AWS 기반 블록체인 (1부) - 블록체인 환경 구성하기 (박혜영 & 유다니엘, AWS 솔루션즈 아키텍트) :: AWS DevDay2018

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AWS 기반 블록체인 (1부)
- 블록체인 환경 구성하기 -
박혜영 & 유다니엘 솔루션즈 아키텍트
AWS

Blockchain on AWS

AWS에 얼마나 많은 블록체인들이 있을까?

글로벌 블록체인 AWS 도입 현황
Hyperledger
14%
Ethereum 등
86%
ON AWS
non AWS
19%
on AWS
81%
AWS VS NON-AWS

블록체인 개발시, 고려할 사항
1. 퍼블릭 블록체인 vs 프라이빗 블록체인?
2. 어떤 합의 알고리즘을 사용할 것인가?
3. 트랜잭션의 처리 성능은 얼마나 빨라야 하는가? (TPS)
4. 트랜잭션의 응답 시간은 얼마나 빨라야 하는가? (Sec)
5. 트랜잭션 처리 비용은 얼마가 드는가? (Gas)
6. 직접 구축할 것인가 vs 서비스를 사용할 것인가?

[참고] 블록체인 트릴레마 (Trilemma)
▲확장성 ▲보안성 ▲탈중앙화
3가지를 모두 만족 시키기는 어려움
확장성
보안성탈중앙화
Centralized
Blockchain
Decentralized
Blockchain

어떤 합의 알고리즘을 사용할 것인가?
PoWPoSPBFT DPoS
Public
Permissioned
Public
Permissioned
Public
Permissionless
EOS ARK CASPER Qtum Wanchain Bitcoin EthereumTendermintRippleHyperledger
PoA
PoA Network LISK
Private or Public
Permissioned
Private
Permissioned
SteemitParity
• 블록 생성 시간 빠름
• 높은 성능
• Trust
• 블록 생성 시간 느림
• 낮은 성능
• Trust-Free
DecentralizedCentralized
∙ Public
∙ Permissioned
∙ Private/Consortium
∙ Permissioned
∙ No-cryptocurrency
∙ Public
∙ Permissionless

블록체인 라이프 사이클
블록의 생성 블록을 누가 생성할 것인가?
블록의 검증 검증은 어떻게 할 것인가?
블록의 전파 블록 생성에 소요되는 시간과 포크가 발생하는가?
보상과 패널티 인센티브와 패널티는 어떻게 부과되나?
블록의 확정 완결은 언제 할 수 있나?

! Quiz1. 다음은 어떤 합의 알고리즘 일까요?
블록의 생성
블록의 전파
블록의 검증
블록의 확정
보상과 패널티
Nonce 퍼즐을 푼 사람(Miner) 누구나
블록 생성이 느려 무수한 포크 발생
12 Confirm을 기다림, 만일 포크 발생시 가장 긴 체인 선택
Nonce 퍼즐을 풀고 블록을 기록한 마이너 (패널티 없음)
정답 : Ethereum PoW
참여 노드 누구나 논스 검증 (별도 검증단 없음)

Ethereum PoW (Ethash)
블록헤더 N
타임스탬프
이전 블록헤더의
해시값
넌스
트랜잭션의 루트
해시값
넌스
트랜잭션1
트랜잭션2
트랜잭션3
머클트리의 루트
블록헤더 N+1
타임스탬프
해시값
넌스
Hash
Hash
Hash
목표값
(2256
/ 난이도)
Miner
타임스탬프

Ethereum PoW (Ethash)
블록헤더 N
타임스탬프
해시값
믹스 해시
2256 /3,279,482,851,263,792
목표값
(2256 / 난이도)
<=
(5646070번 블록의 난이도 목표)
0x0000003c46dc51..
넌스
Hash
0
1
2
3
4
5
....
58f7
0x0000003c46df52..

! Quiz 다음은 어떤 합의 알고리즘 일까요?
블록의 생성
블록의 전파
블록의 검증
블록의 확정
보상과 패널티
권한을 가진 사람들(Signer)이 순서대로 돌아가면서 블록 생성
전파 속도가 빠르고 포크가 발생할 일이 없음
정답 : Ethereum PoA
참여 노드 누구나 블록 생성자의 서명 검증 (별도 검증단 없음)
확정 시간 빠름
보상 없음, 순번이 되지 않은 Signer에 대한 패널티 있음

블록의 생성
보상과 패널티
블록의 확정
블록의 검증
블록의 전파
p2p Server
Node B
(Peer)
Block
Verify 후 저장
stateDb
transactionsTxpool
tx1
tx2
tx1:영수증
tx2 :영수증
chainDb
New
Block
Ethereum PoA (Clique)
Node A
(Miner)
(RPLx Protocole)
p2p Server
*chainDb
stateDb
*

