.
4.1.2.5
Webové uživatelské rozhraní
Systém bude přístupný přes webový prohlížeč. Uživatelské rozhraní musí být funkční i s vypnutým javaScriptem. Bude použito HTML verze 5.
4.1.2.6
Šifrované spojení
Komunikace mezi serverem a klientem bude šifrovaná pomocí asymetrického šifrování.
4.2
Případy užití
Případy užití podrobněji rozebírají funkční požadavky až na dílčí funkce systému. Kapitola dále obsahuje uživatelské role v systému.
4.2.1
Aktéři
Aktéři reprezentují uživatelské role použité v systému. Nepřihlášený uživatel má nejméně privilegií. Může si stránky pouze prohlížet nebo se stát přihlášeným uživatelem. Přihlášený uživatel může na BTC a CZK účet ve směnárně přidat peníze a poté může začít obchodovat. Dále může peníze vybírat z účtů. Administrátor je nejvíce privilegovaný uživatel. Může nastavovat denní limity, spouštět a zastavovat směnárnu, obnovovat ji do konzistentního stavu. - 21 -
4.2.2
Správa uživatelů
Obsahuje funkcionality, které se týkají operací s uživateli.
4.2.2.1
Aktivovat
Aktivovat se uživatel může zadáním přezdívky, potvrzovacího kódu, captcha kódu. Systém ověří validitu hodnot. Pokud hodnoty nejsou validní, další akce není povolena. Pokud jsou validní dojde k vytvoření peněžních účtů. Je nutné pozastavit směnárnu kvůli zálohování souboru z BTC peněženky (wallet.dat). Dojde k aktivaci uživatele, který od teď může naplno využívat funkcí směnárny.
4.2.2.2
Odhlásit
Odhlášení je provedeno zneplatním uživatelova sezení.
4.2.2.3
Přihlásit
Přihlásit se uživatel může zadáním přezdívky a hesla. Systém provede autentizaci a autorizaci pomocí JAAS. Pokud hodnoty nejsou validní, další akce není povolena. Pokud jsou validní dojde k uložení uživatele do sezení.
4.2.2.4
Registrovat
Registrovat se uživatel může zadáním přezdívky, 2x hesla, e-mailu a captcha kódu. Systém ověří validitu hodnot. Pokud hodnoty nejsou validní, další akce není povolena. Pokud jsou validní dojde k vytvoření uživatele ve stavu registrovaný. Systém pošle potvrzovací kód na email.
4.2.2.5
Smazat uživatele
Smazat uživatele může administrátor vybráním uživatele ze seznamu uživatelských účtů. Systém tyto uživatele odstraní. U jmen účtů v BTC peněžence nastaví jméno účtu na „deleted“ a kladný zůstatek je převeden na účet administrátora.
4.2.3
Nastavení
Obsahuje různá nastavení aplikace jako jsou denní limity nebo výše poplatků.
4.2.3.1
Nastavit denní limity
Nastavit denní limity může administrátor zadáním maximálního denního uložení CZK, maximálního denního výběru CZK, maximálního denního nákupu BTC, maximálního denního prodeje BTC, maximálního denního výběru BTC. Systém ověří validitu hodnot.
- 22 -
Pokud hodnoty nejsou validní, další akce není povolena. Pokud jsou validní dojde k uložení nových hodnot.
4.2.3.2
Nastavit stav směnárny
Nastavení stavu směnárny je provedeno na základě administrátorova požadavku. Směnárna se může nacházat ve stavu spuštěna a ve stavu pozastavena viz Směnárna.
4.2.3.3
Nastavit výši poplatků
Nastavit výši poplatků může administrátor zadáním poplatku za nákup a poplatku za prodej v procentech. Systém ověří validitu hodnot. Pokud hodnoty nejsou validní, další akce není povolena. Pokud jsou validní dojde k uložení nových hodnot.
4.2.3.4
Nastavit z kolika BTC počítat kurz
Nastavit tyto hodnoty může administrátor zadáním počtu BTC, ze kterých se počítá kurz nákupu a prodeje. Systém ověří validitu hodnot. Pokud hodnoty nejsou validní, další akce není povolena. Pokud jsou validní dojde k uložení nových hodnot.
4.2.4
Konzistence
Obsahuje funkcionalitu pro obnovení peněženky do posledního konzistentního stavu. Peněženka se může do nekonzistentního stavu dostat smazáním souboru wallet.dat, ve kterém jsou uchovávány všechny adresy BTC účtů a jejich zůstatky.
4.2.4.1
Získat peněženku
Získat peněženku lze tak, že systém zkontroluje zda je směnárna ve stavu pozastavena. Pokud ne, další akce není povolena. Pokud ano, tak poskytne soubor wallet.dat ke stažení.
4.2.4.2
Nahrát transakce do peněženky
Nahrát transakce do peněženky je možné tak, že systém se pokusí nahrát 10 logů z databáze. Následuje přesunutí peněz podle informací z logu a poté smazání logu. Až je provedeno všech 10 logů, načtou se nové a provádí se s nimi to stejné. Až logy v databázi dojdou znamená to, že byly všechny logy přehrány do peněženky.
