MiniCoin - Uma Moeda Digital

Introdução

Esse projeto é a implementação do trabalho prático de Redes 2 (Professor Elias, 2025 Segundo Semestre). O projeto consiste em um sistema simples de cliente-servidor responsável por operar uma conta financeira para o cliente. Para isso, o servidor implementa uma espécie de blockchain, em que cada bloco da cadeia guarda as transações da conta e seu hash, de tal forma que o hash do bloco invariavelmente depende do bloco anterior por causa dele.

O projeto foi feito em C++ com a biblioteca Drogon para a comunicação via WebSocket. Os pormenores da implementação serão explicados abaixo.

Rodar projeto

                    make
                    make s  // Rodar servidor
                    make c  // Rodar cliente
                    

Comportamento e Funcionalidades

O sistema permite que o cliente faça depósitos e retiradas de valores. A API do cliente solicita essas funcionalidades ao servidor, que manipula a blockchain para executar cada tarefa. Em caso de depósito, a blockchain cria um novo bloco indicando tal transação, calcula o novo hash e adiciona o bloco na lista. Já em caso de retirada, a blockchain primeiro varre o histórico de transações para verificar se há dinheiro suficiente na conta e adiciona um bloco indicando a transação se possível (o cliente é informado se o saque não for possível, juntamente ao saldo em sua conta). Cada atividade é registrada pelo servidor em forma de logs, que são gerados na pasta logs/, e neles é possível observar o funcionamento do sistema.

Importante notar também que a blockchain é persistente enquanto o servidor estiver no ar. Caso o cliente caia e se reconecte, ele checa primeiro se a conta já está criada ao invés de criar uma nova, e opera em cima dela.

Framework

O Drogon é um framework para C++ que é portátil, rápido, assíncrono e operável em multithread. Ele opera criando três funções básicas: handleConnection, handleNewMessage, handleConnectionClosed, que são chamadas naturalmente pelo framework quando necessário. Resta ao programador construir a lógica em cima delas. Por baixo dos panos, o Drogon executa o protocolo WebSocket sobre o TCP, com um overhead menor que algumas conexões half-duplex como HTTP.

Protocolo

O sistema comunica por meio de um protocolo baseado em JSON. O campo Type, com vários possíveis enums, é essencial para que o cliente e o servidor executem operações condizentes. Vale notar que o Drogon envia suas mensagens como strings, então o sistema transforma o JSON em string e vice-versa para haver comunicação.

Exemplo:

                    {
                        "name": "Augusto",
                        "value": 100,
                        "comment": "Depósito inicial",
                        "type": "INIT"
                    }
                    

Operação

Quando o cliente inicia, é enviada uma mensagem do tipo LOGGEDIN para verificar com o servidor se já há uma conta criada. Caso haja, ele passa a operar com ela; porém, se não for o caso, ele solicita ao usuário um nome e um depósito inicial e envia uma mensagem do tipo INIT para que o servidor crie a blockchain.

A partir disso, o cliente pode enviar mensagens do tipo DEPOSIT ou WITHDRAW para fazer depósitos ou saques, respectivamente — ao que o servidor pode responder com SUCCESS ou REFUSED, a depender da situação.

Blockchain

A blockchain é implementada como uma classe Singleton, ou seja, só é possível uma instância dela no sistema, e ela persistirá enquanto o servidor estiver de pé. Quando a blockchain é criada, seu primeiro bloco armazena o nome do usuário, o depósito inicial, o horário em que a conta foi criada e um hash sobre essas três informações. Os blocos seguintes armazenam uma transação (positiva em caso de depósito e negativa em caso de saque) e um hash baseado na transação e no hash do bloco anterior.

A blockchain não salva o saldo da conta em lugar algum. Ela, na verdade, percorre a lista somando as transações para verificar o saldo. Isso garante a integridade do valor. Se uma tentativa de saque for maior que o valor na conta, um erro será emitido.

Hash

A função hash utilizada é a padrão do C++: std::hash(). Contudo, para combinarmos os hashes existe a seguinte função:

                    size_t BlockChain::combineHash(size_t h1, size_t h2) {  
                        return h1 ^ (h2 + 0x9e3779b9 + (h1 << 6) + (h1 >> 2));
                    }
                    

Essa é a implementação da técnica de combinação de hash proposta por Bob Jenkins. O valor 0x9e3779b9 é uma constante derivada da proporção áurea.