Ethereum PoA (Clique)
A
B
C
Signer
On-Chain Vote
A
B
C
New
Signer[2]
Signer[1]
Signer[0]
Snapshot
11 % 3 = 2
Block
11 C 215초
12 % 3 = 0
Block
12 A 220초
13 % 3 = 1
Block
13 B 225초
Block
14 A
1
31초
14 % 3 = 2
Block
14 C
2
30초
X
SnapshotSnapshotSnapshotSnapshotSnapshot
10 % 3 = 1
Block
1010초
B 2
9 % 3 = 0
Block
95초
A 2

PoA vs PoW
Ethereum PoW
(Ethash)
Ethereum PoA
(Clique)
트랜잭션 수수료 2.3 Gwei / gas 없음
트랜잭션 처리 성능 20~30 TPS 더 높음
트랜잭션 처리 시간 15초 이상 더 짧음

G e t h 컴 파 일
Ethereum PoA (Clique) - ① Ethereum 설치하기
http://golang.org/dl
https://geth.ethereum.org/downloads (1.8.17 최신 버전 )
$ git clone https://github.com/ethereum/go-ethereum.git
G o 설 치
$ make geth

Ethereum PoA (Clique) - ② Genesis.json
블록 생성 주기
Signer 주소
체인 체크포인트

$ geth –miner or geth console
Ethereum PoA (Clique) - ③ Geth 실행
G e t h 실 행
$ geth init genesis.json최 초 블 록 생 성

Ethereum PoA (Clique) - ④ Ethstats 확인

Let’s build a private Ethereum
Network on Kubernetes (K8s)!

블록체인과 컨테이너 기술의 기본 공통 개념
Ø Decentralization (탈중앙화)
Ø Fault-tolerance (내결함성)
Ø Immutability (불변성)
Ø Scalability (확장성)

Why Blockchain on Container platform?
Decentralization (탈중앙화)
Ø 블록체인
v 탈중앙화 된 방식으로 데이터를 분산 저장한다.
Ø 컨테이너
v 어플리케이션은 다수의 노드에 다수의 컨테이너로 구동한다.

Fault-tolerance (내결함성)
Ø 블록체인
v 노드 일부가 사라져도 다른 노드에 데이터가 저장되어 있기
때문에 데이터 유실 없다.
Ø 컨테이너
v 어플리케이션은 여러 복제 컨테이너로 구성되기 때문에 하나가
실패해도 다른 컨테이너가 계속 실행할 수 있다.

Immutability (불변성)
Ø 블록체인
v 데이터를 변경하려면 기존 블록은 수정할 수 없고, 새로운 블록을
작성해야 한다.
Ø 컨테이너
v 어플리케이션을 수정하려면 기존 컨테이너를 변경하지 않고
새로운 컨테이너를 생성해야 한다.

Scalability (확장성)
Ø 블록체인
v Mining 노드를 수평으로 확장 할 수 있다.
Ø 컨테이너
v Worker 노드를 수평 확장 할 수 있다.

Why Kubernetes?
•컨셉과 설치가 복잡하다.
•배포 및 업데이트가 용이하다. (pod, replica, service, storage 등)
•자동 복구가 가능하다.
•데이터 격리 및 보관이 용이하다. (Secret 등)
•Service를 통해 로드밸런싱을 지원한다.
장점
단점

AWS Blockchain Template
Amazon
DynamoDB
Amazon
ECR
Amazon
ECS
Public subnet
Windows
Bastion host
Public subnet
Availability Zone 1
AWS Region
Availability Zone 2
Private subnet
Eth Stats Geth
Miner
node
Internet
gateway
VPC NAT
gateway
Private subnet
Eth
Explorer
Geth
Miner
node
VPC
10.0.0.0/16
Internal
Application
Load
Balancers
https://aws.amazon.com/ko/blockchain/templates/

오늘 세션에서 구성해 볼 Kubernetes 블록체인 환경
AWS Cloud
VPC
Availability zone 1
Worker
Node
ethstatsBootnode
Signer Signer
Availability zone 2
Worker
Node
ethstats
Signer Signer
Auto Scaling group
Kubectl
Ethereum
Pods
Ethereum
Pods
Node

Building a Private Ethereum Network on EKS
구축 순서:
1단계: Kubernetes (K8s) 클러스터 구축
• VPC 프로비젼닝
• EKS Cluster 프로비젼닝
• Worker Nodes 프로비젼닝
• Worker Node 클러스터 등록 및 EKS 엔드포인트 연결
2단계: Ethereum 네트워크 구축
• Bootnode 배포
• Signer node 배포
• 일반 node 배포
• Ethstats 배포

1 단 계 : K8 s 클 러스 터 구축

Kubernetes 클러스터 구축하기 – Infrastructure as Code
VPC
stack
EKS
stack
Work node
stack
VPC
template
EKS
template
Work Node
template
vpc.yml eks-cluster.yml eks-nodes.yml

Kubernetes 클러스터 구축하기 – Infrastructure as Code
E K S - V P C
E K S - C l u s t e r
E K S - N o d e