4.2.5
Správa plateb v BTC
Obsahuje funkcionality pro příchozí a odchozí BTC platby.
4.2.5.1
Přidat BTC
Přidat BTC lze tak, že systém zobrazí BTC adresu, kam si uživatel může poslat BTC. Poslání - 23 -
BTC musí provést mimo směnárnu z nějaké jiné BTC peněženky.
4.2.5.2
Vybrat BTC
Vybrat BTC lze tak, že uživatel zadá částku k vybrání a cílovou BTC adresu. Systém ověří validitu hodnot. Pokud hodnoty nejsou validní, další akce není povolena. Pokud jsou hodnoty validní, zamkne BTC účet, zkontroluje dostatek peněz na účtu, zkontroluje denní limit pro výběr BTC a pošle BTC. Následuje aktualizace účtu v databázi, vytvoření logu a odemknutí BTC účtu.
4.2.6
Správa plateb v CZK
Obsahuje funkcionality pro příchozí a odchozí CZK platby.
4.2.6.1
Přidat CZK
Přidat CZK lze tak, že uživatel si přidá peníze na CZK účet. Napřed uživatel vytváří platbu, poté je přesměrován na platební bránu, kde platba proběhne / neproběhne. Z brány je přesměrován zpět do směnárny na fail URL nebo success URL podle toho, jaký status má platba.
Ilustrace 8: Přidání CZK pomocí GoPay
4.2.6.1.1
Vytvoření platby
Uživatel zadá částku. Pokud je částka validní, přechází se ke kontrole limitu pro denní
- 24 -
maximální příjem CZK. Pokud částka není validní nebo je překročen limit, další akce není povolena. Uživatel zvolí platební metodu. Systém se dotáže pomocí webových služeb platební brány na formulář pro uživatele. Systém uloží platbu do databáze.
4.2.6.1.2
Zpracování platby
Systém najde platbu v databázi. Pokud je platba ve stavu zaplacená, tak zobrazí hlášku o zaplacení. Když platba zaplacená není, systém zamkne CZK účet příjemce a platbu, přičte peníze na účet a smaže platbu. Účet se odemkne.
4.2.6.1.3
Zpracování neproběhnuté platby
Systém najde platbu v databázi a platbu smaže.
4.2.6.2
Vybrat CZK
Vybrat CZK lze tak, že nejdříve uživatel vznese požadavek o vybrání CZK a administrátor poté uživatele vyplatí. Nelze automaticky, protože služby GoPay neposkytují tuto možnost.
Ilustrace 9: Výběr CZK
4.2.6.2.1
Uživatel vybírá CZK
Uživatel zadá částku, číslo bankovního účtu, kód banky a variabilní symbol. Systém ověří validitu hodnot. Pokud hodnoty nejsou validní nebo je překročen denní limit pro výběr, další akce není povolena. Pokud jsou validní dojde k zamknutí CZK účtu, odebrání peněz z účtu, vytvoření a uložení odchozí platby. Tato informace se zaloguje a odemkne se CZK účet.
4.2.6.2.2
Administrátor vyplácí uživatele
Administrátor uhradí platbu například prostřednictvím internetového bankovnictví. Poté smaže platbu, kterou uhradil a tato informace je systémem zalogována.
4.2.7
Výměna CZK a BTC
Obsahuje funkcionality pro obchodování mezi uživateli.
- 25 -
4.2.7.1
Vytvořit nabídku
Vytvořit nabídku lze tak, že uživatel zadá množství BTC a cenu v CZK. Systém ověří validitu hodnot. Pokud hodnoty nejsou validní, další akce není povolena. Pokud jsou validní dojde ke zmenšení nabídky podle BTC účtu. Systém vyhledá a přiřadí k nabídce všechny potencionální poptávky, se kterými se může obchodovat. Nabídka je uložena v sezení. Systém spočítá nejvýhodnější cenu pro prodej nabízených BTC a uživateli jsou zobrazeny dvě nabídky, které si porovná. První obsahuje data, která zadal uživatel a druhá obsahuje data, která je možné okamžitě zobchodovat. Po vytvoření nabídky uživatel může uložit nabídku do fronty nebo zobchodovat nabídku.
4.2.7.2
Vytvořit poptávku
Vytvořit poptávku lze tak, že uživatel zadá množství BTC a cenu v CZK. Systém ověří validitu hodnot. Pokud hodnoty nejsou validní, další akce není povolena. Pokud jsou validní dojde ke zmenšení poptávky podle BTC účtu. Systém vyhledá a přiřadí k poptávce všechny potencionální nabídky, se kterými se může obchodovat. Poptávka je uložena v sezení. Systém spočítá nejvýhodnější cenu pro nákup poptávaných BTC a uživateli jsou zobrazeny dvě poptávky, které si porovná. První obsahuje data, která zadal uživatel a druhá obsahuje data, která je možné okamžitě zobchodovat. Po vytvoření nabídky uživatel může uložit poptávku do fronty nebo zobchodovat poptávku.
