Blockchain: какво трябва да изградим PoC?

Очите се страхуват, а ръцете сърбят!

В предишни статии се занимавахме с технологиите, върху които са изградени блокчейните (Какво трябва да изградим блокчейн?) и случаи, които могат да бъдат реализирани с тяхна помощ (Какво ни струва изграждането на случай?). Време е да работите с ръцете си! За внедряването на пилоти и PoC (Proof of Concept) предпочитам да използвам облаци, т.к. те имат достъп от всяка точка на света и често не е необходимо да отделяте време за досадното инсталиране на средата, т.к. Има предварително зададени конфигурации. Така че, нека направим нещо просто, като мрежа за прехвърляне на монети между участниците и го наречем скромно Citcoin. За да направим това, ще използваме облака на IBM и универсалната блокчейн Hyperledger Fabric. Първо, нека да разберем защо Hyperledger Fabric се нарича универсален блокчейн?

Hyperledger Fabric - Универсален блокчейн

Най-общо казано, универсалната информационна система е:

• Набор от сървъри и софтуерно ядро, което изпълнява бизнес логика;
• Интерфейси за взаимодействие със системата;
• Средства за регистрация, автентификация и авторизация на устройства/хора;
• База данни, съхраняваща оперативни и архивирани данни:

Официалната версия на това какво представлява Hyperledger Fabric можете да прочетете на уебсайт, и накратко, Hyperledger Fabric е платформа с отворен код, която ви позволява да изграждате частни блокчейни и да изпълнявате произволни интелигентни договори, написани на програмните езици JS и Go. Нека да разгледаме по-отблизо архитектурата на Hyperledger Fabric и да се уверим, че това е универсална система, която има само специфики за съхранение и запис на данни. Спецификата се състои в това, че данните, както във всички блокчейни, се съхраняват в блокове, които се поставят в блокчейна само ако участниците са постигнали консенсус и след записването данните не могат да бъдат тихо коригирани или изтрити.

Архитектура на Hyperledger Fabric

Диаграмата показва архитектурата на Hyperledger Fabric:

Организации - организациите съдържат връстници, т.н blockchain съществува благодарение на подкрепата на организациите. Различни организации могат да бъдат част от един и същи канал.

Канал - логическа структура, която обединява връстниците в групи, по този начин. блокчейн е зададен. Hyperledger Fabric може едновременно да обработва множество блокчейни с различна бизнес логика.

Доставчик на услуги за членство (MSP) е CA (Certificate Authority) за издаване на самоличност и присвояване на роли. За да създадете възел, трябва да взаимодействате с MSP.

Партньорски възли — проверявайте транзакциите, съхранявайте блокчейна, изпълнявайте интелигентни договори и взаимодействайте с приложения. Партньорите имат самоличност (цифров сертификат), издадена от MSP. За разлика от мрежата Bitcoin или Etherium, където всички възли са равни, възлите играят различни роли в Hyperledger Fabric:

• Peer може да бъде одобряващ връстник (EP) и изпълнява интелигентни договори.
• Ангажиращ партньор (CP) - запазване на данни само в блокчейна и актуализиране на "Световното състояние".
• Anchor Peer (AP) - ако няколко организации участват в блокчейна, тогава за комуникация между тях се използват анкерни партньори. Всяка организация трябва да има един или повече водещи партньори. С помощта на AP всеки партньор в една организация може да получи информация за всички партньори в други организации. Използва се за синхронизиране на информация между AP. клюкарски протокол.
• Лидер Peer - ако организацията има няколко партньори, тогава само лидерът на партньора ще получава блокове от услугата за поръчка и ще ги дава на останалите партньори. Лидерът може да бъде зададен статично или динамично избран от партньори в организацията. Протоколът за клюки също се използва за синхронизиране на информацията за лидера.

Актив — стойностни обекти, които се съхраняват в блокчейна. По-конкретно, това са данни за ключ-стойност във формат JSON. Именно тези данни се записват в блокчейна Blockchain. Те имат история, която се съхранява в блокчейна, и текущо състояние, което се съхранява в базата данни „Световно състояние“. Структурите от данни се попълват произволно в зависимост от бизнес задачите. Няма задължителни полета, единствената препоръка е активите да имат собственик и да имат стойност.