Kubernetes 클라이언트 설정 – kubectl + IAM authentication
kubectl
3) Authorizes AWS Identity with RBAC
Kubernetes API
4) Kubernetes action
allowed/denied
AWS Auth
github.com/heptiolabs/kubernetes-aws-authenticator
1) AWS Identity 전달
2) AWS Identity 검증

Kubernetes Cluster 구성 완료시
Master
Node
API Server
Scheduler Job
Replication
Controller
Node1 Node2 Node3
kubectl
블록체인
Developer
Kubelet
Docker
Registry
Distributed
Key-value storage
(Secret, ConfigMap etc)

Kubernetes 동작 확인
$ kubectl get svc
$ kubectl get nodes
Cluster 생성 확인
Node 연결 확인

2 단계: E t hereum 네 트워크 구축

Ethereum 네트워크 구축 완료시
Master
Node
API Server
Scheduler Job
Replication
Controller
Node1 Node2 Node3
kubectl
Developer
User
Kubelet
Docker
Registry
Service
pod pod
Service pod
pod
boodnode
node
signer signer
pod
ethstatsethstats
node
Distributed
Key-value storage
(Secret, ConfigMap etc)
ethstats elb
geth-rpc elb
pod
signer

Kubernetes Manifest Files (YAML)
Secrets
Configmaps
Deployment
Service
password, keystore, private
key키와 같은 민감한 정보
Ethereum 네크워크 및
Genesis 설정 정보
Ethereum 노드 배포
Ethstats 어플리케이션 및
RPC 서비스 연결

Private POA Ethereum Network Toplogy on K8s
ETHSTATS
KEY
BOOT
KEY
NODE
KEYSTORE
GENESIS
ETHSTATS BOOTNODE SIGNER NODE
ETHSTATS
(80/TCP)
BOOTNODE
(30301/UDP, 30303/UDP)
NODE
(8545/TCP,8546/TCP)
ETHEREUM
APIs
ELASTIC
LOAD
BALANCER
PASSFILE
SIGNER
KEYSTORE
SECRETS
DEPLOYMENTS
SERVICES
CONFIG
MAPS

Ethereum 네트워크 구축 – bootkey + ethstats secrets
$ kubectl apply -f 00-ethstats-secret.yml$ kubectl apply -f 00-bootkey-secret.yml
Bootnode EnodeURL용
16바이트 랜덤키 Ethstats에 연결하기 위한
base64로 인코딩 된 암호

Ethereum 네트워크 구축 – keystore secrets
$ kubectl apply -f 00-node-keystore-secret.yml
$ kubectl apply -f 00-signer-keystore-secret.yml
Node의 Keystore 파일
Signer의 Keystore 파일

Ethereum 네트워크 구축 – signer address + passfile secrets
$ kubectl apply -f 00-signer-secret.yml $ kubectl apply -f 00-passfile-secret.yml
Signer의 Address
(3개)
Signer Keystore 파일
unlock용 Passphrase

Ethereum 네트워크 구축 – genesis.json configMap
$ kubectl apply -f 00-genesis-configmap.yml
네트워크 번호
PoA를 위한 설정
- 블록 생성 주기 : 5초
- 에포크 주기 : 3만
최초 Signer의 주소

Ethereum 네트워크 구축 – bootnode deployment
$ kubectl apply -f 10-bootnode.yml
Ethereum
docker image
Bootnode
open ports
Bootnode
실행 프로세스

Ethereum 네트워크 구축 – signer node deployment
$ kubectl apply -f 20-signer.yml
참조:
사전 설정 및 Task 수행
최초 Genesis 블록 생성
해당 Keystore 디렉토리에
Signer keystore 파일 복사
Secret 및 Configmap에서
제공하는 패스워드 및 설정
파일들을 Pod의 볼륨 마운트

Ethereum 네트워크 구축 – signer node deployment
$ kubectl apply -f 20-signer.yml
Ethereum Signer
실행 명령어
Signer 관련 옵션

Ethereum 네트워크 구축 – 일반 node deployment
$ kubectl apply -f 30-node.yml
Ethereum 일반 노드
실행 명령어

Ethereum 네트워크 구축 – ethstats deployment + service
$ kubectl apply –f 40-ethstats-deployment.yml $ kubectl apply -f 40-ethstats-service.yml
Ethstats docker image로
3000포트에서 웹서버 구동
Ethstats 서비스 AWS ELB의
80 포트로 외부에 노출

Ethereum 네트워크 구축 완료 확인
$ kubectl get secrets
$ kubectl get configmaps

$ kubectl get deployments
$ kubectl get services

Mist 지갑을 사용해서 연결한다면 다음과 같은 명령어로 RPC서버에 접속 가능
ü Mist --rpc http://<geth-tx-service-external-ip>:8545

D E M O :
1 . E t h e r e u m Y A M L 배 포
2 . A c c o u n t 생 성
3 . E t h e r 트 랜 잭 션
4 . C o n t r a c t 배 포

[참고] Github : kubernetes-ethereum
https://github.com/awslego/
kubernetes-ethereum

Q&A
• 세션 후, 설문에 참여해 주시면 행사 후 소정의 선물을 드립니다.
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