Блокчејн: каков PoC треба да изградиме?

Очите ви се плашат, а рацете ве чешаат!

Во претходните статии се занимававме со технологиите на кои се изградени блокчејнови (Што треба да изградиме блокчејн?) и случаи кои можат да се спроведат со нивна помош (Зошто да изградиме случај?). Време е да работите со вашите раце! За имплементација на пилоти и PoC (доказ за концепт), претпочитам да ги користам облаците, бидејќи ... до нив може да се пристапи од каде било во светот и, често, нема потреба да се губи време на мачна инсталација на околината, бидејќи Постојат претходно поставени конфигурации. Значи, да направиме нешто едноставно, на пример, мрежа за пренос на монети меѓу учесниците и скромно да ја наречеме Биткоин. За ова ќе го користиме облакот IBM и универзалниот блокчејн Hyperledger Fabric. Прво, ајде да откриеме зошто Hyperledger Fabric се нарекува универзален блокчејн?

Hyperledger Fabric - универзален блокчејн

Општо земено, универзален информациски систем е:

• Збир на сервери и софтверско јадро кое врши деловна логика;
• Интерфејси за интеракција со системот;
• Алатки за регистрација, автентикација и авторизација на уреди/луѓе;
• База на податоци што чува оперативни и архивски податоци:

Официјалната верзија за тоа што е Hyperledger Fabric може да се прочита на Онлајн, и накратко, Hyperledger Fabric е платформа со отворен код која ви овозможува да изградите приватни блокчејн и да извршувате произволни паметни договори напишани на програмските јазици JS и Go. Да ја разгледаме детално архитектурата на Hyperledger Fabric и да се увериме дека ова е универзален систем кој има само специфики за складирање и снимање на податоци. Специфичноста е во тоа што податоците, како и кај сите блокчејн, се чуваат во блокови кои се поставуваат на блокчејнот само доколку учесниците постигнат консензус и по снимањето податоците не можат тивко да се коригираат или избришат.

Архитектура на ткаенина Hyperledger

Дијаграмот ја прикажува архитектурата Hyperledger Fabric:

Организации — организациите содржат врсници, т.е. блокчејн постои поради поддршката на организациите. Различни организации можат да бидат дел од истиот канал.

канал — логичка структура која ги обединува врсниците во групи, т.е. блокчејнот е наведен. Hyperledger Fabric може истовремено да обработува повеќе блокчејнови со различна деловна логика.

Давател на услуги за членство (MSP) е CA (Certificate Authority) за издавање идентитет и доделување улоги. За да креирате јазол, треба да комуницирате со MSP.

Врсни јазли — проверете ги трансакциите, складирајте го блокчејнот, извршувајте паметни договори и комуницирајте со апликациите. Врсниците имаат идентитет (дигитален сертификат), кој го издава МСП. За разлика од мрежата Bitcoin или Etherium, каде што сите јазли имаат еднакви права, во Hyperledger Fabric јазлите играат различни улоги:

• Врсници можеби одобрување врсник (ЕП) и извршува паметни договори.
• Посветување врсници (CP) - зачувајте податоци само во блокчејнот и ажурирајте ја „Светската држава“.
• Сидро Пер (АП) - ако неколку организации учествуваат во блокчејнот, тогаш врсниците за сидро се користат за комуникација меѓу нив. Секоја организација мора да има еден или повеќе врсници со сидро. Со користење на АП, секој врсник во организацијата може да добие информации за сите врсници во други организации. Се користи за синхронизирање информации помеѓу АП протокол за озборувања.
• Водач Пеер — ако една организација има неколку врсници, тогаш само лидерот на врсниците ќе добие блокови од услугата Нарачка и ќе им ги даде на останатите врсници. Лидерот може да биде или статички одреден или динамички избран од колегите во организацијата. Протоколот за озборувања се користи и за синхронизација на информации за лидерите.

Средства — ентитети кои имаат вредност и се складирани на блокчејнот. Поконкретно, ова се податоци со клучна вредност во JSON формат. Токму овие податоци се запишуваат во Blockchain. Тие имаат историја, која е зачувана во блокчејнот и моментална состојба, која се чува во базата на податоци „Светска држава“. Структурите на податоци се пополнуваат произволно во зависност од деловните задачи. Нема задолжителни полиња, единствената препорака е дека средствата мора да имаат сопственик и да бидат вредни.