надгробна плоча - състои се от блоковата верига Blockchain и базата данни за състоянието на Word, която съхранява текущото състояние на активите. Световната държава използва LevelDB или CouchDB.

Интелигентен договор — с помощта на интелигентни договори се реализира бизнес логиката на системата. В Hyperledger Fabric интелигентните договори се наричат ​​верижен код. С помощта на верижен код се уточняват активите и транзакциите върху тях. На технически език интелигентните договори са софтуерни модули, внедрени в JS или Go програмни езици.

Политика за одобрение - за всеки верижен код можете да зададете правила за това колко и от кого трябва да очаквате потвърждения за транзакцията. Ако правилото не е зададено, тогава по подразбиране е: „транзакцията трябва да бъде потвърдена от всеки член на всяка организация в канала“. Примери за правила:

• Транзакцията трябва да бъде потвърдена от всеки администратор на организацията;
• Трябва да бъде потвърдено от всеки член или клиент на организацията;
• Трябва да потвърди всеки партньор на организацията.

Услуга за поръчка - пакетира транзакциите в блокове и ги изпраща на партньори в канала. Осигурява доставка на съобщения до всички партньори в мрежата. Използва се за индустриални системи Брокер на съобщения Kafka, за разработка и тестване само.

поток на повикване

• Приложението взаимодейства с Hyperledger Fabric с помощта на Go, Node.js или Java SDK;
• Клиентът създава транзакция tx и я изпраща на одобряващи партньори;
• Партньорът проверява подписа на клиента, завършва транзакцията и изпраща подписа за одобрение обратно на клиента. Верижният код се изпълнява само на потвърждаващия партньор и резултатът от неговото изпълнение се изпраща на всички партньори. Такъв алгоритъм на работа се нарича - PBFT (Practical Byzantine Fault Tolerant) консенсус. Различава се от класически BFT фактът, че съобщението е изпратено и се очаква потвърждение не от всички участници, а само от определен набор;
• След като клиентът получи броя отговори, съответстващ на политиката за одобрение, той изпраща транзакцията към услугата за поръчки;
• Услугата за поръчка формира блок и го изпраща до всички ангажиращи партньори. Услугата Ordering гарантира, че блоковете се записват последователно, което елиминира т.нар.виж раздел "Вилици");
• Партньорите получават блока, проверяват отново политиката за одобрение, записват блока в блокчейна и променят състоянието в базата данни „Световно състояние“.

Тези. се оказва разделението на ролите между възлите. Това гарантира мащабируемостта и сигурността на блокчейна:

• Интелигентните договори (верижен код) извършват одобрение на партньори. Това гарантира поверителността на интелигентните договори, т.к не се съхранява от всички участници, а само от одобряващи партньори.
• Поръчката трябва да работи бързо. Това се гарантира от факта, че Ordering само формира блок и го изпраща до фиксиран набор от водещи партньори.
• Обвързващите партньори съхраняват само блокчейна - може да има много от тях и не изискват много енергия и моментална работа.

Повече архитектурни решения на Hyperledger Fabric и защо работи по този начин, а не по друг начин можете да намерите тук: Произход на архитектурата или тук: Hyperledger Fabric: Разпределена операционна система за разрешени блокчейни.

И така, Hyperledger Fabric е наистина универсална система, с която можете:

• Внедрете произволна бизнес логика, като използвате механизма на интелигентния договор;
• Пишете и получавате данни от блокчейн базата данни във формат JSON;
• Предоставяне и валидиране на API достъп с помощта на сертифициращ орган.

Сега, след като се отърсихме от спецификата на Hyperledger Fabric, нека най-накрая направим нещо полезно!

Внедряване на блокчейн

Проблем изявление

Задачата е да се внедри мрежата Citcoin със следните функции: създаване на акаунт, получаване на баланс, попълване на акаунт, прехвърляне на монети от един акаунт в друг. Нека начертаем обектен модел, който по-нататък ще внедрим в интелигентен договор. И така, ще имаме сметки, които се идентифицират с имена (име) и съдържат баланс (салдо) и списък със сметки. Сметките и списъкът с акаунти са по отношение на активите на Hyperledger Fabric. Съответно те имат история и актуално състояние. Ще се опитам да го нарисувам визуално:

Най-горните цифри са текущото състояние, което се съхранява в базата данни "Световно състояние". Под тях има фигури, показващи историята, която се съхранява в блокчейна. Текущото състояние на активите се променя от транзакции. Активът се променя само в своята цялост, така че в резултат на транзакцията се създава нов обект и текущата стойност на актива отива в историята.

