[ethereum] Geth를 이용하여 Clique(POA) 기반 private network 구축하기

Geth를 이용하여 Ethash(POW) 기반 private network 구축하는 방법을 알아보겠습니다.

​

Geth는 POW(Ethash), POA(Clique), POS(Caspre)를 선택적으로 운용가능합니다.

​

지난번에 정리한 POW(Ethash) 기반으로 작성한 글을 참고하면 어렵지 않게 진행할 수 있습니다.

2022.08.27 - [블록체인] - [ethereum] Geth를 이용하여 Ethash 기반 private network 구축하기

[ethereum] Geth를 이용하여 Ethash 기반 private network 구축하기

 

여기선 개념적인 내용보다 방법론적인 내용을 주로 다룹니다.

※ 진행순서

1. allocation, mine base 지갑주소 생성
2. 첫 번째 노드 구동
3. 두 번째 노드 구동
4. 네트워크 연결
5. block, transaction broadcast 동작 테스트

1. 지갑주소 생성

지갑주소를 생성하는 이유는 초기 이더를 할당하고 마이닝할 때 리워드(보상)을 가져갈 주소를 미리 설정해주기 위함입니다.

​

참고로 POA는 POW와 다르게 컴퓨팅 파워가 아닌 라운드 로빈을 사용합니다.

$ geth --datadir [경로] account new

geth를 이용할 땐 반드시 어느경로에 저장할지 지정해줘야 합니다. 그렇지 않을경우 지정된 기본경로를 사용합니다.

​

· 노드1에서 지갑생성

$ geth --datadir $PWD account new

# node1 디렉터리에서 수행

$ geth --datadir $PWD account new   

INFO [02-19|10:04:28.072] Maximum peer count                       ETH=50 LES=0 total=50
Your new account is locked with a password. Please give a password. Do not forget this password.
Password: 
Repeat password: 

Your new key was generated

Public address of the key:   0x5143155F92cb9d6D3a46c7d1F4413B44C8Fb3f2d
Path of the secret key file: /Users/bagjeongtae/Desktop/POA_node1/keystore/UTC--2021-02-19T01-04-29.450280000Z--5143155f92cb9d6d3a46c7d1f4413b44c8fb3f2d

- You can share your public address with anyone. Others need it to interact with you.
- You must NEVER share the secret key with anyone! The key controls access to your funds!
- You must BACKUP your key file! Without the key, it's impossible to access account funds!
- You must REMEMBER your password! Without the password, it's impossible to decrypt the key!

$ geth --datadir $PWD account new   

INFO [02-19|10:04:31.932] Maximum peer count                       ETH=50 LES=0 total=50
Your new account is locked with a password. Please give a password. Do not forget this password.
Password: 
Repeat password: 

Your new key was generated

Public address of the key:   0x852159cDFdB2Ac32807d57782aB0217B3024fAfb
Path of the secret key file: /Users/bagjeongtae/Desktop/POA_node1/keystore/UTC--2021-02-19T01-04-33.140369000Z--852159cdfdb2ac32807d57782ab0217b3024fafb

- You can share your public address with anyone. Others need it to interact with you.
- You must NEVER share the secret key with anyone! The key controls access to your funds!
- You must BACKUP your key file! Without the key, it's impossible to access account funds!
- You must REMEMBER your password! Without the password, it's impossible to decrypt the key!

2개의 계정을 생성해주었습니다.

· 노드2에서 지갑생성

여기선 3개의 주소를 라운드 로빈을 하기위해 계정 하나를 더 만들어 줄건데 한개의 계정은 두 번째 노드 경로에 추가해주도록 하겠습니다. 참고로 계정은 어디에있던지 상관없습니다.

# node2 디렉터리에서 수행
$ geth --datadir $PWD account new   

INFO [02-19|10:08:08.105] Maximum peer count                       ETH=50 LES=0 total=50
Your new account is locked with a password. Please give a password. Do not forget this password.
Password: 
Repeat password: 

Your new key was generated

Public address of the key:   0x444BBC8CB8aa094A76F77862d661146E0C9d6339
Path of the secret key file: /Users/bagjeongtae/Desktop/POA_node2/keystore/UTC--2021-02-19T01-08-09.485488000Z--444bbc8cb8aa094a76f77862d661146e0c9d6339

- You can share your public address with anyone. Others need it to interact with you.
- You must NEVER share the secret key with anyone! The key controls access to your funds!
- You must BACKUP your key file! Without the key, it's impossible to access account funds!
- You must REMEMBER your password! Without the password, it's impossible to decrypt the key!

