Создание смарт-контрактов Solidity для блокчейна Ethereum. Практическое руководство

Создание смарт-контрактов Solidity для блокчейна Ethereum. Практическое руководство
Александр Вячеславович Фролов

Эта книга поможет быстро приступить к созданию смарт-контактов Solidity и распределенных приложений DApp для блокчейна Ethereum. Она состоит из 12 уроков с практическими заданиями. Выполнив их, читатель сможет создавать собственные локальные узлы Ethereum, публиковать смарт-контракты и вызывать их методы, обмениваться данными между реальным миром и смарт-контрактами с помощью оракулов, работать с сетью Rinkeby. Книга адресована всем, кто интересуется передовыми технологиями в области блокчейнов и хочет быстро получить знания, позволяющие заниматься интересной и перспективной работой.

Введение

Наша книга предназначена для тех, кто хочет не только понять принципы работы блокчейна Ethereum, но и получить практические навыки в создании распределенных приложений DApp на языке программирования Solidity для этой сети.

Эту книгу лучше не просто читать, а работать с ней, выполняя практические задания, описанные в уроках. Для работы вам потребуются локальный компьютер, виртуальный или облачный сервер с установленной ОС Debian или Ubuntu. Также для выполнения многих заданий можно использовать Raspberry Pi.

На первом уроке мы рассмотрим принципы работы блокчейна Ethereum и основную терминологию, а также расскажем о том, где можно использовать этот блокчейн.

Цель второго урока – создать узел приватного блокчейна Ethereum для дальнейшей работы в рамках этого курса на сервере Ubuntu и Debian. Мы рассмотрим особенности установки основных утилит, таких как geth, обеспечивающего работу узла нашего блокчейна, а также демона децентрализованного хранилища данных swarm.

Третий урок научит вас проводить эксперименты с Ethereum на недорогом микрокомпьютере Raspberry Pi. Вы установите операционную систему (ОС) Rasberian на Raspberry Pi, утилиту Geth, обеспечивающую работу узла блокчейна, а также демон децентрализованного хранилища данных Swarm.

Четвертый урок посвящен аккаунтам и криптовалютным единицам в сети Ethereum, а также способам перевода средств с одного аккаунта на другой из консоли Geth. Вы научитесь создавать аккаунты, инициировать транзакции перевода средств, получать состояние транзакции и ее квитанцию.

На пятом уроке вы познакомитесь со смарт-контрактами в сети Ethereum, узнаете об их выполнении виртуальной машиной Ethereum.

Вы создадите и опубликуете в приватной сети Ethereum свой первый смарт-контракт и научитесь вызывать его функции. Для этого вы будете использовать среду разработки Remix Solidity IDE. Кроме того, вы научитесь устанавливать и использовать пакетный компилятор solc.

Также мы расскажем о так называемом бинарном интерфейсе приложения Application Binary Interface (ABI) и научим его использовать.

Шестой урок посвящен созданию скриптов JavaScript, работающих под управлением Node.js и выполняющих операции со смарт-контрактами Solidity.

Вы установите Node.js в ОС Ubuntu, Debian и Rasberian, напишете скрипты для публикации смарт-контракта в локальной сети Ethereum и вызова его функций.

Кроме того, вы научитесь переводить с помощью скриптов средства между обычными аккаунтами, а также зачислять их на аккаунты смарт-контрактов.

На седьмом уроке вы научитесь устанавливать и использовать популярную среди разработчиков смарт-контрактов Solidity интегрированную среду Truffle. Вы научитесь создавать скрипты JavaScript, вызывающие функции контрактов с помощью модуля truffle-contract, а также выполните тестирование своего смарт-контракта средствами Truffle.

Восьмой урок посвящен типам данных Solidity. Вы напишете смарт-контракты, работающие с такими типами данных, как знаковые и беззнаковые целые числа, числа со знаком, строки, адреса, переменные сложных типов, массивы, перечисления, структуры и словари.

На девятом уроке вы приблизитесь еще на шаг к созданию смарт-контрактов для основной сети Ethereum. Вы научитесь публиковать контракты при помощи Truffle в приватной сети Geth, а также в тестовой сети Rinkeby. Отладка смарт-контракта в сети Rinkeby очень полезна перед его публикацией в основной сети – там практически все по-настоящему, но бесплатно.

В рамках урока вы создадите узел тестовой сети Rinkeby, пополните его средствами и опубликуете смарт-контракт.

Урок 10 посвящен распределенным хранилищам данных Ethereum Swarm. Используя распределенные хранилища, вы экономите на хранении данных большого объема в блокчейне Ethereum.

В рамках этого урока вы создадите локальное хранилище Swarm, выполните операции записи и чтения файлов, а также каталогов с файлами. Далее вы научитесь работать с публичным шлюзом Swarm, напишите скрипты для обращения к Swarm из Node.js, а также с помощью модуля Perl Net::Ethereum::Swarm.

Цель урока 11 – освоить работу со смарт-контрактами Solidity с применением популярного языка программирования Python и фреймворка Web3.py. Вы установите этот фреймворк, напишите скрипты для компиляции и публикации смарт-контракта, а также для вызова его функций. При этом Web3.py будет использован как сам по себе, так и совместно с интегрированной средой разработки Truffle.