Леџер — се состои од Blockchain и базата на податоци за состојбата на Word, која ја складира моменталната состојба на средствата. Светската држава користи LevelDB или CouchDB.

Паметен договор — користејќи паметни договори се имплементира деловната логика на системот. Во Hyperledger Fabric, паметните договори се нарекуваат верижен код. Со користење на верижен код, наведени се средства и трансакции преку нив. Во техничка смисла, паметните договори се софтверски модули имплементирани на програмските јазици JS или Go.

Политика за одобрување — за секој верижен код, можете да поставите политика за тоа колку потврди за трансакцијата треба да се очекуваат и од кого. Ако политиката не е поставена, тогаш стандардното е: „трансакцијата мора да биде потврдена од кој било член на која било организација на каналот“. Примери на политики:

• Трансакцијата мора да биде одобрена од кој било администратор на организацијата;
• Мора да биде потврдено од кој било член или клиент на организацијата;
• Мора да биде потврдено од која било врсничка организација.

Услуга за нарачување — ги пакува трансакциите во блокови и ги испраќа до врсниците во каналот. Гарантира испорака на пораки до сите врсници на мрежата. Се користи за индустриски системи Брокер за пораки на Кафка, за развој и тестирање соло.

CallFlow

• Апликацијата комуницира со Hyperledger Fabric користејќи Go, Node.js или Java SDK;
• Клиентот создава tx трансакција и ја испраќа до врсниците кои поддржуваат;
• Врсникот го потврдува потписот на клиентот, ја завршува трансакцијата и го испраќа потписот за одобрување назад до клиентот. Chaincode се извршува само на поддржувачот, а резултатот од неговото извршување се испраќа до сите врсници. Овој алгоритам на работа се нарекува консензус PBFT (Practical Byzantine Fault Tolerant). Се разликува од класичен BFT фактот дека пораката е испратена и се очекува потврда не од сите учесници, туку само од одреден сет;
• Откако клиентот ќе го добие бројот на одговори што одговараат на политиката за одобрување, тој ја испраќа трансакцијата до услугата Нарачка;
• Услугата Ordering генерира блок и ја испраќа до сите врсници кои се обврзуваат. Услугата за нарачка обезбедува последователно снимање на блокови, со што се елиминира таканаречената вилушка на книгата (видете го делот „Вилушки“);
• Врсниците добиваат блок, повторно ја проверуваат политиката за одобрување, го пишуваат блокот во блокчејнот и ја менуваат состојбата во DB „Светска држава“.

Оние. Ова резултира со поделба на улогите помеѓу јазлите. Ова осигурува дека блокчејнот е скалабилен и безбеден:

• Паметните договори (синџир код) вршат одобрување на врсниците. Ова ја осигурува доверливоста на паметните договори, бидејќи не се складира од сите учесници, туку само со одобрување на врсници.
• Нарачката треба да работи брзо. Ова е обезбедено со фактот дека Ordering формира само блок и го испраќа до фиксен сет на лидери врсници.
• Обврзувачките врсници го складираат само блокчејнот - може да ги има многу и не бараат многу моќ и инстант работење.

Повеќе детали за архитектонските решенија на Hyperledger Fabric и зошто тоа функционира на овој начин, а не поинаку, може да најдете овде: Потекло на архитектурата или тука: Hyperledger Fabric: Дистрибуиран оперативен систем за дозволени блокчејни.

Значи, Hyperledger Fabric е навистина универзален систем со кој можете:

• Спроведување на произволна деловна логика користејќи го механизмот за паметни договори;
• Снимајте и примајте податоци од базата на блокчејн во JSON формат;
• Доделете и потврдете пристап до API со користење на авторитетот за сертификати.

Сега кога разбравме малку за спецификите на Hyperledger Fabric, ајде конечно да направиме нешто корисно!

