マスタリング・イーサリアム
――スマートコントラクトとDAppの構築

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  • 2019年11月 発行
  • 448ページ
  • ISBN978-4-87311-896-3
  • 原書: Mastering Ethereum
  • フォーマット 本 PDF

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イーサリアムとは、分散型アプリケーションやスマートコントラクトのアプリケーション構築を可能にするオープンソースプロジェクトです。送金、決済などの金銭取引を行う機能に加えて、ゲーム、不動産取引、身分証明など、さまざまなサービスがイーサリアムから生まれています。本書は、ビットコインの定番書『Mastering Bitcoin』の著者と、イーサリアム共同設立者でありスマートコントラクト開発言語Solidityの開発者により執筆された、イーサリアムの技術解説書。イーサリアムとブロックチェーンの基本に始まり、ウォレット、トランザクション、Solidity言語によるスマートコントラクトの構築、暗号とセキュリティ、Vyper、DAppの構築、ERC20トークン、イーサリアム仮想マシン(EVM)、コンセンサスの仕組みまで、幅広い知識が得られます。イーサリアムについて詳しく知りたいすべての人必携の一冊です。

関連書籍

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データ指向アプリケーションデザイン
分散システムデザインパターン

目次

本書への賛辞
日本語版への推薦文
はじめに
用語集

1章イーサリアムとは何か?
    1.1 ビットコインとの比較
    1.2 ブロックチェーンの構成要素
    1.3 イーサリアムの誕生
    1.4 イーサリアムの4つの開発段階
    1.5 イーサリアム:汎用ブロックチェーン
    1.6 イーサリアムの構成要素
        1.6.1 参考文献
    1.7 イーサリアムとチューリング完全性
        1.7.1 「仕様」としてのチューリング完全性
        1.7.2 チューリング完全性の意味
    1.8 汎用ブロックチェーンから非中央集権型アプリケーション(DApp)へ
    1.9 インターネットの第3世代
    1.10 イーサリアムの開発カルチャー
    1.11 なぜイーサリアムを学ぶのか?
    1.12 本書で学べること

2章イーサリアムの基礎
    2.1 イーサの通貨単位
    2.2 イーサリアムウォレットの選択
    2.3 管理と責任
    2.4 MetaMask入門
        2.4.1 ウォレットの作成
        2.4.2 ネットワークを切り替える
        2.4.3 テスト用イーサを入手する
        2.4.4 MetaMaskからイーサを送金する
        2.4.5 アドレスのトランザクション履歴の確認
    2.5 ワールドコンピュータ入門
    2.6 外部所有アカウント(EOA)とコントラクト
    2.7 シンプルなコントラクト:テスト用イーサファウセット
    2.8 ファウセットコントラクトのコンパイル
    2.9 ブロックチェーン上でのコントラクトの作成
    2.10 コントラクトとのやり取り
        2.10.1 ブロックエクスプローラでコントラクトアドレスを表示する
        2.10.2 コントラクトへの入金
        2.10.3 コントラクトからの引き出し
    2.11 まとめ

3章イーサリアムクライアント
    3.1 イーサリアムネットワーク
        3.1.1 フルノードを建てるべきか
        3.1.2 フルノードの長所と短所
        3.1.3 パブリックテストネットの長所と短所
        3.1.4 ローカルブロックチェーンシミュレーションの長所と短所
    3.2 イーサリアムクライアントの実行
        3.2.1 フルノードのハードウェア要件
        3.2.2 クライアント(ノード)の構築と実行のためのソフトウェア要件
        3.2.3 Parity
        3.2.4 Go-Ethereum(Geth)
    3.3 イーサリアムベースのブロックチェーンの初回同期
        3.3.1 GethまたはParityの起動
        3.3.2 JSON-RPCインターフェイス
    3.4 リモートイーサリアムクライアント
        3.4.1 モバイル(スマートフォン)ウォレット
        3.4.2 ブラウザウォレット
    3.5 まとめ