На 12 уроке вы научитесь передавать данные между смарт-контрактами и реальным миром при помощи оракулов. Это пригодится вам для получения данных с Web-сайтов, устройств интернета вещей IoT, различных приборов и датчиков, и отправки данных из смарт-контрактов на эти устройства. В практической части урока вы создадите оракул и смарт-контракт, получающий актуальный курс обмена USD на рубли с сайта ЦБ РФ.

Обратная связь

Вы можете связаться с автором этой книги по адресам sbook@frolov-lib.ru (mailto:sbook@frolov-lib.ru) или https://www.facebook.com/frolov.shop2you (https://www.facebook.com/frolov.shop2you).

Пожалуйста, отправляйте ваши замечания и рекомендации, автор постарается их учесть при переиздании книги.

Урок 1. Кратко о блокчейне и сети Ethereum

Едва ли сегодня есть разработчик программного обеспечения (ПО), который бы ничего не слышал о технологии блокчейн (Blockchain), криптовалютах (Cryptocurrency или Crypto Currency), биткоинах (Bitcoin), первичном размещении монет (ICO, Initial coin offering), смарт-контрактах (Smart Contract), а также других понятиях и терминах, имеющих отношение к блокчейну.

Технология блокчейна открывает новые рынки и создает рабочие места для программистов. Если вы постигнете все тонкости криптовалютных технологий и технологий смарт-контрактов, то у вас не должно быть проблем с применением этих знаний на практике.

Надо сказать, что вокруг криптовалют и блокчейнов возникает много спекуляций. Мы оставим в стороне рассуждения об изменениях курсов криптовалют, о создании пирамид, о тонкостях криптовалютного законодательства и т.п. В нашем учебном курсе мы сосредоточимся главным образом на технических аспектах применения смарт-контрактов блокчейна Ethereum (эфириум, эфир) и разработки так называемых децентрализованных приложений (Distributed Application, DApp).

Что такое блокчейн

Блокчейн (Blockchain, Block Chain) представляет собой цепочку блоков данных, связанных друг с другом определенным образом. В начале цепочки находится первый блок, который называется первичным блоком (genesis block) или блоком генезиса. За ним следует второй, потом третий и так далее.

Все эти блоки данных автоматически дублируются на многочисленных узлах сети блокчейна. Таким образом обеспечивается децентрализованное хранение данных блокчейна.

Вы можете представить себе систему блокчейна как большое количество узлов (физических или виртуальных серверов), объединенных в сеть и реплицирующих все изменения в цепочке блоков данных. Это как бы гигантский мультисерверный компьютер, причем узлы такого компьютера (серверы) могут быть разбросаны по всему миру. И вы тоже можете добавить свой компьютер в сеть блокчейна.

Распределенная база данных

Блокчейн можно представить себе как распределенную базу данных, реплицируемую на все узлы сети блокчейна. В теории блокчейн будет работоспособен до тех пор, пока работает хотя бы один узел, хранящий все блоки блокчейна.

Распределенный реестр данных

Блокчейн можно представить себе как распределенный реестр данных и операций (транзакций). Еще одно название такого реестра – гроссбух.

В распределенный реестр можно добавлять данные, но невозможно их изменять или удалять. Такая невозможность достигается, в частности, применением криптографических алгоритмов, специальных алгоритмов добавления блоков в цепочку и децентрализованным хранением данных.

При добавлении блоков и выполнении операций (транзакций) используются приватные и публичные ключи. Они ограничивают пользователей блокчейна, предоставляя им доступ только к своим блокам данных.

Транзакции

Блокчейн хранит информацию об операциях (транзакциях) в блоках. При этом старые, уже выполненные транзакции невозможно откатить или изменить. Новые транзакции хранятся в новых, добавленных блоках.

Таким образом в блокчейне может быть записана в неизменном виде вся история транзакций. Поэтому блокчейн может быть использован, например, для надежного хранения банковских операций, сведений об авторском праве, истории изменений владельцев объектов недвижимости и т.п.

Блокчейн Ethereum содержит так называемые состояния системы. По мере выполнения транзакций состояние изменяется от начального до текущего. Транзакции записываются в блоки.

Публичные и приватные блокчейны

Тут нужно отметить, что все сказанное верно только для так называемых публичных сетей блокчейн, которые не могут контролироваться никакими отдельными физическими или юридическими лицами, государственными органами или правительствами.

Так называемые приватные сети блокчейн находятся под полным контролем их создателей, и там возможно все, например, полная замена всех блоков цепочки.

Практические применения блокчейна

Для чего может пригодиться блокчейн?

Если кратко, блокчейн позволяет безопасным образом проводить операции (сделки) между не доверяющими друг другу персонами или компаниями. Записанные в блокчейн данные (транзакции, персональные данные, документы, свидетельства, договоры, накладные и т.п.) невозможно подделать или заменить после записи. Поэтому на базе блокчейна можно создавать, например, доверенные распределенные реестры различного рода документов.