IBM облак

Ние създаваме акаунт в IBM облак. За да използвате блокчейн платформата, тя трябва да бъде надстроена до Pay-As-You-Go. Този процес може да не е бърз, т.к IBM изисква допълнителна информация и я проверява ръчно. От положителната страна мога да кажа, че IBM има добри обучителни материали, които ви позволяват да внедрите Hyperledger Fabric в техния облак. Хареса ми следната поредица от статии и примери:

• Създайте основна блокчейн мрежа с помощта на Blockchain Platform
• Създайте и изпълнете блокчейн интелигентен договор
• Излъчвайте събития от Blockchain Platform

Следват екранни снимки на платформата IBM Blockchain. Това не е инструкция за създаване на блокчейн, а просто демонстрация на обхвата на задачата. И така, за нашите цели, ние създаваме една организация:

Създаваме възли в него: Orderer CA, Org1 CA, Orderer Peer:

Стартираме потребителите:

Създайте канал и го наречете citcoin:

По същество Channel е блокова верига, така че започва от нулевия блок (Genesis блок):

Писане на интелигентен договор

/*
 * Citcoin smart-contract v1.5 for Hyperledger Fabric
 * (c) Alexey Sushkov, 2019
 */
 
'use strict';
 
const { Contract } = require('fabric-contract-api');
const maxAccounts = 5;
 
class CitcoinEvents extends Contract {
 
    async instantiate(ctx) {
        console.info('instantiate');
        let emptyList = [];
        await ctx.stub.putState('accounts', Buffer.from(JSON.stringify(emptyList)));
    }
    // Get all accounts
    async GetAccounts(ctx) {
        // Get account list:
        let accounts = '{}'
        let accountsData = await ctx.stub.getState('accounts');
        if (accountsData) {
            accounts = JSON.parse(accountsData.toString());
        } else {
            throw new Error('accounts not found');
        }
        return accountsData.toString()
    }
     // add a account object to the blockchain state identifited by their name
    async AddAccount(ctx, name, balance) {
        // this is account data:
        let account = {
            name: name,
            balance: Number(balance),       
            type: 'account',
        };
        // create account:
        await ctx.stub.putState(name, Buffer.from(JSON.stringify(account)));
 
        // Add account to list:
        let accountsData = await ctx.stub.getState('accounts');
        if (accountsData) {
            let accounts = JSON.parse(accountsData.toString());
            if (accounts.length < maxAccounts)
            {
                accounts.push(name);
                await ctx.stub.putState('accounts', Buffer.from(JSON.stringify(accounts)));
            } else {
                throw new Error('Max accounts number reached');
            }
        } else {
            throw new Error('accounts not found');
        }
        // return  object
        return JSON.stringify(account);
    }
    // Sends money from Account to Account
    async SendFrom(ctx, fromAccount, toAccount, value) {
        // get Account from
        let fromData = await ctx.stub.getState(fromAccount);
        let from;
        if (fromData) {
            from = JSON.parse(fromData.toString());
            if (from.type !== 'account') {
                throw new Error('wrong from type');
            }   
        } else {
            throw new Error('Accout from not found');
        }
        // get Account to
        let toData = await ctx.stub.getState(toAccount);
        let to;
        if (toData) {
            to = JSON.parse(toData.toString());
            if (to.type !== 'account') {
                throw new Error('wrong to type');
            }  
        } else {
            throw new Error('Accout to not found');
        }
 
        // update the balances
        if ((from.balance - Number(value)) >= 0 ) {
            from.balance -= Number(value);
            to.balance += Number(value);
        } else {
            throw new Error('From Account: not enought balance');          
        }
 
        await ctx.stub.putState(from.name, Buffer.from(JSON.stringify(from)));
        await ctx.stub.putState(to.name, Buffer.from(JSON.stringify(to)));
                 