4章暗号化
    4.1 鍵とアドレス
    4.2 公開鍵暗号と暗号通貨
    4.3 秘密鍵
        4.3.1 無作為な数字から秘密鍵を生成する
    4.4 公開鍵
        4.4.1 楕円曲線暗号の解説
        4.4.2 楕円曲線演算
        4.4.3 公開鍵の生成
        4.4.4 楕円曲線ライブラリ
    4.5 暗号ハッシュ関数
        4.5.1 イーサリアムの暗号ハッシュ関数:Keccak-256
        4.5.2 どのハッシュ関数を使用しているのか
    4.6 イーサリアムアドレス
        4.6.1 イーサリアムアドレスフォーマット
        4.6.2 ICAP(Internet Content Adaptation Protocol)
        4.6.3 大文字を使用するチェックサム付き16進数エンコーディング(EIP-55)
        4.6.4 EIP-55でエンコードされたアドレスのエラーを検出する
    4.7 まとめ

5章ウォレット
    5.1 ウォレット技術の概要
        5.1.1 非決定性(ランダム)ウォレット
        5.1.2 決定性(シード)ウォレット
        5.1.3 階層的決定性(HD)ウォレット(BIP-32/BIP-44)
        5.1.4 シードとニーモニックコード(BIP-39)
    5.2 ウォレットのベストプラクティス
        5.2.1 ニーモニックコードワード(BIP-39)
        5.2.2 シードからのHDウォレット生成
        5.2.3 HDウォレット(BIP-32)とPath(BIP-43/44)
    5.3 まとめ

6章トランザクション
    6.1 トランザクションの構造
    6.2 トランザクションナンス
        6.2.1 ナンスの追跡
        6.2.2 ナンスの差異、複製したナンスと承認
        6.2.3 並行処理、トランザクションの生成、ナンス
    6.3 トランザクションガス
    6.4 トランザクション受信者
    6.5 トランザクションのバリューとデータ
        6.5.1 バリューをEOAとコントラクトに送信する
        6.5.2 データペイロードをEOAやコントラクトに送信する
    6.6 特別なトランザクション:コントラクト作成
    6.7 デジタル署名
        6.7.1 楕円曲線デジタル署名アルゴリズム
        6.7.2 デジタル署名の仕組み
        6.7.3 署名の検証
        6.7.4 ECDSAの数学
        6.7.5 トランザクションの署名
        6.7.6 生トランザクションの作成と署名
        6.7.7 EIP-155による生トランザクションの作成
    6.8 署名プレフィックス値(v)と公開鍵リカバリ
    6.9 署名と送信の分離(オフライン署名)
    6.10 トランザクションの伝播
    6.11 ブロックチェーンへのレコーディング
    6.12 複数署名(マルチシグ)トランザクション
    6.13 まとめ

7章スマートコントラクトとSolidity
    7.1 スマートコントラクトとは何か?
    7.2 スマートコントラクトのライフサイクル
    7.3 イーサリアム高級言語の紹介
    7.4 Solidityでのスマートコントラクトの作成
        7.4.1 Solidityのバージョンの選択
        7.4.2 ダウンロードとインストール
        7.4.3 開発環境
        7.4.4 シンプルなSolidityプログラムを書く
        7.4.5 Solidityコンパイラ(solc)を使ってコンパイルする
    7.5 イーサリアムコントラクトABI
        7.5.1 Solidityコンパイラと言語バージョンの選択
    7.6 Solidityを使ったプログラミング
        7.6.1 データ型
        7.6.2 定義済みのグローバル変数とグローバル関数
        7.6.3 コントラクトの定義
        7.6.4 関数
        7.6.5 コントラクトのコンストラクタとセルフディストラクト
        7.6.6 コンストラクタとセルフディストラクトをファウセットコントラクトに追加する
        7.6.7 関数修飾子
        7.6.8 コントラクトの継承
        7.6.9 エラーハンドリング:assert、require、revert
        7.6.10 イベント
        7.6.11 他のコントラクトを呼び出す:send、call、callcode、delegatecall
    7.7 ガスに関する検討事項
        7.7.1 動的サイズの配列を避ける
        7.7.2 他のコントラクトへの呼び出しを避ける
        7.7.3 ガス費用の見積もり
    7.8 まとめ

8章スマートコントラクトとVyper
    8.1 脆弱性とVyper
    8.2 Solidityとの比較
        8.2.1 修飾子
        8.2.2 クラスの継承
        8.2.3 インラインアセンブリ
        8.2.4 関数のオーバーロード
        8.2.5 変数の型キャスト
        8.2.6 事前条件と事後条件
    8.3 デコレータ
    8.4 関数と変数の順序
    8.5 コンパイル
    8.6 コンパイラレベルでのオーバーフローエラーに対する保護
    8.7 データの読み書き
    8.8 まとめ

