Crypto Wallet Service ডিজাইন

আজকের প্রশ্ন — "একটা crypto wallet service ডিজাইন করো।" শুরুতেই একটা ভুল ধারণা সরিয়ে ফেলি: wallet আসলে কোনো কয়েন রাখে না। কয়েন সবসময় blockchain-এ থাকে। Wallet রাখে private key — এমন একটা গোপন সংখ্যা যা দিয়ে তুমি প্রমাণ করো ওই কয়েন নাড়ানোর অধিকার তোমার আছে।

১. সমস্যা বোঝা (Requirements)

দুই ধরনের wallet হয়: custodial (key আমরা রাখি, যেমন exchange) আর non-custodial (key user-এর হাতে)। আমরা একটা hybrid wallet service ধরব যা key management নিরাপদে সামলায়।

Functional requirements:

• নতুন wallet তৈরি — key pair generate, address তৈরি।
• Balance দেখানো — প্রতিটা asset-এর current balance।
• Transaction history দেখানো।
• কয়েন পাঠানো (send) — transaction তৈরি, sign, broadcast।
• কয়েন গ্রহণ (receive) — address দেওয়া, incoming detect করা।
• Seed phrase backup ও recovery।
• একাধিক blockchain support (BTC, ETH, ...)।

Non-functional requirements:

• Security সবার আগে: private key চুরি = fund চুরি। এটাই system-এর প্রাণ।
• Correctness: balance ভুল দেখানো যাবে না।
• Availability: wallet ২৪x৭ চালু।
• Auditability: প্রতিটা signing operation logged।

২. স্কেল আন্দাজ (Estimation)

ধরি:
- মোট user           = 20 মিলিয়ন
- DAU                = 2 মিলিয়ন
- প্রতি user প্রতিদিন balance check = 10 বার
  -> read = 2M * 10 = 20M reads/day ~ 230 reads/sec (avg)
  -> peak ~ 5x = ~1,200 reads/sec  (cache দিয়ে সামলানো)

- প্রতি user প্রতিদিন send = 0.5
  -> 1M signing ops/day ~ 12 ops/sec avg, peak ~ 60/sec
  -> প্রতিটা signing HSM-এ -> HSM throughput বটলনেক হতে পারে

Key/wallet storage:
- 20M user * (যদি ~5 chain * key material ~কয়েক KB encrypted)
  -> কয়েক শত GB encrypted key blob (KMS/HSM-backed)

Blockchain node:
- প্রতি chain full/archive node, balance ও tx index করতে
- index storage: chain-ভেদে শত GB থেকে কয়েক TB

মূল শিক্ষা: read (balance) heavy কিন্তু cache দিয়ে সহজ; signing কম volume কিন্তু সবচেয়ে স্পর্শকাতর ও বটলনেক।

৩. API ডিজাইন

POST   /v1/wallets                 # নতুন wallet (key pair) তৈরি
GET    /v1/wallets/{id}/address?asset=ETH   # receive address
GET    /v1/wallets/{id}/balance?asset=ETH   # current balance
GET    /v1/wallets/{id}/transactions        # history

POST   /v1/transactions            # send: {asset, to, amount} -> sign + broadcast
GET    /v1/transactions/{txid}     # status (pending/confirmed)

POST   /v1/wallets/{id}/backup     # encrypted seed backup blob
POST   /v1/wallets/recover         # seed phrase দিয়ে recover

লক্ষ্য করো: API কখনো raw private key বা plaintext seed return করে না। সর্বোচ্চ encrypted blob দেয়, যা শুধু user-এর passphrase দিয়ে খোলে।

৪. ডেটা মডেল

Data	কোথায়	কেন
Balance, ownership	On-chain (blockchain)	Source of truth সবসময় chain
Transaction record	On-chain	আসল transfer chain-এ
Private key (encrypted)	HSM / KMS	কখনো plaintext DB-তে নয়
Address ↔ user mapping	Off-chain DB	দ্রুত lookup, indexing
Cached balance	Cache (Redis)	দ্রুত read, chain থেকে refresh

কয়েকটা মূল table:

Table	মূল কলাম
wallets	wallet_id, user_id, created_at
addresses	address, wallet_id, asset, derivation_path
key_material	wallet_id, encrypted_key_ref (HSM/KMS handle), algo
tx_cache	txid, address, asset, amount, direction, confirmations, status
balances_cache	wallet_id, asset, balance, last_synced_block

গুরুত্বপূর্ণ: balances_cache কখনো source of truth নয়। আসল balance সবসময় blockchain। Cache শুধু দ্রুত দেখানোর জন্য, indexer দিয়ে নিয়মিত sync হয়।

৫. হাই-লেভেল ডিজাইন

মূল component:

• API Gateway / Auth: auth, 2FA, rate limit।
• Wallet Service: wallet তৈরি, address derive, request orchestrate।
• Key Management / Signing Service: HSM/KMS-এর সাথে কথা বলে। private key কখনো এর বাইরে যায় না — transaction ভেতরে গিয়ে sign হয়ে signed bytes ফেরত আসে।
• Blockchain Nodes: নিজস্ব full node — balance query, tx broadcast।
• Indexer: নতুন block scan করে watched address-এর tx ও balance update করে।
• Cache (Redis): balance ও recent tx।
• DB (PostgreSQL): wallet, address, encrypted key reference।

Send flow:

1. User send request দেয় (asset, to, amount)।
2. Wallet Service balance ও input validate করে।
3. একটা unsigned transaction তৈরি হয় (proper nonce/UTXO, gas/fee)।
4. Unsigned tx Signing Service-এ যায় → HSM private key দিয়ে sign করে।
5. Signed tx blockchain node দিয়ে network-এ broadcast।
6. Txid নিয়ে status track শুরু, confirmation পেলে confirmed।

Receive flow: user-কে address দেওয়া হয় → Indexer ওই address-এ incoming tx detect করে → confirmation পেলে cache balance update + notification।

৬. গভীরে (Deep Dive)

৬.১ Key Management ও Public/Private Key

মূল ভিত্তি asymmetric cryptography:

• Private key: গোপন। এটা দিয়ে transaction sign করা হয়। যার কাছে private key, fund তার।
• Public key / address: সবার সাথে শেয়ার করা যায়। এতে fund পাঠানো হয়, আর signature যাচাই করা হয়।

আধুনিক wallet HD wallet (Hierarchical Deterministic, BIP-32/39/44) — একটা seed থেকে গাছের মতো অসংখ্য key derive হয় (m/44'/60'/0'/0/0 এর মতো path)। মানে একটা seed backup করলেই সব key recover হয়।

Custodial wallet-এ private key কখনো application server-এ plaintext-এ থাকে না:

• HSM (Hardware Security Module): একটা tamper-resistant hardware যেখানে key generate ও signing হয়, key কখনো বের হয় না।
• KMS / envelope encryption: key encrypted অবস্থায় DB-তে, master key HSM-এ।

৬.২ Hot vs Cold Wallet ও Multisig

• Hot wallet: online, signing দ্রুত। অল্প fund। ঝুঁকি বেশি, তাই কম রাখা হয়।
• Cold wallet: offline/air-gapped, key কখনো internet দেখে না। বেশিরভাগ fund। signing করতে hardware device বা manual process লাগে।
• Multisig: একটা address-এ একাধিক key, কয়েকটার signature লাগে (যেমন 2-of-3)। একটা key চুরি হলেও attacker একা fund নাড়াতে পারবে না। বড় custody-তে multisig + geographic distribution standard।

৬.৩ Balance Tracking via Blockchain Nodes

Balance কোথায় store করব না — chain-ই source of truth। দুই মডেল:

• UTXO (Bitcoin): balance = ওই address-এর সব unspent output-এর যোগফল।
• Account (Ethereum): প্রতিটা account-এর একটা state balance।

আমাদের Indexer প্রতিটা নতুন block scan করে, watched address-এর সাথে মেলায়, এবং balances_cache + tx_cache update করে। User balance চাইলে cache থেকে দ্রুত আসে, কিন্তু পেছনে chain-এর সাথে নিয়মিত reconcile হয়। Node lag বা reorg হলে cache সংশোধন করতে হয় — তাই last_synced_block track করা জরুরি।

৭. বটলনেক ও স্কেলিং

• Signing throughput: সব signing HSM-এ হয়, HSM-এর ops/sec সীমিত। Scale করতে একাধিক HSM, request queue, আর batching। Hot path বলে এখানে careful capacity planning দরকার।
• Blockchain node load ও lag: balance/tx নির্ভর করে node-এর ওপর। একাধিক node, read replica node, আর archive node দিয়ে scale। Node sync পিছিয়ে গেলে balance stale দেখাবে।
• Indexing: প্রতি chain প্রতি block scan ভারী। Parallel indexer, address bloom filter, আর reorg-handling logic লাগে।
• Key security vs availability tradeoff: সব fund cold-এ রাখলে নিরাপদ কিন্তু send ধীর; hot-এ রাখলে দ্রুত কিন্তু ঝুঁকি। তাই hot/cold ratio, alert, আর auto-rebalancing।
• Cache consistency: balance cache কখনো ভুল দেখালে user আস্থা হারায়। তাই confirmation-aware update আর periodic full reconcile।

৮. সারসংক্ষেপ

একটা crypto wallet service-এর আসল কাজ কয়েন রাখা নয় — private key নিরাপদে রাখা ও দিয়ে নিরাপদে sign করা। ভিত্তি হলো public/private key cryptography, HD seed, আর কঠোর key management (HSM, KMS, multisig/MPC)। Balance ও history blockchain node + indexer থেকে আসে, কখনো cache-কে source of truth ধরা যায় না। Send = unsigned tx বানানো → HSM-এ sign → broadcast।