🥇Blockchain: co bychom měli postavit PoC?

Oči se bojí a ruce svrbí!

V předchozích článcích jsme se zabývali technologiemi, na kterých jsou blockchainy postaveny (Co bychom měli vybudovat blockchain?) a případy, které lze s jejich pomocí realizovat (Kolik nás stojí stavba pouzdra?). Je čas pracovat rukama! Pro implementaci pilotů a PoC (Proof of Concept) používám raději cloudy, protože. mají přístup odkudkoli na světě a často není potřeba trávit čas únavnou instalací prostředí, protože. Existují přednastavené konfigurace. Udělejme tedy něco jednoduchého, jako je síť pro převod coinů mezi účastníky a nazvěme to skromně Citcoin. K tomu využijeme cloud IBM a univerzální blockchain Hyperledger Fabric. Nejprve pojďme zjistit, proč se Hyperledger Fabric nazývá univerzálním blockchainem?

Hyperledger Fabric – univerzální blockchain

Obecně řečeno, univerzální informační systém je:

Sada serverů a softwarového jádra, které provádí obchodní logiku;
Rozhraní pro interakci se systémem;
Prostředky pro registraci, autentizaci a autorizaci zařízení / osob;
Databáze uchovávající provozní a archivovaná data:

Oficiální verzi toho, co Hyperledger Fabric je, si můžete přečíst na webové stránky, a stručně řečeno, Hyperledger Fabric je platforma s otevřeným zdrojovým kódem, která vám umožňuje budovat soukromé blockchainy a provádět libovolné chytré smlouvy napsané v programovacích jazycích JS a Go. Pojďme se blíže podívat na architekturu Hyperledger Fabric a přesvědčit se, že se jedná o univerzální systém, který má specifika pouze pro ukládání a záznam dat. Specifikum spočívá v tom, že data jsou stejně jako ve všech blockchainech ukládána do bloků, které se do blockchainu umisťují pouze v případě, že účastníci dosáhnou konsensu a po zaznamenání nelze data potichu opravit nebo smazat.

Hyperledger Fabric Architecture

Diagram ukazuje architekturu Hyperledger Fabric:

organizace - organizace obsahují vrstevníky, tak blockchain existuje díky podpoře organizací. Různé organizace mohou být součástí stejného kanálu.

Kanál - logická struktura, která spojuje vrstevníky do skupin, tedy. blockchain je nastaven. Hyperledger Fabric dokáže současně zpracovávat více blockchainů s různou obchodní logikou.

Poskytovatel členských služeb (MSP) je CA (Certificate Authority) pro vydávání identity a přidělování rolí. Chcete-li vytvořit uzel, musíte komunikovat s MSP.

Peer uzly — ověřovat transakce, ukládat blockchain, provádět chytré smlouvy a komunikovat s aplikacemi. Peers mají identitu (digitální certifikát) vydanou MSP. Na rozdíl od sítě Bitcoin nebo Etherium, kde jsou všechny uzly stejné, hrají uzly v Hyperledger Fabric různé role:

Peer může být schvalující vrstevník (EP) a provádět chytré smlouvy.
Zavazující se peer (CP) – pouze ukládat data do blockchainu a aktualizovat „Světový stav“.
Anchor Peer (AP) – pokud se blockchainu účastní několik organizací, ke komunikaci mezi nimi se používají kotevní peerové. Každá organizace musí mít jednoho nebo více kotevních kolegů. S pomocí AP může každý peer v organizaci získat informace o všech peerech v jiných organizacích. Používá se k synchronizaci informací mezi AP. drbní protokol.
Vedoucí Peer - pokud má organizace několik vrstevníků, pak bloky od objednávkové služby obdrží pouze vedoucí partnera a rozdá je ostatním kolegům. Vedoucí může být nastaven staticky nebo dynamicky vybraný kolegy v organizaci. Gossip protokol se také používá k synchronizaci informací vedoucích.

Měny — hodnotné entity, které jsou uloženy v blockchainu. Konkrétně se jedná o data klíč–hodnota ve formátu JSON. Právě tato data jsou zaznamenána v blockchainu blockchainu. Mají historii, která je uložena na blockchainu a aktuální stav, který je uložen v databázi „World state“. Datové struktury se vyplňují libovolně v závislosti na obchodních úkolech. Nejsou zde žádná povinná pole, jediným doporučením je, že aktiva musí mít vlastníka a mít hodnotu.