9章スマートコントラクトセキュリティ
    9.1 セキュリティのベストプラクティス
    9.2 セキュリティリスクとアンチパターン
    9.3 リエントランシー
        9.3.1 脆弱性
        9.3.2 予防テクニック
        9.3.3 実例:The DAO
    9.4 算術オーバーフロー/アンダーフロー
        9.4.1 脆弱性
        9.4.2 予防テクニック
        9.4.3 実例:PoWHCとバッチトランスファーオーバーフロー(CVE-2018-10999)
    9.5 予期せぬイーサ
        9.5.1 脆弱性
        9.5.2 予防テクニック
        9.5.3 さらなる例
    9.6 DELEGATECALL
        9.6.1 脆弱性
        9.6.2 予防テクニック
        9.6.3 実例:パリティマルチシグウォレット(2度目のハック)
    9.7 デフォルトの可視性
        9.7.1 脆弱性
        9.7.2 予防テクニック
        9.7.3 実例:パリティマルチシグウォレット(最初のハック)
    9.8 エントロピーイリュージョン
        9.8.1 脆弱性
        9.8.2 予防テクニック
        9.8.3 実例:PRNGコントラクト
    9.9 外部コントラクトの参照
        9.9.1 脆弱性
        9.9.2 予防テクニック
        9.9.3 実例:リエントランシーハニーポット
    9.10 ショートアドレス/パラメータ攻撃
        9.10.1 脆弱性
        9.10.2 予防テクニック
    9.11 未チェックのCALL戻り値
        9.11.1 脆弱性
        9.11.2 予防テクニック
        9.11.3 実例:EtherPotとKing of the Ether
    9.12 競合状態/フロントランニング
        9.12.1 脆弱性
        9.12.2 予防テクニック
        9.12.3 実例:ERC20とBancor
    9.13 サービス拒否(DoS)
        9.13.1 脆弱性
        9.13.1 予防テクニック
        9.13.2 実例:GovernMental
    9.14 ブロックタイムスタンプ操作
        9.14.1 脆弱性
        9.14.2 予防テクニック
        9.14.3 実例:GovernMental
    9.15 慎重なコンストラクタ
        9.15.1 脆弱性
        9.15.2 予防テクニック
        9.15.3 実例:Rubixi
    9.16 未初期化ストレージポインタ
        9.16.1 脆弱性
        9.16.2 予防テクニック
        9.16.3 実例:OpenAddressLotteryとCryptoRouletteハニーポット
    9.17 浮動小数点数と精度
        9.17.1 脆弱性
        9.17.2 予防テクニック
        9.17.3 実例:Ethstick
    9.18 Tx.Origin認証
        9.18.1 脆弱性
        9.18.2 予防テクニック
    9.19 コントラクトライブラリ
    9.20 まとめ

10章 トークン
    10.1 トークンの使用方法
    10.2 トークンとファンジビリティ(代替可能性)
    10.3 カウンターパーティリスク
    10.4 トークンと内在性
    10.5 トークンの使用:ユーティリティとエクイティ
        10.5.1 「それはアヒルです」
        10.5.2 ユーティリティトークン:誰が必要とするのか
    10.6 イーサリアム上のトークン
        10.6.1 ERC20トークン標準
        10.6.2 独自ERC20トークンの起動
        10.6.3 ERC20トークンの問題点
        10.6.4 ERC223:トークンコントラクトのインターフェイス標準提案
        10.6.5 ERC777:トークンコントラクトのインターフェイス標準提案
        10.6.6 ERC721:ノンファンジブルトークン(Deed:証書)標準
    10.7 トークン標準の使用
        10.7.1 トークン標準とは何か、その目的は何か
        10.7.2 トークン標準を使用すべきか
        10.7.3 成熟度によるセキュリティ
    10.8 トークンインターフェイス標準への拡張
    10.9 トークンとICO
    10.10 まとめ

11章 オラクル
    11.1 オラクルの必要性
    11.2 オラクルのユースケースと使用例
    11.3 オラクルの設計パターン
    11.4 データ認証
    11.5 計算オラクル
    11.6 非中央集権型オラクル
    11.7 Solidityでのオラクルクライアントインターフェイス
    11.8 まとめ