        // define and set Event
        let Event = {
            type: "SendFrom",
            from: from.name,
            to: to.name,
            balanceFrom: from.balance,
            balanceTo: to.balance,
            value: value
        };
        await ctx.stub.setEvent('SendFrom', Buffer.from(JSON.stringify(Event)));
 
        // return to object
        return JSON.stringify(from);
    }
 
    // get the state from key
    async GetState(ctx, key) {
        let data = await ctx.stub.getState(key);
        let jsonData = JSON.parse(data.toString());
        return JSON.stringify(jsonData);
    }
    // GetBalance   
    async GetBalance(ctx, accountName) {
        let data = await ctx.stub.getState(accountName);
        let jsonData = JSON.parse(data.toString());
        return JSON.stringify(jsonData);
    }
     
    // Refill own balance
    async RefillBalance(ctx, toAccount, value) {
        // get Account to
        let toData = await ctx.stub.getState(toAccount);
        let to;
        if (toData) {
            to = JSON.parse(toData.toString());
            if (to.type !== 'account') {
                throw new Error('wrong to type');
            }  
        } else {
            throw new Error('Accout to not found');
        }
 
        // update the balance
        to.balance += Number(value);
        await ctx.stub.putState(to.name, Buffer.from(JSON.stringify(to)));
                 
        // define and set Event
        let Event = {
            type: "RefillBalance",
            to: to.name,
            balanceTo: to.balance,
            value: value
        };
        await ctx.stub.setEvent('RefillBalance', Buffer.from(JSON.stringify(Event)));
 
        // return to object
        return JSON.stringify(from);
    }
}
module.exports = CitcoinEvents;

Интуитивно всичко трябва да е ясно тук:

• Има няколко функции (AddAccount, GetAccounts, SendFrom, GetBalance, RefillBalance), които демонстрационната програма ще извика с помощта на API на Hyperledger Fabric.
• Функциите SendFrom и RefillBalance генерират събития (Event), които демонстрационната програма ще получи.
• Функцията за инстанциране се извиква веднъж, когато се инстанцира интелигентният договор. Всъщност той се извиква не веднъж, а всеки път, когато версията на интелигентния договор се промени. Следователно инициализирането на списък с празен масив е лоша идея, защото сега, когато променяме версията на интелигентния договор, ще загубим текущия списък. Но нищо, просто се уча).
• Акаунтите и списъкът с акаунти (акаунти) са структури от данни JSON. JS се използва за манипулиране на данни.
• Можете да получите текущата стойност на даден актив, като извикате функцията getState и я актуализирате с putState.
• При създаване на акаунт се извиква функцията AddAccount, в която се прави съпоставка за максималния брой акаунти в блокчейна (maxAccounts = 5). И има задръстване (забелязано?), Което води до безкрайно увеличаване на броя на акаунтите. Грешки като тази трябва да се избягват

След това зареждаме интелигентния договор в канала и го инстанцираме:

Разглеждаме транзакцията за инсталиране на интелигентния договор:

Вижте подробности за нашия канал:

В резултат на това получаваме следната схема на блокчейн мрежата в облака на IBM. Също така на диаграмата има демонстрационна програма, работеща в облака на Amazon на виртуален сървър (подробности за нея ще бъдат в следващия раздел):

Създаване на GUI за извиквания на API на Hyperledger Fabric

Hyperledger Fabric има API, който може да се използва за:

• Създайте канал;
• Peer връзки към канал;
• Инсталиране и инстанциране на интелигентни договори в канала;
• Транзакции с обаждания;
• Поискайте информация за блокчейна.