노드1: 0x5143155F92cb9d6D3a46c7d1F4413B44C8Fb3f2d
노드1: 0x852159cDFdB2Ac32807d57782aB0217B3024fAfb
노드2: 0x444BBC8CB8aa094A76F77862d661146E0C9d6339

2. 첫 번째 노드 구동

노드를 구동하기 전에 제네시스 블록을 생성하기 위해 제네시스 블록을 만들기 위한 파일(genesis.json)을 만들어줍니다.

파일 템플릿은 POW(Ethash)와 비슷합니다.

· genesis.json 생성

{
  "config": {
    "chainId": 12345,
    "homesteadBlock": 0,
    "eip150Block": 0,
    "eip155Block": 0,
    "eip158Block": 0,
    "byzantiumBlock": 0,
    "clique": {
      "period": 5,
      "epoch": 30000
    }
  },
  "nonce": "0x0",
  "timestamp": "0x5a722c92",
  "extraData": "0x00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000005143155F92cb9d6D3a46c7d1F4413B44C8Fb3f2d444BBC8CB8aa094A76F77862d661146E0C9d63390000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "gasLimit": "0x59A5380",
  "difficulty": "0x1",
  "mixHash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "coinbase": "0x0000000000000000000000000000000000000000",
  "alloc": { 
    "5143155F92cb9d6D3a46c7d1F4413B44C8Fb3f2d" : {
      "balance": "1500000000000000000000"
    }
   },
  "number": "0x0",
  "gasUsed": "0x0",
  "parentHash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000"
}

여기서 라운드 로빈 시킬 계정을 extraData에 포함시키면 됩니다.

포함시키는 방법은 앞에서 생성한 지갑의 prefix로 붙어있는 0x를 제외하고 이어서 붙여주면 됩니다.

 

5143155F92cb9d6D3a46c7d1F4413B44C8Fb3f2d852159cDFdB2Ac32807d57782aB0217B3024fAfb444BBC8CB8aa094A76F77862d661146E0C9d6339

[라운드 로빈 계정] 부분에 앞의 문자열로 대체합니다.

{
  "config": {
    "chainId": 12345,
    "homesteadBlock": 0,
    "eip150Block": 0,
    "eip155Block": 0,
    "eip158Block": 0,
    "byzantiumBlock": 0,
    "clique": {
      "period": 5,
      "epoch": 30000
    }
  },
  "nonce": "0x0",
  "timestamp": "0x5a722c92",
  "extraData": "0x00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000005143155F92cb9d6D3a46c7d1F4413B44C8Fb3f2d852159cDFdB2Ac32807d57782aB0217B3024fAfb444BBC8CB8aa094A76F77862d661146E0C9d63390000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "gasLimit": "0x59A5380",
  "difficulty": "0x1",
  "mixHash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000",
  "coinbase": "0x0000000000000000000000000000000000000000",
  "alloc": {  },
  "number": "0x0",
  "gasUsed": "0x0",
  "parentHash": "0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000"
}

clique.period는 트랜잭션이 발생하지 않을때 블록생성 주기입니다.

· genesis.json 초기화

$ geth --datadir [경로] init [제네시스파일 경로]