účetní kniha - skládá se z blockchainu blockchainu a databáze stavu Word, která uchovává aktuální stav aktiv. Světový stát používá LevelDB nebo CouchDB.

Inteligentní smlouva — pomocí chytrých kontraktů je implementována obchodní logika systému. V Hyperledger Fabric se chytré smlouvy nazývají řetězový kód. Pomocí řetězového kódu jsou specifikována aktiva a transakce nad nimi. V technickém jazyce jsou chytré smlouvy softwarové moduly implementované v programovacích jazycích JS nebo Go.

Zásady schvalování - pro každý řetězový kód můžete nastavit zásady, kolik a od koho potřebujete potvrzení transakce očekávat. Pokud tato zásada není nastavena, výchozí nastavení je: „transakce musí být potvrzena kterýmkoli členem jakékoli organizace v kanálu“. Příklady zásad:

Transakci musí potvrdit kterýkoli správce organizace;
Musí být potvrzeno kterýmkoli členem nebo klientem organizace;
Musí potvrdit kterýkoli protějšek organizace.

Objednávkový servis - balí transakce do bloků a odesílá je kolegům v kanálu. Zajišťuje doručení zpráv všem kolegům v síti. Používá se pro průmyslové systémy Zprostředkovatel zpráv Kafka, pro vývoj a testování sólo.

tok hovorů

Aplikace spolupracuje s Hyperledger Fabric pomocí Go, Node.js nebo Java SDK;
Klient vytvoří transakční tx a odešle jej schvalujícím kolegům;
Partner ověří podpis klienta, dokončí transakci a odešle schvalovací podpis zpět klientovi. Řetězový kód je spuštěn pouze na schvalujícím peeru a výsledek jeho spuštění je odeslán všem peerům. Takový algoritmus práce se nazývá konsensus PBFT (Practical Byzantine Fault Tolerant). Se liší od klasické BFT skutečnost, že zpráva je odeslána a potvrzení se očekává ne od všech účastníků, ale pouze od určité množiny;
Poté, co klient obdrží počet odpovědí odpovídající zásadám schvalování, odešle transakci službě Objednávání;
Objednávková služba vytvoří blok a odešle jej všem zavazujícím se kolegům. Služba Objednávání zajišťuje postupný zápis bloků, což eliminuje tzv. ledger fork (viz sekce "Vidlice");
Peers obdrží blok, znovu zkontroluje politiku schvalování, zapíše blok do blockchainu a změní stav v databázi „Světový stav“.

Tito. ukazuje se rozdělení rolí mezi uzly. To zajišťuje škálovatelnost a bezpečnost blockchainu:

Inteligentní smlouvy (řetězový kód) provádějí schvalování kolegů. Tím je zajištěna důvěrnost smart kontraktů, as neukládají jej všichni účastníci, ale pouze schvalující kolegové.
Objednávka by měla fungovat rychle. To je zajištěno tím, že Ordering tvoří pouze blok a posílá jej pevné sadě vedoucích vrstevníků.
Pověření peeři pouze ukládají blockchain – může jich být mnoho a nevyžadují mnoho energie a okamžité práce.

Více architektonických řešení Hyperledger Fabric a proč to funguje tak a ne jinak najdete zde: Počátky architektury nebo zde: Hyperledger Fabric: Distribuovaný operační systém pro povolené blockchainy.

Hyperledger Fabric je tedy skutečně univerzální systém, se kterým můžete:

Implementujte libovolnou obchodní logiku pomocí mechanismu inteligentních smluv;
Zápis a příjem dat z blockchainové databáze ve formátu JSON;
Udělte a ověřte přístup k rozhraní API pomocí certifikační autority.

Nyní, když jsme trochu vymazali specifika Hyperledger Fabric, pojďme konečně udělat něco užitečného!