Разработка на приложения

В нашата демонстрационна програма ще използваме API само за извикване на транзакции и искане на информация, т.к. ние вече направихме останалите стъпки с помощта на блокчейн платформата на IBM. Ние пишем GUI, използвайки стандартния технологичен стек: Express.js + Vue.js + Node.js. Можете да напишете отделна статия за това как да започнете да създавате модерни уеб приложения. Тук ще оставя линк към поредица от лекции, които най-много ми харесаха: Пълно стеково уеб приложение, използващо Vue.js & Express.js. Резултатът е клиент-сървър приложение с познат графичен интерфейс в стила на Material Design на Google. REST API между клиент и сървър се състои от няколко извиквания:

• HyperledgerDemo/v1/init - инициализиране на блокчейна;
• HyperledgerDemo/v1/accounts/list - вземете списък с всички акаунти;
• HyperledgerDemo/v1/account?name=Bob&balance=100 - създаване на акаунт на Bob;
• HyperledgerDemo/v1/info?account=Bob - получавате информация за акаунта на Bob;
• HyperledgerDemo/v1/transaction?from=Bob&to=Alice&volume=2 - прехвърлете две монети от Bob на Alice;
• HyperledgerDemo/v1/disconnect - затворете връзката към блокчейна.

Описание на API с поставени примери Уебсайт на пощальона е добре позната програма за тестване на HTTP API.

Демо приложение в облака на Amazon

Приложението е качено в Amazon, т.к IBM все още не е успяла да надстрои моя акаунт и да ми позволи да създавам виртуални сървъри. Как домейнът беше прикрепен към черешката: www.citcoin.info. Ще оставя сървъра включен за известно време, след което ще го изключа, защото центовете под наем капят, а монетите за citcoin все още не са включени в борсата) В статията поставям демонстрационни екранни снимки, така че логиката на работа да е ясна. Демо приложението може:

• Инициализирайте блокчейна;
• Създаване на акаунт (но сега не може да бъде създаден нов акаунт, тъй като максималният брой акаунти, посочени в интелигентния договор, е достигнат в блокчейна);
• Вземете списък с акаунти;
• Прехвърляне на citcoin монети между Алис, Боб и Алекс;
• Получаване на събития (но сега няма начин да се показват събития, така че за по-лесно в интерфейса е написано, че събитията не се поддържат);
• Действия в регистъра.

Първо инициализираме блокчейна:

След това започваме нашия акаунт, не се занимавайте с баланса:

Получаваме списък с всички налични акаунти:

Избираме подателя и получателя, получаваме балансите им. Ако подателят и получателят са едни и същи, тогава сметката му ще бъде попълнена:

В дневника наблюдаваме изпълнението на транзакциите:

Всъщност, с демо програма, това е всичко. След това можете да видите нашата транзакция в блокчейна:

И общият списък на транзакциите:

С това ние успешно завършихме внедряването на PoC за създаване на мрежата Citcoin. Какво още трябва да се направи, за да стане Citcoin пълноценна мрежа за прехвърляне на монети? Много малко:

• На етапа на създаване на акаунт внедрете генерирането на частен / публичен ключ. Частният ключ трябва да се съхранява от потребителския акаунт, който е публичен в блокчейна.
• Направете превод на монети, при който не се използва име, а публичен ключ за идентифициране на потребителя.
• Криптирайте транзакциите, преминаващи от потребителя към сървъра с неговия личен ключ.

Заключение

Внедрихме мрежата Citcoin със следните функции: добавяне на акаунт, получаване на баланс, попълване на акаунта ви, прехвърляне на монети от един акаунт в друг. И така, какво ни струва изграждането на PoC?

• Необходимо е да се проучи блокчейн като цяло и Hyperledger Fabric в частност;
• Научете как да използвате IBM или Amazon облаци;
• Научете езика за програмиране JS и някои уеб рамки;
• Ако някои данни трябва да се съхраняват не в блокчейна, а в отделна база данни, тогава научете как да се интегрирате, например, с PostgreSQL;
• И не на последно място - без познания за Linux в съвременния свят, никъде!)

Разбира се, не ракетна наука, но трябва да се потите!

Източници в GitHub

Източници, поставени на GitHub. Кратко описание на хранилището:
Каталог «сървър» - Node.js сървър
Каталог «клиент» - Node.js клиент
Каталог «blockchain» (стойностите на параметрите и ключовете, разбира се, не работят и са дадени само за пример):

• договор — източник на интелигентен договор
• портфейл - потребителски ключове за използване на API на Hyperledger Fabric.
• *.cds - компилирани версии на смарт договори
• *.json файлове - примери за конфигурационни файлове за използване на API на Hyperledger Fabric

Това е само началото!

Източник: www.habr.com