$  geth --datadir $PWD init genesis.json

INFO [02-19|10:24:39.001] Maximum peer count                       ETH=50 LES=0 total=50
INFO [02-19|10:24:39.021] Set global gas cap                       cap=25000000
INFO [02-19|10:24:39.021] Allocated cache and file handles         database=/Users/bagjeongtae/Desktop/POA_node1/geth/chaindata cache=16.00MiB handles=16
INFO [02-19|10:24:39.099] Writing custom genesis block 
INFO [02-19|10:24:39.100] Persisted trie from memory database      nodes=0 size=0.00B time="20.641µs" gcnodes=0 gcsize=0.00B gctime=0s livenodes=1 livesize=0.00B
INFO [02-19|10:24:39.101] Successfully wrote genesis state         database=chaindata hash="8a08d7…b5ee63"
INFO [02-19|10:24:39.101] Allocated cache and file handles         database=/Users/bagjeongtae/Desktop/POA_node1/geth/lightchaindata cache=16.00MiB handles=16
INFO [02-19|10:24:39.194] Writing custom genesis block 
INFO [02-19|10:24:39.194] Persisted trie from memory database      nodes=0 size=0.00B time="4.418µs"  gcnodes=0 gcsize=0.00B gctime=0s livenodes=1 livesize=0.00B
INFO [02-19|10:24:39.195] Successfully wrote genesis state         database=lightchaindata hash="8a08d7…b5ee63"

여기까지 작업을 정상적으로 마쳤다면 다음과 같이 결과를 얻습니다.

· 노드실행

$ geth \
--datadir $PWD \
--syncmode 'full' \
--allow-insecure-unlock \
--networkid 12345 \
--maxpeers 3 \
--http \
--http.port 8545 \
--http.addr "0.0.0.0" \
--http.corsdomain "*" \
--http.api "admin,eth,debug,miner,net,txpool,personal,web3" \
--ws \
--ws.port 3334 \
--ws.api eth,net,web3 \
--port 30303 \
--gasprice 21000 \
--nodiscover \
--unlock '0x5143155f92cb9d6d3a46c7d1f4413b44c8fb3f2d' \
--password password.txt \
console

unlock은 해당 노드에서 라운드 로빈에 등록된 extraData에서 하나 또는 컴마로 구분하여 지갑을 나열합니다.

​

--password 옵션으로 전달하는 파일은 --unlock에 등록한 계정들의 키스토어파일 비밀번호를 작성합니다. 만약 --unlock에 컴마로 여러 지갑을 나열했다면 엔터로 구분하여 각각의 비밀번호를 작성합니다.

 

p

추후 노드 연결을 위해 enode를 잘 기억해둡시다.

enode://6e7cdfbb3ca0194187b4ce9acbd3db77f603cf197881ca3ae8598e94ce5c679f0fda5945995b87f666d090467bf3706a584856ce5e86453fff27be34669eb3d6@127.0.0.1:30303?discport=0

3. 두 번째 노드 구동

· genesis.json 파일 생성

첫 번째 노드 구동 시 사용하던 genesis.json을 가져옵니다.

​

· 제네시스 블록 초기화

$  geth --datadir $PWD init genesis.json

INFO [02-19|10:29:12.788] Maximum peer count                       ETH=50 LES=0 total=50
INFO [02-19|10:29:12.805] Set global gas cap                       cap=25000000
INFO [02-19|10:29:12.805] Allocated cache and file handles         database=/Users/bagjeongtae/Desktop/POA_node2/geth/chaindata cache=16.00MiB handles=16
INFO [02-19|10:29:12.888] Writing custom genesis block 
INFO [02-19|10:29:12.889] Persisted trie from memory database      nodes=0 size=0.00B time="19.063µs" gcnodes=0 gcsize=0.00B gctime=0s livenodes=1 livesize=0.00B
INFO [02-19|10:29:12.889] Successfully wrote genesis state         database=chaindata hash="8a08d7…b5ee63"
INFO [02-19|10:29:12.889] Allocated cache and file handles         database=/Users/bagjeongtae/Desktop/POA_node2/geth/lightchaindata cache=16.00MiB handles=16
INFO [02-19|10:29:12.963] Writing custom genesis block 
INFO [02-19|10:29:12.963] Persisted trie from memory database      nodes=0 size=0.00B time="3.692µs"  gcnodes=0 gcsize=0.00B gctime=0s livenodes=1 livesize=0.00B
INFO [02-19|10:29:12.964] Successfully wrote genesis state         database=lightchaindata hash="8a08d7…b5ee63"

첫 번째 노드에서 제네시스 블록을 생성할 때 사용한 명령어와 동일합니다. 다만 해당 명령어를 수행하는 위치가 다릅니다.