4.2.7.3
Smazat nabídku
Smazat nabídku znamená odebrání nabídky z fronty. Uživatel označí nabídky, které chce odstranit a systém je smaže z databáze.
4.2.7.4
Smazat poptávku
Smazat poptávku znamená odebrání poptávky z fronty. Uživatel označí poptávky, které chce odstranit a systém je smaže z databáze.
4.2.7.5
Uložit nabídku do fronty
Uložit nabídku do fronty znamená uložit do databáze vytvořenou nabídku. Tato nabídka čeká na zobchodování nakupujícím.
4.2.7.6
Uložit poptávku do fronty
Uložit poptávku do fronty znamená uložit do databáze vytvořenou poptávku. Tato poptávka čeká na zobchodování prodávajícím.
- 26 -
4.2.7.7
Zobchodovat nabídku
Nabídka se může zobchodovat i s několika poptávkami. Do transakce je vložena nabídka a k ní nejvýhodnější poptávka. Po vyřízení transakce, pokud je to možné, se vytvoří další transakce, ale tentokrát s další poptávkou. A tak se obchoduje dokud to je možné. Přerušit obchodování můžou denní limity nebo nedostatek peněz na účtu nabízejícího.
Ilustrace 10: Zobchodování nabídky v transakci
Průběh jedné transakce začíná zamknutím entit na aplikační úrovni a v databázi. Nabídka i poptávka jsou zmenšeny tak, aby nepřekročily limity. Pošlou se CZK. Pokud se celá poptávka zobchodovala, je smazána, jinak je aktualizována. Nabídku je třeba zmenšit o data, zobchodovaná v této iteraci. Pošlou se BTC na dočasný účet uvnitř peněženky (peníze se nepřesouvají v databázi). Proběhne aktualizace do databáze. Pokud do tohoto okamžiku nenastala žádná chyba, BTC jsou z dočasného účtu poslány příjemci. Pokud nastala chyba, BTC jsou poslány zpět odesílateli. Nakonec se vytvoří logy a entity se odemknou. Podrobnější informace v dokumentaci.
4.2.7.8
Zobchodovat poptávku
Poptávka se může zobchodovat i s několika nabídkami. Do transakce je vložena poptávka a k ní nejvýhodnější nabídka. Po vyřízení transakce, pokud je to možné, se vytvoří další transakce, ale tentokrát s další nabídkou. A tak se obchoduje, dokud to je možné. Přerušit obchodování můžou denní limity nebo nedostatek peněz na účtu poptávajícího. Průběh jedné transakce začíná zamknutím entit na aplikační úrovni a v databázi. Nabídka i poptávka jsou zmenšeny tak, aby nepřekročily limity. Pošlou se CZK. Pokud se celá nabídka
- 27 -
zobchodovala, je smazána, jinak je aktualizována. Poptávku je třeba zmenšit o data zobchodovaná v této iteraci. Pošlou se BTC na dočasný účet uvnitř peněženky (peníze se nepřesouvají v databázi). Proběhne aktualizace do databáze. Pokud do tohoto okamžiku nenastala žádná chyba, BTC jsou z dočasného účtu poslány příjemci. Pokud nastala chyba, BTC jsou poslány zpět odesílateli. Nakonec se vytvoří logy a entity se odemknou. Podrobnější informace v dokumentaci.
4.3
Analytický model
Navržený analytický model zobrazuje základní model aplikace. Model zachycuje vztahy a násobnosti mezi entitami.
Ilustrace 11: Analytický model tříd
Vztah uživatele a skupiny zachycuje uživatele a jemu přidělenou uživatelskou roli. V systému se mohou nacházet uživatelé podle tří druhů uživatelských rolí. V systému jsou však drženy jen uživatelské role pro administrátora a přihlášeného uživatele. Pro přístup do - 28 -
systému není potřeba uchovávat role pro nepřihlášené uživatele, protože se jedná o webovou aplikaci. Uživatel musí mít jeden CZK účet a jeden BTC účet pro potřeby obchodování. Na účty si uživatel může posílat peníze a s těmito penězi může obchodovat. Z těchto účtů se dají také peníze posílat ven mimo směnárnu. Gopay platba je tvořena pro přijetí CZK na uživatelův účet ve směnárně. Po proběhnutí platby u platebního systému GoPay jsou peníze z platby připsány na uživatelův CZK účet. Uživatel může mít více těchto plateb, které čekají na provedení. Odchozí platba je analogická k Gopay platbě s tím rozdílem, že se vytváří, když uživatel vybírá peníze ze svého CZK účtu. Nabídka a poptávka je tvořena kvůli obchodování. Nabídka znamená nabízení BTC a poptávka poptávání BTC, nikoliv CZK. Uživatel může mít několik nabídek a poptávek. Ty čekají ve frontě na zobchodování.