Nasazení blockchainu

Formulace problému

Úkolem je implementovat síť Citcoin s následujícími funkcemi: vytvořit účet, získat zůstatek, doplnit účet, převést coiny z jednoho účtu na druhý. Nakreslíme si objektový model, který dále implementujeme do chytré smlouvy. Budeme tedy mít účty, které jsou identifikovány jmény (název) a obsahují zůstatek (zůstatek) a seznam účtů. Účty a seznam účtů jsou z hlediska aktiv Hyperledger Fabric. Podle toho mají historii a současný stav. Pokusím se to nakreslit vizuálně:

Nejvyšší čísla jsou aktuální stav, který je uložen v databázi "World state". Pod nimi jsou obrázky ukazující historii, která je uložena v blockchainu. Současný stav aktiv se mění transakcemi. Aktivum se mění pouze jako celek, takže v důsledku transakce vzniká nový objekt a aktuální hodnota aktiva jde do historie.

IBM Cloud

Vytvoříme účet v cloud IBM. Chcete-li používat blockchainovou platformu, musí být upgradována na Pay-As-You-Go. Tento proces nemusí být rychlý, protože IBM si vyžádá další informace a ručně je ověří. Pozitivně mohu říci, že IBM má dobré školicí materiály, které umožňují nasazení Hyperledger Fabric v jejich cloudu. Líbila se mi následující série článků a příkladů:

Níže jsou uvedeny snímky obrazovky platformy IBM Blockchain. Nejedná se o návod k vytvoření blockchainu, ale pouze o ukázku rozsahu úkolu. Pro naše účely tedy vytváříme jednu organizaci:

Vytváříme v něm uzly: Orderer CA, Org1 CA, Orderer Peer:

Začínáme s uživateli:

Vytvořte kanál a nazvěte jej citcoin:

Channel je v podstatě blockchain, takže začíná od nulového bloku (blok Genesis):

Sepsání chytré smlouvy

/*
 * 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;

Intuitivně by zde mělo být vše jasné:

Existuje několik funkcí (AddAccount, GetAccounts, SendFrom, GetBalance, RefillBalance), které bude demo program volat pomocí Hyperledger Fabric API.
Funkce SendFrom a RefillBalance generují události (Event), které demo program obdrží.
Funkce instantiate je volána jednou, když je vytvořena instance smart kontraktu. Ve skutečnosti se nevolá jednou, ale pokaždé, když se změní verze chytré smlouvy. Proto je inicializace seznamu s prázdným polem špatný nápad, protože nyní při změně verze chytré smlouvy o aktuální seznam přijdeme. Ale nic, teprve se učím).
Účty a seznam účtů (účtů) jsou datové struktury JSON. JS se používá pro manipulaci s daty.
Aktuální hodnotu aktiva můžete získat voláním funkce getState a aktualizovat ji pomocí putState.
Při vytváření Účtu je volána funkce AddAccount, ve které je provedeno porovnání pro maximální počet účtů v blockchainu (maxAccounts = 5). A je tu zásek (všimli jste si?), Což vede k nekonečnému nárůstu počtu účtů. Takovým chybám je třeba se vyhnout

Dále načteme inteligentní smlouvu do kanálu a vytvoříme ji:

Podíváme se na transakci pro instalaci Smart Contract:

Podívejte se na podrobnosti o našem kanálu:

Výsledkem je následující schéma blockchainové sítě v cloudu IBM. Na diagramu je také ukázkový program běžící v cloudu Amazon na virtuálním serveru (podrobnosti o něm budou v další části):

Vytvoření GUI pro volání Hyperledger Fabric API

Hyperledger Fabric má API, které lze použít k:

Vytvořte kanál;
Peer připojení ke kanálu;
Instalace a konkretizace inteligentních smluv v kanálu;
Volací transakce;
Vyžádejte si informace o blockchainu.