제네시스 블록으로 생성된 데이터의 위치가 다른것을 확인할 수 있습니다.​

· 노드실행

$ geth \
--datadir $PWD \
--syncmode 'full' \
--allow-insecure-unlock \
--networkid 12345 \
--maxpeers 3 \
--http \
--http.port 8546 \
--http.addr "0.0.0.0" \
--http.corsdomain "*" \
--http.api "admin,eth,debug,miner,net,txpool,personal,web3" \
--ws \
--ws.port 3335 \
--ws.api eth,net,web3 \
--port 30304 \
--gasprice 21000 \
--nodiscover \
--unlock '0x444bbc8cb8aa094a76f77862d661146e0c9d6339' \
--password password.txt \
console

두 번째 노드를 실행할 때 중요한 건 이미 실행중인 첫 번째 노드에서 사용중인 포트를 곂치지 않게 해야합니다. 다음 3개를 수정합니다.

--http.port
--ws.port
--port

첫 번째 노드와 마찬가지로 unlock은 해당 노드에서 라운드 로빈에 등록된 extraData에서 하나 또는 컴마로 구분하여 지갑을 나열합니다.

--password 옵션으로 전달하는 파일은 --unlock에 등록한 계정들의 키스토어파일 비밀번호를 작성합니다. 만약 --unlock에 컴마로 여러 지갑을 나열했다면 엔터로 구분하여 각각의 비밀번호를 작성합니다.

p

enode://8938590dd2a17a48d23025d6e7cbb13549ca9f75374651665e38adf45cbf9c3ad4478a804bcfdf59c12f34f005d2e6842e43ceadbb680e52069dd9de2879d060@127.0.0.1:30304?discport=0

4. 노드연결

노드1: enode://6e7cdfbb3ca0194187b4ce9acbd3db77f603cf197881ca3ae8598e94ce5c679f0fda5945995b87f666d090467bf3706a584856ce5e86453fff27be34669eb3d6@127.0.0.1:30303?discport=0
노드2: enode://8938590dd2a17a48d23025d6e7cbb13549ca9f75374651665e38adf45cbf9c3ad4478a804bcfdf59c12f34f005d2e6842e43ceadbb680e52069dd9de2879d060@127.0.0.1:30304?discport=0

노드1에서 admin.addPeer(노드2 enode) 또는 노드2에서 admin.addPeer(노드1 enode)를 호출합니다. 저는 전자의 방법을 택하겠습니다.

> admin.addPeer("enode://8938590dd2a17a48d23025d6e7cbb13549ca9f75374651665e38adf45cbf9c3ad4478a804bcfdf59c12f34f005d2e6842e43ceadbb680e52069dd9de2879d060@127.0.0.1:30304?discport=0")
> true

노드 1, 2에서 admin.peers로 각 노드에서 연결하고 있는 노드를 조회할 수 있습니다.

> admin.peers
[{
    caps: ["eth/63", "eth/64", "eth/65"],
    enode: "enode://8938590dd2a17a48d23025d6e7cbb13549ca9f75374651665e38adf45cbf9c3ad4478a804bcfdf59c12f34f005d2e6842e43ceadbb680e52069dd9de2879d060@127.0.0.1:30304?discport=0",
    id: "8d125f8fe3f7b157ec183d250253b14eff3c4577beee63c6e147a0286289bfe1",
    name: "Geth/v1.9.25-stable-e7872729/darwin-amd64/go1.15.6",
    network: {
      inbound: false,
      localAddress: "127.0.0.1:51676",
      remoteAddress: "127.0.0.1:30304",
      static: true,
      trusted: false
    },
    protocols: {
      eth: {
        difficulty: 1,
        head: "0x8a08d70a448f3708d9dbd6d405af8d566e9e93a99ae3324df0603ce9c8b5ee63",
        version: 65
      }
    }
}]

> net
{
  listening: true,
  peerCount: 1,
  version: "10",
  getListening: function(callback),
  getPeerCount: function(callback),
  getVersion: function(callback)
}