4.4
Diagram stavů
Diagram stavů popisuje v jakých stavech se může instance nacházet a dále popisuje přechody mezi stavy.
- 29 -
4.4.1
Uživatel
Ilustrace 12: Diagram stavů uživatele
4.4.1.1
Registrovaný
Systém registruje uživatele na základě uživatelem vyplněného registračního formuláře. Systém pošle uživateli e-mail s potvrzovacím kódem a odkazem, kde se může aktivovat.
4.4.1.2
Aktivovaný
Uživatel klikl na odkaz ve zprávě a vyplnil potřebné údaje pro aktivaci včetně potvrzovacího kódu.
4.4.1.3
Nepřihlášený
Uživatel, který má založený účet ve směnárně, ale není přihlášený.
4.4.1.4
Přihlášený
Přihlášený uživatel v systému může provádět obchodní operace, měnit heslo atp.
4.4.2
Směnárna
- 30 -
Ilustrace 13: Diagram stavů směnárny
4.4.2.1
Spuštěna
Systém je spuštěný a dovoluje obchodovat, přidávat peníze, vybírat peníze atd...
4.4.2.2
Zastavena
Systém je pozastavený. Nedovoluje obchodování, přidávání peněz, odebírání peněz atd...
4.4.3
BTC peněženka
Ilustrace 14: Diagram stavů BTC peněženky
4.4.3.1
Konzistentní stav
Peněženka je po spuštění v konzistentním stavu. V ideálním případě se do jiného stavu nikdy nedostane.
4.4.3.2
Nekonzistentní stav
Peněženka postrádá soubor wallet.dat, který je nutný pro uchování již proběhlých transakcí. Peněženka může v tomto stavu provádět nové transakce, ale je ochuzena o ty staré. To znamená, že zůstatky na účtech nejsou pravdivé. - 31 -
4.4.3.3
Obnovení
Ve stavu obnovení jsou do peněženky přehrávány transakce z logu a je nutné, aby směnárna byla pozastavena.
- 32 -
5 Návrh Tato kapitola obsahuje návrh řešení architektury, zabezpečení a databázových entit.
5.1
Model architektury
V modelu architektury jsou popsány jednotlivé vrstvy a balíčky s jejich využitím v systému. Nejsou zde popsány jednotlivé třídy z důvodu velkému rozsahu. Detailní popis tříd je obsažen v příloze.
Ilustrace 15: Balíčky systému
5.1.1
Prezentační vrstva
V prezentační vrstvě se nachází servlety, filtry a JSP stránky. Balíček controller obsahuje servlety, které se starají o validaci, obsluhu z formulářů nebo nějakých akcí vyvolaných uživatelem, handler neodchytnutých chyb. V balíčku filter jsou filtry, které se například starají o aktualizaci uživatele do sezení. Ostatní balíčky se starají o přesměrování na JSP stránky.
5.1.2
Byznys vrstva
Tato vrstva obsahuje hlavní logiku aplikace rozdělenou do dvou hlavních balíčků. Balíček beans zahrnuje třídy, které se volají z prezentační vrstvy, Tyto třídy například spravují uživatelské účty, peněžní účty, vlastnosti aplikace nebo nákup a prodej BTC. V balíčku transakce je hierarchie transakcí. Transakcí jsou celkem čtyři druhy a ty jsou tvořeny pomocí dvou factory tříd.
- 33 -
5.1.3
Datová vrstva
Datová vrstva pojímá balíček entity. V tomto balíčku jsou třídy, které reprezentují tabulky v databázi. Jsou namapovány pomocí JPA. Pro práci s entitami jsou použity třídy v balíčku manager. Tito manažeři umožňují vykonávat nad databází dotazy pomocí JPQL, hledat, ukládat, mazat, aktualizovat atp...
5.1.4
Podpůrné třídy
Tento balíček zahrnuje různou funkcionalitu. V balíčku exception jsou třídy výjimek. Balíček gopay umožňuje komunikaci s GoPay platební bránou. Balíček mockFasade obsahuje fasádu s testovacími instancemi, Balíček properties uchovává vlastnosti aplikace a textové zprávy. Balíček rpcbitcoin se používá pro připojení k BTC peněžence. V support balíčku je třída MyN, která je použita pro uchovávání peněžních částek. Při použití typu double a float docházelo k nepřesným výsledkům po početních operacích. Balíček dále umožňuje zasílání emailů a hashování. Ostatní třídy viz dokumentace.
5.2
Model nasazení
Model nasazení definuje fyzická zařízení, jejich komponenty a spojení (komunikaci) mezi nimi.
Ilustrace 16: Model nasazení
- 34 -
5.2.1
Klient
Jedná se o tenkého klienta. Pro přístup na server se použije webový prohlížeč. Web je přístupný i bez JavaScriptu. Komunikace probíhá šifrovaně přes HTTPS protokol po celou dobu spojení. Otestováno na prohlížeči Firefox, Opera, Chromium a Epiphany.
