交易所钱包系统开发 #1 - 系统设计

前不久，我写了一篇设计稳定币系统的文章，有很多朋友和交流一些细节，我发现很多同学想详细了解托管类系统，如何处理资金安全问题。

从这篇文章开始，将以交易所为例，设计和实现一个安全且极简的加密货币托管系统，以便大家在实现类似系统的时候有一个参考。因为管理资金的是钱包，托管系统有时也叫交易所钱包系统。

交易所钱包，在用户层面看到的主要功能有：

1. 为每一个用户生成各个链的地址，以便用户向交易所充值
2. 在数据库中，根据用户充值，记录用户各种资产余额
3. 用户可以将其在交易所的资金提现到自己的钱包

初步设计

我们在后端应该需要两个模块：

• 充值服务（Deposit Service）：用来不断的监听区块链网络的上的交易，确认用户充值。
• 提现服务（Withdrawal Service）：将用户的提现请求打包并签名，广播到区块链。

再加个一个业务接口和数据库，业务模型大概如下设计：

充值时，用户先从业务接口获取到分配给用户的账号，然后用户给账号充值，充值的交易在区块链网络上确认， 通过我们的充值服务不断的监听用户的充值交易， 并记录到数据库中。

提现时，用户向业务接口发起提现，提现请求发行给提现服务，然后发起一个向用户的转账，在转账交易在区块链网络确认后，用户收到对应的资金，同时更新用户的余额。

这个设计很直观，但是还有一些安全问题需要我们考虑，例如: 为用户生成的账号对应私钥直接保存在数据库中，如果被黑客入侵到数据库，所有的资金都会被盗取。

为了应对这个安全问题，通常会做两个措施：

1. 用户的私钥会独立保存在一台不连外网的机器中（或者采用云服务的 HSM - 硬件安全模块）， 减少被入侵的风险
2. 用户充值的资金，超过一定额度之前，转移到更安全的钱包，例如更高安全管理的账号，或者多人管理的钱包（多签名钱包），这样即便用户的私钥被盗，也可以降低损失。

设计二： 加入签名机及资金调度

独立的保存用户私钥的机器，通常成为签名机，除了持有私钥之外，还需在用户资金的归集时进行签名，另外，我还需要一个资金调度服务（Fund Management）：负责在用户钱包和更高级别的钱包之间自动划转，这个通常会安排几个热钱包和多签钱包，资金调度服务既要保证热钱包流动性，同时降低集中资金的风险。

加入这些模块后， 设计是这样的：

有了签名机之后，用户账号的生成，通常由业务接口调用签名机，为用户生成账号，然后存入到数据库中。

资金调度服务则监控各钱包的余额，并进行资金平衡，这里和稳定币系统中类似， 用户充值钱包多于一定资金时（例如 1000U） ， 转移到热钱包（也称为资金归集），热钱包多于一定资金时 （例如 50 万U）转移到 T2 多签， T2 多签（ 3/5 多签）多于一定资金时 （例如 300 万U）转移到 T1 多签。当资金不足时，有更高级别的钱包向低级别钱包转账。

这里关键的逻辑是资金分级管理， 越多的资金需要更多的人来管理， 避免单一人员的问题影响到所有的资金安全。

用户在提现时，提现服务将请求发送到热钱包签名机获取交易进行签名，然后将交易的签名广播到区块链网络。

但是还有一些安全问题，需要我们继续考虑，用户可能利用我们的系统来洗钱：用户充值充入了一笔黑钱，然后通过热钱包将自己提走。为了解决给个问题，我们要加入 KYC 和 风控模块。

KYC（Know Your Customer）：通常在用户注册（或提现）时，要求用户填写相应的个人信息，通常要对用户人脸识别，并与身份 ID 资料比对， 有专门的 KYC 服务商，这里我们主要考虑风控模块。

设计三： 加入风控

风控模块，可以在用户充值时，检查用户充值的资金来源，如果资金来源from是被监管机构标记的黑地址（或者是内部管理的黑名单），那么该笔交易将不会为用户入账到余额数据库。

同时在用户提现时，风控模块检查用户提现目标地址被监管机构标记的地址（或者是内部管理的黑名单），则阻止用户的提现，如果是正常地址，通过风控后，继续请求热钱包进行签名。

加入风控模块后，设计如下：

用户充值后，经过风控模块的确认，在风控模块确认后，才写入用户余额数据库，如果是提现，风控模块确认后，再请求热钱包的签名，提现服务拿到签名后广播交易，将资金发送给用户。

但是还有另一个问题， 如果充值的数据和提现的请求被内部人员或者或者黑客篡改，依旧很难防范，因此通常风控模块会作为一个独立的系统运行。其会独立验证用户的充值交易， 在提现时，要求业务端对完整的数据签名，在风控系统验证后，再次签名确认，发送给签名机验证，做最后的交易签名。

设计四： 独立的风控系统

风控系统独立后，系统设计图大概是这样的：

这个差不多就是最终的形态了，每个模块有自己的清晰的角色和任务，只能在职责范围内工作， 例如充值服务服务直接向数据库写入用户余额，提现服务需要经过风控才能请求到对用户的转账签名。

可以在这个设计框架下，可以根据自己的需要做相应调整，例如：多签钱包可以根据需要设置更多的级别。

签名机可以使用 CloadHSM 、 KMS + Tee （密钥管理 + 可信执行环境）、或者 MPC 多方安全计算方案，提升安全性，这些方案也会额外增加运营的成本，大家可综合考虑。

另外，通常为了安全，所有的用户及后端的操作均保留所有的日志，以便追溯。