Vývoj aplikací

V našem demo programu budeme API používat pouze k volání transakcí a vyžádání informací, protože. zbytek kroků jsme již provedli pomocí platformy IBM blockchain. Píšeme GUI pomocí standardního technologického zásobníku: Express.js + Vue.js + Node.js. O tom, jak začít s tvorbou moderních webových aplikací, můžete napsat samostatný článek. Zde zanechám odkaz na sérii přednášek, které se mi líbily nejvíce: Webová aplikace Full Stack pomocí Vue.js & Express.js. Výsledkem je aplikace klient-server se známým grafickým rozhraním ve stylu Material Designu Google. REST API mezi klientem a serverem se skládá z několika volání:

HyperledgerDemo/v1/init - inicializujte blockchain;
HyperledgerDemo/v1/accounts/list - získat seznam všech účtů;
HyperledgerDemo/v1/account?name=Bob&balance=100 - vytvořit účet Bob;
HyperledgerDemo/v1/info?account=Bob - získat informace o účtu Bob;
HyperledgerDemo/v1/transaction?from=Bob&to=Alice&volume=2 - převeďte dvě mince od Boba k Alici;
HyperledgerDemo/v1/disconnect – uzavře připojení k blockchainu.

Popis API s příklady Web pošťáka je známý program pro testování HTTP API.

Demo aplikace v cloudu Amazon

Aplikace byla nahrána na Amazon, protože IBM stále nedokázalo upgradovat můj účet a umožnit mi vytvářet virtuální servery. Jak byla doména připojena k třešni: www.citcoin.info. Nechám server chvíli zapnutý a pak ho vypnu, protože centy za pronájem odkapávají a citcoiny ještě nejsou na burze uvedeny) Do článku vkládám demo screenshoty, aby byla jasná logika práce. Demo aplikace může:

Inicializujte blockchain;
Vytvořte si účet (nyní však nelze vytvořit nový účet, protože v blockchainu bylo dosaženo maximálního počtu účtů uvedeného v chytré smlouvě);
Získejte seznam účtů;
Převádějte mince citcoinů mezi Alicí, Bobem a Alexem;
Přijímat události (nyní ale neexistuje způsob, jak události zobrazovat, takže pro zjednodušení je v rozhraní napsáno, že události nejsou podporovány);
Zaznamenat akce.

Nejprve inicializujeme blockchain:

Dále zahájíme náš účet, nezahrávejte si se zůstatkem:

Získáme seznam všech dostupných účtů:

Vybereme odesílatele a příjemce, získáme jejich zůstatky. Pokud jsou odesílatel a příjemce stejní, bude jeho účet doplněn:

V protokolu sledujeme provádění transakcí:

Ve skutečnosti, s demo programem, to je vše. Dále můžete vidět naši transakci v blockchainu:

A obecný seznam transakcí:

Tímto jsme úspěšně dokončili implementaci PoC pro vytvoření sítě Citcoin. Co dalšího je potřeba udělat, aby se z Citcoinu stala plnohodnotná síť pro převod mincí? Velmi málo:

Ve fázi vytváření účtu implementujte generování soukromého / veřejného klíče. Soukromý klíč musí být uložen uživatelským účtem, který je veřejný na blockchainu.
Proveďte převod mincí, ve kterém se k identifikaci uživatele nepoužívá jméno, ale veřejný klíč.
Šifrujte transakce od uživatele na server pomocí jeho soukromého klíče.

Závěr

Implementovali jsme síť Citcoin s následujícími funkcemi: přidání účtu, získání zůstatku, doplnění účtu, převod coinů z jednoho účtu na druhý. Co nás tedy stálo vybudování PoC?

Je nutné studovat blockchain obecně a Hyperledger Fabric zvláště;
Naučte se používat cloudy IBM nebo Amazon;
Naučte se programovací jazyk JS a nějaký webový rámec;
Pokud je potřeba některá data ukládat nikoli do blockchainu, ale do samostatné databáze, pak se naučte integrovat například s PostgreSQL;
A v neposlední řadě – bez znalosti Linuxu v moderním světě nikde!)

Samozřejmě, žádná raketová věda, ale zapotit se musíte!

Zdroje na GitHubu

Zdroje uvedeny GitHub. Stručný popis úložiště:
Katalog "Server» - Server Node.js
Katalog "zákazník» - Klient Node.js
Katalog "blockchain» (hodnoty parametrů a klíčů jsou samozřejmě nefunkční a jsou uvedeny pouze například):

contract — smart contract source
wallet – uživatelské klíče pro použití Hyperledger Fabric API.
*.cds - kompilované verze smart kontraktů
Soubory *.json – příklady konfiguračních souborů pro použití Hyperledger Fabric API

Je to jen začátek!

Zdroj: www.habr.com

Blockchain: co bychom měli postavit PoC?