5.2.2
Server
Aplikace poběží na linuxovém systému. Jako aplikační server byl vybrán GlassFish, který je nutné nakonfigurovat. V databázovém serveru MySQL je použit engine InnoDB, který na rozdíl od staršího MyISAM podporuje transakce a provádí kontrolu cizích klíčů. Jako BTC peněženka byl zvolen oficiální klient, který bude spuštěn jako daemon.
5.3
Zabezpečení
Jelikož se jedná o webovou aplikaci provádějící operace s penězi, bylo nutné navrhnout aplikaci bezpečně, aby nemohla být zneužita neoprávněným způsobem.
5.3.1
SHA-1
SHA-1 je hashovací algoritmus vytvářející ze vstupních dat otisk fixní délky. V systému se používá pro uchování hesel a potvrzovacích kódů v databázi.
5.3.2
JAAS
JAAS neboli Java Authentication and Authorization Service je framework poskytující autentizaci a autorizaci do systému. JAAS je v aplikaci použit při přihlášení do systému.
5.3.3
Captcha
Captcha kód je ochrana proti robotům, kteří zkouší do systému odesílat náhodná data a pokoušejí se uhodnout například jméno a heslo. Captcha je použita pro aktivaci a registraci uživatelů.
5.3.4
SSL
SSL neboli Secure Sockets Layer je protokol poskytující zabezpečení komunikace. SSL je použito pro komunikaci po celou dobu spojení mezi klientem a serverem. Uživatel to pozná tak, že v prohlížeči v URL místo obvyklého http://doména.něco je https://doména.něco.
5.4
Datový model
Datový model v průběhu projektu prošel velkými změnami. Na ilustraci je finální verze, která - 35 -
obsahuje 14 tabulek.
5.5
Licence
Aplikace a její zdrojové kódy se smí používat pouze pro nekomerční účely. Aplikace a zdrojové kódy jsou dostupné pod licencí freeware pro nekomerční využití.
Ilustrace 17: Datový model
Tabulka BTCUcet reprezentuje uživatelův BTC účet. Tabulka obsahuje adresu účtu, testovací částku, datum a částku ze dne posledního nákupu, datum a částku ze dne posledního prodeje, datum a částku ze dne posledního výběru. Tabulka OdchoziPlatba reprezentuje odchozí platbu v CZK. Tabulka obsahuje částku k výběru, číslo cílového bankovního účtu, kód banky, variabilní symbol. Tabulka Skupiny reprezentuje uživatelské role v systému. Tabulka obsahuje název uživatelské - 36 -
role. Tabulka Poptavka reprezentuje poptávky uložené ve frontě. Tabulka obsahuje kolik uživatel chce BTC a kolik je ochoten zaplatit za tyto BTC. Tabulka Nabidka reprezentuje nabídky uložené ve frontě. Tabulka obsahuje kolik uživatel nabídl BTC a kolik chce za tyto BTC. Tabulka CZKUcet reprezentuje uživatelův CZK účet. Tabulka obsahuje částku na účtu, datum a částku ze dne posledního přidání CZK, datum a částku ze dne posledního vybrání CZK. Tabulka Uzivatel reprezentuje aktivního uživatele uživatele. Tabulka obsahuje přezdívku, email, zahashované heslo. Tabulka TmpUzivatel reprezentuje uživatele, který je ve stavu registrovaný. Tabulka obsahuje přezdívku, e-mail, zahashované heslo a potvrzovací kód. Tabulka GopayPlatba reprezentuje příchozí platbu v CZK. Tabulka obsahuje částku, platební identifikátor a variabilní symbol. Atribut identity, který je v diagramu se neukládá, protože ho lze dopočítat. Potomci tabulky LogOperace reprezentují logy z převodů peněz. Tabulky obsahují částku a datum. Tabulka ZadostiONovaHesla uchovává záznamy uživatelů, kteří požádali o nově vygenerované heslo. Tabulka obsahuje e-mail a potvrzovací kód, který je zaslán na e-mail. Tabulka WalletBackup uchovává soubor wallet.dat. Tabulka obsahuje binárně uložený soubor.
- 37 -
6 Nestandardní části implementace Kapitola obsahuje popis částí implementace, kde byly zvoleny nestandardní postupy. Tyto postupy bylo nutné zvolit z důvodu komunikace s Bitcoin peněženkou. Velmi nestandardní částí je uchovávání částky na BTC účtu. Částka je totiž držena v peněžence a ne v databázi. Pokud by byla držena v databázi tak nastává problém s aktuálností zůstatku, protože BTC jsou posílány na účet přes Bitcoin síť. Aplikace tedy není nijak informována o nově příchozích BTC na platební účty. Nabízelo se řešení, že dotaz na aktualizaci účtu bude prováděn na uživatelův požadavek prostřednictvím obnovovacího tlačítka. Toto řešení však bylo zavrženo z důvodu, že se nelíbilo zákazníkovi. Na zůstatky se tedy dotazuje aplikace Bitcoin peněženky.
