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@premol

RaspberryPi4をETH2 Validatorにする(Nimbus Eth2使用)

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#概要
RaspberryPi4 4GBでNimbus Eth2(Validator)を実行するまでの手順メモです。

##やること

  • ETH2メインネットでのNimbus実行環境を整える。
    • テストネットで実行する際も、手順は基本的に同一だが、テストネット用のETHをデポジットして、実行時の引数も置き換える必要がある。
  • サービス登録して起動時に自動実行する。
  • グローバルIPアドレスの変更に自動追従する。

基本的に、Nimus公式のガイドを参考にしています。
Eth2 Staker Checklistも参照。
また、基本的にメインネット前提に記載していますが、最初はテストネットで試した方が良いと思います。

#環境

  • Raspberry Pi4 4GB
  • SSD(書いた人はTranscend SSD 480GB 2.5インチを使用)
    • 性能の低い製品だとNimbusの動作に追いつかないので注意。
  • ブロードバンド環境
    • グローバルIPを占有できる接続環境が必須。
    • 速度は1Mbps/s程度で良い(実行中は13GB/day程度、通信量を消費)
      • Wimaxルータは、大半(全部？)の使い放題プランでも10GB/3dayの通信量制限がある。制限を超えると混雑時(夕方から深夜帯)に1Mbps/s程度に速度制限されるが、Nimbusの動作は問題無い模様。
  • 作業用PC(書いた人はWindows：Linuxの方が良いと思います)

#事前準備

  • infuraのアカウントを取得
  • ETH2 Launch Padで32ETHをデポジット
    • デポジット後、ValidatorがActivateされた後、Nimbus(に限らずValidatorクライアント)が動作していないとペナルティとなるので注意。
    • デポジットからActivateまでには、2021/1/30時点で16日程度待たされる)ので、それまでにセットアップを完了させる。(ノード同期に数日-1週間程度かかる)
    • ValidatorのActivateは遅れるが、安全のためにデポジットを後回しにしても可。
    • テストネット用のLaunch Padはこちら。

#RaspberryPi4のセットアップ

##64bit RaspberryPi OSのインストール

64bit版のイメージをDLし、Raspberry Pi Imagerを使用してmicroSDに書き込み、起動ディスクを作成。
microSDをラズパイのスロットに挿入すれば起動できる。

##セキュリティ設定
以下を設定する。
参考：ラズパイでやらなければいけない４つのセキュリティ対策！

  • rootのパスワードを設定
  • 操作用のユーザーを追加
  • "pi"(デフォルト)ユーザーを削除
  • 自動ログインを無効化
  • SSH設定変更
    • パスワード認証無効(公開鍵認証のみ有効)
    • 空パスワード無効
    • root接続無効
    • SSH接続ポート番号変更

###ファイアウォール(UFW)設定
NimbusはデフォルトでTCP&UDP 9000番ポートで待ち受けるため、このポートだけ開放する。(SSH使用する場合は、該当ポートも開放)
参考：Raspbianにファイアウォールufwのインストールと設定

初期状態ではUFWはインストールされていないので、まずインストールする。

sudo apt install ufw

インストール直後はdisable&受信は全て拒否なので、Nimbus待ち受けポートを開放した後有効化する。

#TCP&UDP 9000番ポートの受信を開放
sudo ufw allow 9000
#有効化
sudo ufw enable
#再起動
reboot

##Nimbusの依存関係をインストール

sudo apt-get install git

##パフォーマンス関連の設定

※ラズパイ上の処理が間に合っていない場合、Nimbusのログに以下出力が大量に残る。

Catching up on validator duties

###Swapメモリの設定
Nimbus公式によると、2GB以上のSwapを設定すべきとのこと。
参考：increase-swap-size-to-2gb

※2021/1/30時点でNimbusでValidator実行中のメモリ消費量は700MB(GUI使用でもシステム全体で950MB)程度。
　今のところ、あまり必要ないかも。

###OSのログ出力を削減
Nimbusは大量にSSDアクセスするので、OSログを出来るだけ減らした方が良い。
参考：【STEP-29】Raspbianのログ出力を抑制してSSDを延命化

##SSDから起動可能にする

こちらを参考に、microSDの内容をSSDにコピー。
※この段階までに、ここまでのRasperryPi OSの設定を行っておく。
　SSDにコピーした後のmicroSDを保管しておけば、
　SSDが破損したときなどに、別のSSDへコピーしなおすことで、環境を迅速に復旧できる。
　(Nimbus停止中は、動作中の報酬と同程度のETHがペナルティとして減ってゆくので、迅速に復旧が必要)

##Nimbusの実行

###ビルド

#ソースコードを取得
git clone https://github.com/status-im/nimbus-eth2
#取得したソースのフォルダに移動
cd nimbus-eth2
#ビルド
make nimbus_beacon_node

※最近のリリースではバイナリがUPされているので、それを使用してもよい。

###Validatorキーのインポート

"nimbus-eth2/validator_keys"下に、ETH2 Launch Padでデポジットした時に出力したkeystoreファイルを配置し、"nimbus-eth2"下で以下コマンドを実行。

build/nimbus_beacon_node deposits import --data-dir=build/data/shared_mainnet_0

"nimbus-eth2/build/data/shared_mainnet_0"下の"secrets"と"validators"はバックアップしておく。

###Nimbus(Validator)実行
単に実行するだけなら、オプション無しの以下コマンド。

./run-mainnet-beacon-node.sh

実行すると、ETH1クライアントのURLを求められるので入力。
※ETH1クライアントはGethなどを自分で立ち上げるのが理想だが、さらに大容量のSSD(2021/1時点で350GB以上)が必要なので、infuraで代替する。(フリープランで十分利用可能)