> admin.peers
[{
    caps: ["eth/63", "eth/64", "eth/65"],
    enode: "enode://6e7cdfbb3ca0194187b4ce9acbd3db77f603cf197881ca3ae8598e94ce5c679f0fda5945995b87f666d090467bf3706a584856ce5e86453fff27be34669eb3d6@127.0.0.1:51676",
    id: "c1eb472449d4ca9f46f9ccaac1beae1d65d8faf022514996302570651ebaa054",
    name: "Geth/v1.9.25-stable-e7872729/darwin-amd64/go1.15.6",
    network: {
      inbound: true,
      localAddress: "127.0.0.1:30304",
      remoteAddress: "127.0.0.1:51676",
      static: false,
      trusted: false
    },
    protocols: {
      eth: {
        difficulty: 1,
        head: "0x8a08d70a448f3708d9dbd6d405af8d566e9e93a99ae3324df0603ce9c8b5ee63",
        version: 65
      }
    }
}]

> net
{
  listening: true,
  peerCount: 1,
  version: "10",
  getListening: function(callback),
  getPeerCount: function(callback),
  getVersion: function(callback)
}
>

5. 동작 테스트

POA 기반에선 miner.start()를 실행하면 컴퓨팅 리소스가 아니라 트랜잭션 발생시 extraData에 등록한 지갑 순서대로 블록생성을 합니다. 이 방법을 라운드로빈이라고 부릅니다.

· 트랜잭션 발생

> eth.sendTransaction({from: eth.accounts[0], to: eth.accounts[1], value: 12321})

INFO [02-19|11:40:47.383] Setting new local account                address=0x5143155F92cb9d6D3a46c7d1F4413B44C8Fb3f2d
INFO [02-19|11:40:47.383] Submitted transaction                    fullhash=0xf4c848358401bf56f0f28fc0831558bd520f8c09d1d80c2172bed25e32cb7061 recipient=0x852159cDFdB2Ac32807d57782aB0217B3024fAfb
"0xf4c848358401bf56f0f28fc0831558bd520f8c09d1d80c2172bed25e32cb7061"

· POA 구동시작

각 노드에서 miner.start()를 해야 각 노드에서 POA를 위해 등록한 주소를 블록생산에 참가 시킬 수 있습니다. 첫 번째, 두 번째 노드에서 POA 구동을 해줍니다.

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한가지 중요한 점은 extraData에 포함한 계정 갯수(POA에 참가한 지갑)가 N개일 때 (N/2 +1)개 만큼 구동되야 정상적으로 POA를 구동합니다.

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역기선 2개를 등록했기 때문에 2/2 + 1 = 2개가 구동되어야 동작하게 됩니다.

 

INFO [02-19|12:01:25.005] 🔨 mined potential block                  number=193 hash="229f58…6d0ce6"
INFO [02-19|12:01:25.005] Commit new mining work                   number=194 sealhash="d9511f…87a806" uncles=0 txs=0 gas=0     fees=0         elapsed="269.905µs"

블록을 생성할 때 로그입니다.

INFO [02-19|12:01:50.008] Imported new chain segment               blocks=1 txs=0 mgas=0.000 elapsed="184.608µs" mgasps=0.000   number=198 hash="84dc69…708e32" dirty=6.59KiB

블록을 전달받을 때 로그입니다.

 

[그림 1.1] 실행된 노드

마이닝을 하게 되면 [그림 1.1]에서 가장위의 노드는 unlock과 password를 전달하지 않는 노드입니다. 즉 블록생성을 하지 않고 아래 두 노드가 unlock과 password를 전달하여 블록 생성을 하는 노드입니다. 첫 번째 노드에서 트랜잭션을 발생하면 2, 3번째 노드가 트랜잭션을 전달받아 순차적으로 블록을 생성합니다.

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일반적으로 private 네트워크를 운용할 땐 POW보단 POA를 이용하는 방법을 권장합니다. 그 이유는 POW에 비해 POA는 컴퓨터 리소스를 거의 사용하지 않기 때문에 훨씬 안정적으로 운용할 수 있습니다.

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이번시간엔 Geth를 이용하여 POA 기반의 private network를 구축하는 방법을 알아보았습니다.

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다음 시간엔 지난번에 구축한 POW 환경과 여기서 만든 POA 환경의 private 네트워크망에서 노드 모니터링을 연동해보도록 하겠습니다.

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https://ethstats.net/

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