6.1
Komunikace s Bitcoin peněženkou
Komunikace mezi směnárnou a peněženkou pracuje na principu klient-server, kde klient je směnárna a server je Bitcoin peněženka. Komunikace probíhá přes JSON-RPC protokol. Peněženka naslouchá na portu 8333 a z důvodu bezpečnosti přijímá požadavky pouze z localhostu. Aplikace obsahuje balíček support.rpcbitcoin, který se stará o připojení k serveru, volání metod a získávání návratových hodnot. Pro autentizaci klienta, který posílá na server jméno a heslo byla použita třída java.net.Authenticator.
6.2
Bezpečnost transakcí
Pokud při transakci vznikne nějaká chyba například při nedostatku peněz, při odpojení peněženky nebo při něčem neobvyklém je nutné, aby se transakce chovala atomicky. To znamená, že transakce proběhne buď celá v pořádku nebo neproběhne vůbec (nepřesunou se BTC, CZK ani se nezaznamenají informace do logu). Pro každou transakci je vytvořena instance, která prochází kontrolními body tzv. checkpointy. Když se instance dostane k nějakému checkpointu, je stav instance změněn. Tato instance se zkontroluje a podle ní se vyhodnocuje, zda se mají peníze posílat zpět a jestli se má vyprázdnit log.
6.3
Vlastní číselný typ
Držení číselných hodnot pro částky bylo dříve řešeno datovým typem double. Ten ale nevyhovoval, protože po početních operacích docházelo k zaokrouhlování hodnoty. To bylo nepřijatelné a proto následovalo napsání vlastního datového typu MyN. Tento typ je v aplikaci - 38 -
použit všude tam, kde je nepřijatelné zaokrouhlování.
- 39 -
7 Testování Kapitola popisuje jakými způsoby a nástroji byl systém testován. Jelikož systém provádí výpočty pro převody peněz bylo nutné otestovat je unit testy. Důležité bylo také zpracování paralelního obchodování nebo třeba rychlost obsluhování klientů. Dále kapitola obsahuje dosažené výsledky testů. Testování neprobíhalo jen po dobu implementace, ale následovalo i po jejím ukončení.
7.1
Uživatelské testy
Uživatelské testovaní probíhalo po celou dobu implementace a zároveň byly odstraňovány chyby v systému. Nedílnou součástí uživatelského testovaní byl debugger, bez kterého by kontrola chování aplikace šla jen velmi těžko.
7.1.1
Formulářové vstupy
Protože se jedná o webovou aplikaci a uživatelé jsou nevyzpytatelní je důležité, aby byl kladen důraz na kontrolu vstupních dat, která uživatelé posílají na server. Bylo potřeba testovat vstupy z formulářů jako byly záporné hodnoty u čísel, e-mailové adresy, BTC adresy, variabilní symboly a další.
7.1.2
Obchodování
U obchodování je důležité, aby systém nedovolil prodat vícekrát ty samé peníze. Je třeba zamykat entity v databázi i na úrovni aplikace, aby se předešlo vícenásobnému nakoupení nebo prodání peněz. Bylo třeba simulovat více stejných požadavků od jednoho uživatele v jeden okamžik.
7.1.3
Databázové operace
Testování databázových operací znamená provést ukládání, mazání, aktualizování a opětovné načtení entit z databáze a zkontrolovat jestli skutečné výsledky odpovídají očekávaným. Problémy byly u přidávání poptávek a nabídek k uživateli. Například se vyskytl problém, že po přidání nabídky a jejím smazání se nabídka smazala v databázi, ale pořád se zobrazovala v aplikaci u uživatele. JPA totiž používá vlastnící a inverzní strany a jejich nastavení mi občas dělá problémy.
- 40 -
7.2
Automatické testy
Na automatické testy byl použit framework JUnit verze 4, open source nástroj JMeter a jeden jednoduchý linuxový skript. Před spuštěním se musí testy nejdříve vytvořit a po skončení testů následuje vyhodnocení, zda došlo k chybám či nikoliv.
7.2.1
Unit testy
Unit testy testují jednotlivé metody. Testovány byly metody pro prodej a nákup BTC. Bylo napsáno celkem 47 unit testů ve 14 třídách. Bylo nutné vytvořit mock objekty, které se pak dávaly do testovaných metod, aby se dosáhlo simulace různých situací. Dále bylo nutné vytvořit očekávané mock objekty a ty potom porovnávat s těmi co vracejí testovací metody. Unit testy mají velikou výhodu, protože po jakékoli změně se dají spustit a IDE ihned zobrazí informace o výsledcích testů. Je velmi jednoduché určit chybu.