Распоредување на блокчејн

Проблем изјава

Задачата е да ја имплементирате мрежата на Citcoin со следните функции: креирајте сметка, добијте салдо, надополнете ја вашата сметка, префрлете монети од една сметка на друга. Ајде да нацртаме модел на објект, кој понатаму ќе го имплементираме во паметен договор. Значи, ќе имаме сметки кои се идентификуваат по имиња и содржат салдо и список на сметки. Сметките и списокот на сметки се, во однос на средствата на Hyperledger Fabric. Според тоа, тие имаат историја и моментална состојба. Ќе се обидам јасно да го нацртам ова:

Врвните бројки се моменталната состојба, која е зачувана во базата на податоци „Светска држава“. Под нив се прикажани бројки кои ја покажуваат историјата што е зачувана во блокчејнот. Тековната состојба на средствата се менува со трансакции. Средството се менува само како целина, па како резултат на трансакцијата, се создава нов објект, а моменталната вредност на средството оди во историјата.

IBM Cloud

Ние создаваме сметка во IBM облак. За да ја користите блокчејн платформата, таа мора да се надгради на Pay-As-You-Go. Овој процес можеби нема да биде брз, бидејќи ... IBM бара дополнителни информации и ги проверува рачно. Позитивна нота, можам да кажам дека IBM има добри материјали за обука кои ви дозволуваат да распоредите Hyperledger Fabric во нивниот облак. Ми се допаднаа следната серија написи и примери:

• Создадете основна блокчејн мрежа користејќи ја Блокчејн платформата
• Создадете и извршете паметен договор за блокчејн
• Емитувајте настани од блокчејн платформата

Следниве се слики од екранот на платформата IBM Blockchain. Ова не е упатство за тоа како да се создаде блокчејн, туку едноставно демонстрација на обемот на задачата. Значи, за наши цели, правиме една организација:

Во него создаваме јазли: Orderer CA, Org1 CA, Orderer Peer:

Ние создаваме корисници:

Направете канал и наречете го citcoin:

Во суштина Channel е блокчејн, па започнува со блок нула (Блок Genesis):

Пишување паметен 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, сè треба да биде јасно овде:

• Постојат неколку функции (AddAccount, GetAccounts, SendFrom, GetBalance, RefillBalance) кои демо-програмата ќе ги повика со помош на Hyperledger Fabric API.
• Функциите SendFrom и RefillBalance генерираат Настани што ќе ги прима демо-програмата.
• Инстант функцијата се повикува еднаш кога се инстанцира паметен договор. Всушност, тоа се нарекува не само еднаш, туку секој пат кога се менува верзијата на паметниот договор. Затоа, иницијализирањето листа со празна низа е лоша идеја, бидејќи Сега, кога ќе ја промениме верзијата на паметниот договор, ќе ја изгубиме тековната листа. Но, во ред е, само учам).
• Сметките и списокот со сметки се структури на податоци на JSON. JS се користи за манипулација со податоци.
• Можете да ја добиете моменталната вредност на средството користејќи го повикот на функцијата getState и да го ажурирате со putState.
• При креирање на сметка, се повикува функцијата AddAccount, во која се прави споредба за максималниот број на сметки во блокчејнот (maxAccounts = 5). И тука има застој (дали забележавте?), што доведува до бескрајно зголемување на бројот на сметки. Ваквите грешки треба да се избегнуваат)

Следно, го вчитуваме паметниот договор во Каналот и го инстанцираме:

Ајде да ја погледнеме трансакцијата за инсталирање паметен договор:

Да ги погледнеме деталите за нашиот канал:

Како резултат на тоа, го добиваме следниот дијаграм на блокчејн мрежа во облакот на IBM. Дијаграмот исто така покажува демо програма што работи во облакот на Амазон на виртуелен сервер (повеќе за тоа во следниот дел):

Креирање на GUI за повици Hyperledger Fabric API

Hyperledger Fabric има API што може да се користи за:

• Креирај канал;
• Врски меѓу каналите;
• Инсталација и инстантирање на паметни договори во каналот;
• Повикување трансакции;
• Побарајте информации за блокчејнот.

Развој на апликација

Во нашата демо програма ќе го користиме API само за повикување трансакции и барање информации, бидејќи Веќе ги завршивме преостанатите чекори користејќи ја блокчејн платформата IBM. Ние пишуваме GUI користејќи стандарден технолошки стек: Express.js + Vue.js + Node.js. Можете да напишете посебна статија за тоа како да започнете да креирате модерни веб-апликации. Еве ќе оставам линк до серијата предавања кои најмногу ми се допаднаа: Веб-апликација Full Stack користејќи Vue.js и Express.js. Резултатот е апликација клиент-сервер со познат графички интерфејс во стилот на Материјален дизајн на Google. REST API помеѓу клиентот и серверот се состои од неколку повици:

• HyperledgerDemo/v1/init - иницијализирајте го блокчејнот;
• HyperledgerDemo/v1/accounts/list — добијте листа на сите сметки;
• HyperledgerDemo/v1/account?name=Bob&balance=100 — креирајте сметка на Боб;
• HyperledgerDemo/v1/info?account=Bob — добијте информации за сметката на Боб;
• HyperledgerDemo/v1/transaction?from=Bob&to=Alice&volume=2 - префрли две монети од Боб на Алис;
• HyperledgerDemo/v1/disconnect - затворете ја врската со блокчејнот.

Опис на API со примери вклучени во Веб-страница на поштарот - добро позната програма за тестирање на HTTP API.

Демо апликација во облакот на Amazon

Ја поставив апликацијата на Амазон затоа што ... IBM сè уште не може да ја надгради мојата сметка и да ми дозволи да креирам виртуелни сервери. Како да додадете цреша во доменот: www.citcoin.info. Ќе го држам серверот вклучен некое време, а потоа ќе го исклучам, бидејќи ... центи за изнајмување капе, а монетите на citcoin се уште не се котирани на берзата) Во статијата ставам слики од екранот на демото за да биде јасна логиката на работата. Демо апликацијата може:

• Иницијализирајте го блокчејнот;
• Креирајте сметка (но сега не можете да креирате нова сметка, бидејќи максималниот број на сметки наведен во паметниот договор е постигнат во блокчејнот);
• Добијте листа на сметки;
• Трансфер на циткоин монети помеѓу Алис, Боб и Алекс;
• Примајте настани (но сега нема начин да се прикажат настаните, така што за едноставност, интерфејсот вели дека настаните не се поддржани);
• Дејства за евиденција.

Прво го иницијализираме блокчејнот:

Следно, ја креираме нашата сметка, не губете време со салдото:

Добиваме список на сите достапни сметки:

Ги избираме испраќачот и примачот и ги добиваме нивните салда. Ако испраќачот и примачот се исти, тогаш неговата сметка ќе се надополни:

Во дневникот го следиме извршувањето на трансакциите:

Всушност, тоа е сè со демо-програмата. Подолу можете да ја видите нашата трансакција во блокчејнот:

И генералниот список на трансакции:

Со ова, успешно ја завршивме имплементацијата на PoC за создавање на мрежата Citcoin. Што друго треба да се направи за Citcoin да стане полноправна мрежа за пренос на монети? Многу малку:

• Во фазата на креирање сметка, имплементирајте го генерирањето на приватен / јавен клуч. Приватниот клуч мора да се чува кај корисникот на сметката, јавниот клуч мора да се чува во блокчејнот.
• Направете пренос на монети во кој се користи јавен клуч, наместо име, за да се идентификува корисникот.
• Шифрирајте ги трансакциите што одат од корисникот до серверот со неговиот приватен клуч.

Заклучок

Ја имплементиравме мрежата Citcoin со следните функции: додајте сметка, добијте салдо, надополнете ја вашата сметка, префрлете монети од една сметка на друга. Значи, што не чинеше да изградиме PoC?

• Треба да го проучувате блокчејнот воопшто и Hyperledger Fabric особено;
• Научете да користите облаци на IBM или Amazon;
• Научете го програмскиот јазик JS и некои веб-рамки;
• Ако некои податоци треба да се складираат не во блокчејн, туку во посебна база на податоци, тогаш научете да се интегрирате, на пример, со PostgreSQL;
• И последно, но не и најмалку важно - не можете да живеете во современиот свет без познавање на Linux!)

Се разбира, тоа не е ракетна наука, но ќе мора да работите напорно!

Извори на GitHub

Извори стави на GitHub. Краток опис на складиштето:
Каталог «сервер» — Сервер Node.js
Каталог «клиентот» — Node.js клиент
Каталог «blockchain„(вредностите и клучевите на параметрите, се разбира, не работат и се дадени само како пример):

• договор - изворен код за паметен договор
• паричник — кориснички клучеви за користење на Hyperledger Fabric API.
• *.cds - компајлирани верзии на паметни договори
• *.json датотеки - примери на конфигурациски датотеки за користење на Hyperledger Fabric API

Тоа е само почеток!

Извор: www.habr.com