ただ、オプション無しでは以下の問題(大きいのは1)がある。

  1. ラズパイがルータの背後にいる場合、他のノードから見つけられない。結果、peer(接続する他ノードの数)が低くなる。
    • peerは最大160で、正常に接続できていれば1時間かからず到達するが、この状態だと20-40程度までしか上がらなくなる。peerが少ないとattestation(検証)がネットワークに伝達されず(?)、失敗扱いになり、その分の報酬がマイナスとなる。(最悪50%程度失敗する)
  2. Nimbus動作中は、結構な量のログを出力する。特に同期中は長時間化の要因になるので出力を削減した方が良い。

そのため、以下のオプションを追加してNimbusを起動する。

#"--nat:extip:$(curl ifconfig.io)"：グローバルIPを設定
#"--log-level=NOTICE"：ログ出力量を削減
./run-mainnet-beacon-node.sh --nat:extip:$(curl ifconfig.io) --log-level=NOTICE

※Nimbus公式のLog-levelsには、利用可能なオプションが示されている。

####ルータ設定について
上記の"--nat:extip"を設定しても、ルータ側にも設定を行わないと、9000番ポートで待ち受けが出来ないので、結局peerが上がらない。

  • ルータでTCP&UDP 9000番ポートをラズパイのIPアドレスのフォーワーディング設定する。
  • グローバルIPアドレスを占有する。
    • ポケットWifiや、集合住宅のネット接続サービスでは、他の回線利用者とグローバルIPを共有している。
    • 設定後、外部からアクセス可能かはZenmapで確認可能。

まずノードの同期が必要(数日かかる)で、その間はValidator実行状態にならない。
ETH2 Launch Padでのデポジット後、Activateされるまで時間がある(2021/1/30時点で16日程度待たされる)ので、それまでに同期を完了させる。

###Nimbusをサービスに登録
ここまででもNimbusは実行できるが、サービスに登録しておけば、OS起動時に自動実行できる。
また、次節のグローバルIP変更追従のためにもサービス登録が必要。

参考：Set up a systemd service

以下"nbc.service"を作成し、"/etc/systemd/system/"に保存する。
実行時のグローバルIPを反映するよう、ExecStartPreを追加。
参考：systemd の Environment / EnvironmentFile では変数展開できません

/etc/systemd/system/nbc.service
[Unit]
Description=Nimbus beacon node

[Service]
WorkingDirectory=【Nimbusのルートフォルダ("nimbus-eth2")フルパス】
ExecStartPre=+/bin/sh -c "/bin/systemctl set-environment VALIDATOR_GLOBAL_IP=$(curl -s ifconfig.io)"
ExecStart=【Nimbusのルートフォルダ("nimbus-eth2")フルパス】/build/nimbus_beacon_node \
  --non-interactive \
  --network=mainnet \
  --data-dir=build/data/shared_mainnet_0 \
  --web3-url=【ETH1クライアントのURL】 \
  --rpc:on \
  --metrics:off \
  --nat:extip:${VALIDATOR_GLOBAL_IP} \
  --log-file=【ログ出力先フルパス】 \
  --log-level=NOTICE
User=【ログインユーザ名】
Group=【ログインユーザ名】
Restart=always

[Install]
WantedBy=default.target

上記を保存したうえで、systemctlを実行。

sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl enable nbc --now

###グローバルIPアドレス変更に自動追従してNimbusを実行

サービス実行しても、前述のとおり、グローバルIPが定期的に変更されてしまうネット環境では、そのIPを反映してNimbusを再起動する必要がある。
グローバルIPアドレス変更をトリガに、nbcサービスを再起動するスクリプトを、
cronにサービス登録することで、自動追従する。

参考：
Lubuntuで自宅IPの変更通知
ラズベリーパイ4でcronを動かす

AutoRestartNBC.sh
#現在のグローバルIPを取得.
ipaddress=$(curl -s ifconfig.io)
#/tmp/global_ipaddressに前回実行時(1分前)のグローバルIPを格納.
global_ipaddress=$(cat /tmp/global_ipaddress)

#現在と前回実行時のグローバルIPを比較して,変更していたらnbcサービス再起動.
if [ "${ipaddress}" != "${global_ipaddress}" ]; then

  datetime=$(date +%Y%m%d_%H%M%S_%3N)
  echo "IP Address chenge:${datetime}  IP:${ipaddress}" >> 【ログ出力先フルパス】
  echo ${ipaddress} > /tmp/global_ipaddress  

  #nbcサービスを再起動.
  systemctl restart nbc.service
  datetime=$(date +%Y%m%d_%H%M%S_%3N)
  echo "nbc.service restart:${datetime}" >> 【ログ出力先フルパス】
fi

上記スクリプトをcronに登録して、定期実行する。

sudo crontab -e
#crontabの編集モードになるので,末尾に以下を追記(毎分実行する設定になる).
* * * * * 【AutoRestartNBC.shのフルパス】

#その他

##SSDの消費量について

2021/1/30時点でDBサイズは4.6GB。今のところ2.3GB/Month程度増加。

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