7.2.2
JMeter a linuxový skript
Cílem bylo nasimulovat mnoho uživatelů a zjistit jak si aplikace vede. Aplikace JMeter je zdarma a využívá se pro testování webových aplikací. JMeter dokáže simulovat klienty a je tedy vhodný například pro zátěžové testy. JMeter byl spouštěn na stejném stroji jako server, bylo použito SSL. Linuxový skript měl za cíl otestovat Bitcoin peněženku. Bylo třeba zjistit jestli peněženka nezačne padat při velkém množství žádostí. Na peněženku byly paralelně generovány žádosti o novou adresu, vrácení zůstatku, přesun BTC. V tomto peněženka obstála, ale zjistilo se, že peněžence dojdou po nějaké době adresy. Pro nové adresy bylo nutné zavolat funkci, která předpřipraví nové adresy. Problém byl vyřešen tak, že peněženka nesmí být šifrovaná. Bylo totiž zjištěno, že pokud se peněženka nešifruje, tak peněžence nedochází adresy a není nutné volat funkci pro předpřipravení nových adres.
7.3
Odpojení peněženky a databáze
Při odpojení peněženky nebo databáze bylo třeba otestovat chování aplikace, protože nesprávné chování by mohlo mít fatální dopad na konzistenci peněžních účtů. Pokud při odeslání http požadavku na server je indikována ztráta spojení, je uživatel odhlášen a přesměrován na stránku s hláškou o výpadku. Pokud by výpadek nastal v průběhu platební transakce, je systém pořád konzistentní.
- 41 -
7.4
Výsledky
Testy odhalily řadu chyb. Automatickému testování jsem dal větší priority než doposud, protože zkracuje čas implementace. Všechny chyby v aplikaci se podařilo bez větších problémů odstranit. Při zátěžovém testu na vkládání dat do databáze se při pokusu vložit 100 řádků vložilo pouze 95 s chybovým hlášením „Duplicate entry '140001' for key 'PRIMARY'“ což znamená, že některým entitám bylo přiřazeno stejné ID. Pro odstranění chyby bylo nutné změnit generátor identifikátorů z JPA na databázi samotnou. Další chyba nastala při nákupu BTC. Částka místo přičítání byla neustále připisována. Chyba vznikla z nepozornosti a stačilo upravit kód metody. Po zadání e-mailu, který není v databázi a následnému hledání tohoto e-mailu v databázi byla tvořena výjimka. Bylo třeba výjimku odchytit a uživateli zobrazit relevantní hlášku. U změny hesla po zadání pouze starého hesla a odeslání požadavku nastávalo přesměrování na jinou stránku. Bylo třeba nastavit přesměrování až po zadání všech validních údajů. Při odpojení peněženky těsně před odesláním požadavku na nákup se sice nic nezobchodovalo, ale do logu se uložila informace o proběhlé transakci. Bylo třeba log vyprázdnit pokud nastalo odpojení peněženky. Při integraci s GoPay platební bránou jsem objevil dvě chyby v jejich knihovně pro integraci. První chyba se nedala identifikovat, protože byla pouze zobrazována chybová hláška ať kontaktuji provozovatele. Po opravení chyby a spuštění s novou verzí knihovny se nedařilo připojit na platební bránu, ale vývojářům z GoPay vše fungovalo v pořádku. Po detailním zkoumání zdrojového kódu knihovny jsem objevil, že IP adresa brány v knihovně byla nastavena na nějakou interní neveřejnou IP, na kterém jim běžela testovací brána. Tato brána nebyla přístupná zvenčí. Po opravení této chyby už nebyly další problémy.
- 42 -
8 Závěr a zhodnocení Výsledkem této práce mělo být nastudování problematiky zabývající se Bitcoin, seznámení se s existujícími softwary a knihovnami a nakonec samotné realizování aplikace, která bude umožňovat uživatelům směňování BTC a CZK. Všechny předem stanovené cíle byly splněny. Proniknout do světa Bitcoin dalo značnou práci. Obecných informací pro běžného uživatele je relativně mnoho, ovšem většinou v anglickém jazyce. Pokud se člověk začne o Bitcoin zajímat více do hloubky, tak informací značně ubývá. Více do hloubky znamená z pohledu programátora, kterého může zajímat například implementace vlastního Bitcoin klienta. Po porozumění Bitcoin následoval vývoj aplikace. Během vývoje jsem se dozvěděl řadu nových informací, které se týkali webových aplikací, používání různých programových API nebo třeba konfigurace. Jak již bylo očekáváno na začátku projektu, testování zabralo mnoho času. Systém byl testován různými postupy a nástroji. Po úspěšném testování je aplikace připravena na spuštění do provozu. Zkušenosti, které jsem získal při práci na projektu, mi rozšířily obzory. Určitě takto nabyté zkušenosti využiji i v budoucnu na dalších zajímavých projektech, jakým tato směnárna beze sporu je. Na projektu by se mohlo pracovat dál. V budoucnu by se dalo rozšířit směnárnu o nějakou další měnu jak tomu je u zahraničních směnáren.
- 43 -
9 Použitá literatura [1]
Bitcoin: P2P digital currency [online]. 2009, 2012 [cit. 2012-05-15]. Dostupné z:
http://bitcoin.org [2]
What is Bitcoin?: We Use Coins [online]. 2010 [cit. 2012-05-15]. Dostupné z:
http://www.weusecoins.com [3]
Decentralizovaná kryptoměna Bitcoin. HRACH, Jan. ABC Linuxu [online]. 2011 [cit.