12章 非中央集権型アプリケーション(DApp)
    12.1 DAppとは何か
        12.1.1 バックエンド(スマートコントラクト)
        12.1.2 フロントエンド(Webユーザーインターフェイス)
        12.1.3 データストレージ
        12.1.4 非中央集権型メッセージ通信プロトコル
    12.2 基本的なDAppの例:オークションDApp
        12.2.1 オークションDApp:バックエンドスマートコントラクト
        12.2.2 オークションDApp:フロントエンドユーザーインターフェイス
    12.3 オークションDAppのさらなる非中央集権化
    12.4 オークションDAppのSwamへの格納
        12.4.1 Swarmの準備
        12.4.2 ファイルのSwamへのアップロード
    12.5 ENS(Ethereum Name Service)
        12.5.1 ENSの歴史
        12.5.2 ENSの仕様
        12.5.3 ボトムレイヤー:名前の所有者とリゾルバ
        12.5.4 中間レイヤー:.ethノード
        12.5.5 トップレイヤー:証書
        12.5.6 名前の登録
        12.5.7 ENSの名前管理
        12.5.8 ENSリゾルバ
        12.5.9 Swarmハッシュ(コンテンツ)への名前解決
    12.6 AppからDAppへ
    12.7 まとめ

13章 イーサリアム仮想マシン(EVM)
    13.1 EVMとは何か
        13.1.1 既存の技術との比較
        13.1.2 EVM命令セット(バイトコード演算)
        13.1.3 イーサリアムのステート(状態)
        13.1.4 SolidityのEVMバイトコードへのコンパイル
        13.1.5 コントラクトのデプロイを行うコード
        13.1.6 バイトコードの逆アセンブル
    13.2 チューリング完全性とガス
    13.3 ガス
        13.3.1 実行中のガス会計
        13.3.2 ガス会計に関する考察
        13.3.3 ガス費用対ガス価格
        13.3.4 ブロックガス上限
    13.4 まとめ

14章 コンセンサス
    14.1 PoWによるコンセンサス
    14.2 PoS(Proof of Stake)によるコンセンサス
    14.3 Ethash:イーサリアムのPoWアルゴリズム
    14.4 Casper:イーサリアムのPoSアルゴリズム
    14.5 コンセンサスの原則
    14.6 論争と競争
    14.7 まとめ

付録A イーサリアムフォークの歴史
    A.1 イーサリアムクラシック(ETC)
    A.2 非中央集権型自律組織(The DAO)
    A.3 リエントランシーのバグ
        A.3.1 技術詳細
        A.3.2 攻撃フロー
    A.4 The DAOハードフォーク
        A.4.1 The DAOハードフォーク年表
    A.5 イーサリアムとイーサリアムクラシック
        A.5.1 EVM
        A.5.2 コアネットワーク開発
    A.6 その他の著名なイーサリアムフォーク

付録B イーサリアムスタンダード
    B.1 イーサリアム改善提案(EIP)
    B.2 主要なEIPおよびERCの一覧

付録C EVMオペコードとガス消費

付録D 開発ツール、フレームワーク、ライブラリ
    D.1 フレームワーク
        D.1.1 Truffle
        D.1.2 Embark
        D.1.3 OpenZeppelin
        D.1.4 ZeppelinOS
    D.2 ユーティリティ
        D.2.1 EthereumJS helpeth:コマンドラインユーティリティ
        D.2.2 dapp.tools
        D.2.3 SputnikVM
    D.3 ライブラリ
        D.3.1 web3.js
        D.3.2 web3.py
        D.3.3 EthereumJS
        D.3.4 web3j
        D.3.5 EtherJar
        D.3.6 Nethereum
        D.3.7 ethers.js
        D.3.8 Emerald Platform
    D.4 スマートコントラクトのテスト
        D.4.1 ブロックチェーンテスト
        D.4.2 Ganache:ローカルテストブロックチェーン

付録E web3.jsチュートリアル
    E.1 説明
    E.2 async/await(非同期)方式におけるweb3.jsとコントラクトの基本操作
        E.2.1 Node.jsスクリプトの実行
    E.3 デモスクリプトの確認
    E.4 コントラクトのインタラクション
    E.5 awaitを使った非同期操作

付録F 短縮URL一覧
    F.1 スマートコントラクトセキュリティ
    F.2 トークン

訳者あとがき
索引

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