2012-05-15]. Dostupné z: http://www.abclinuxu.cz/clanky/decentralizovana-kryptomenabitcoin [4]
Protocol specification: Bitcoin. Bitcoin.it Wiki [online]. 2010, 2012 [cit. 2012-05-15].
Dostupné z: https://en.bitcoin.it/wiki/Protocol_specification [5]
Protocol rules: Bitcoin. Bitcoin.it Wiki [online]. 2010, 2012 [cit. 2012-05-15].
Dostupné z: https://en.bitcoin.it/wiki/Protocol_rules [6]
GoPay: UŽÍVEJ GoPay [online]. © 2008-2011 [cit. 2012-05-15]. Dostupné z:
https://www.gopay.cz [7]
Software: Bitcoin. Bitcoin.it Wiki [online]. 2010, 2012 [cit. 2012-05-15]. Dostupné z:
https://en.bitcoin.it/wiki/Software [8]
LinuxCoin [online]. 2011 [cit. 2012-05-15]. Dostupné z: http://www.linuxcoin.co.uk
[9]
Poclbm: Bitcoin. Bitcoin.it Wiki [online]. 2010, 2012 [cit. 2012-05-15]. Dostupné z:
https://en.bitcoin.it/wiki/Poclbm [10]
Cpu Miner: Bitcoin. Bitcoin.it Wiki [online]. 2010, 2012 [cit. 2012-05-15]. Dostupné
z: https://en.bitcoin.it/wiki/Cpu_Miner [11]
Mt.Gox: Bitcoin Exchange [online]. © 2010 - 2012 [cit. 2012-05-15]. Dostupné z:
https://mtgox.com [12]
Spend
Bitcoins
[online].
2011
https://www.spendbitcoins.com
- 44 -
[cit.
2012-05-15].
Dostupné
z:
10 Přílohy A)
Instalační příručka
Tato kapitola obsahuje postup jakým lze zprovoznit aplikaci. Před samotným instalováním aplikace tzv. deployem aplikace na server je třeba nainstalovat databázový server MySQL, aplikační server GlassFish alespoň verze 3 a oficiálního Bitcoin klienta. Pro bezproblémové nainstalování a spuštění provádějte všechny kroky jako jeden uživatel, kromě těch kroků, kdy je nutné pracovat jako super uživatel. Konfigurace Bitcoin klienta probíhá ve dvou krocích. Nejprve je nutné nastavit do konfiguračního souboru vlatnosti rpcuser a rpcpassword. Poté je nutné nastavit adresáři ~/.bitcoin práva tak, aby nikdo jiný nemohl číst z tohoto adresáře. Dále je třeba vytvořit databázi a nahrát do ní sql soubor, který předvytvoří tabulky a některá důležitá data. Poté je nutné nastavit databázi příslušná práva. Následující krok se skládá z nakonfigurování GlassFish serveru. Je třeba nastavit security realm, JavaMail sessions, JDBC připojení k databázi a logování. V instalaci GlassFishe do adresáře glassfish/domains/domain1 je třeba nakopírovat konfigurační soubory app.cfg a config.cfg. Je třeba přidělit jim všechna práva pouze pro vlastníka, ostatní k nim nesmí mít přístup. Nakonec stačí spustit Bitcoin klienta a poté deploynout aplikaci na server.
- 45 -
B)
Ukázky GUI
Ukázky GUI jsou screenshoty z webového prohlížeče.
Ilustrace 18: Uživatelovo boční menu
Menu slouží například pro správu peněz, nákupu a prodeje.
Ilustrace 19: Hlášky
Každá hláška má svůj kód. Hlášky jsou zobrazovány vpravo odspodu. Při zobrazení nové hlášky se předchozí hláška posune o něco výš tak, aby bylo možné vidět obě dvě. Takto zobrazované hlášky jsou nazývané growl.
- 46 -
Ilustrace 20: Nabídnuté operace po vytvoření poptávky
Jakmile uživatel vytvoří poptávku jsou mu nabídnuty akce uložit a nakoupit. V poptávce pro uložení jsou data, která vložil uživatel. Poptávka pro zobchodování je spočítána z dat, která zadal uživatel.
Ilustrace 21: Fronta poptávek
Obsahuje poptávky, které uživatel vytvořil a poté uložil do fronty. Poptávky se dají řadit podle dat ve sloupcích.
- 47 -
C)
Obsah přiloženého CD
data/BitCoin2.eap
Enterprise architect projekt Bitcoin směnárny
exe/BitCoin2.war
spustitelná aplikace na serveru GlassFish
html/javadoc
dokumentace ke zdrojovému kódu
src
Netbeans projekt se zdrojovými kódy
src/bitcoin-create.sql
SQL skript pro vytvoření databázových tabulek a dat
text/BP.odt
text BP ve formátu OpenOffice.org
text/BP.pdf
text BP ve formátu PDF
- 48 -
