五分钟搭建你的第一个区块链应用

2018/07/03 cloudogo

为什么要学点区块链知识?看看马云在刚刚过去的第二届世界智能大会上怎么说。


 

言归正传。

 

提起区块链,人们自然会想到比特币。比特币或许是泡沫或许不是,但比特币背后的区块链技术绝不是泡沫,且极具颠覆力。今天各大科技巨头 都在积累区块链技术和专利。山雨欲来风满楼,区块链技术应用场景的爆发即使不在当下,也近在眼前。区块链开发人员的薪水也已登上了金字塔尖,这才是我们要学习区块链技术的真正原因。

 

本文将首先介绍比特币和区块链背后的关键技术点,然后解释以太坊智能合约对区块链技术的改进,最后讲解如何使用超级账本项目创建简易的区块链银行转账系统。

 

该区块链银行转账系统已同步发布在了 [ 行云趣码开发云平台 ] 的应用商店,在开始接下来的阅读之前,您可以先登录平台部署并感受一下该系统。


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从拜占庭将军说起


拜占庭将军(Byzantine Generals Problem)问题,是 Leslie Lamport 1982 年提出用来解释一致性问题的一个虚构模型。拜占庭是古代东罗马帝国的首都,由于地域宽广,守卫边境的多个将军(系统中的多个节点)需要通过信使来传递消息,达成某些一致的决定。但由于将军中可能存在叛徒(系统中节点出错),这些叛徒将努力向不同的将军发送不同的消息,试图会干扰一致性的达成。

 


拜占庭问题即为在此情况下,如何让忠诚的将军们能达成行动的一致。这是分布式系统核心问题之一。拜占庭问题之所以难解,在于任何时候系统中都可能存在多个提案(因为提案成本很低),并且要完成最终的一致性确认过程十分困难,容易受干扰。但是一旦确认,即为最终确认。


比特币网络中的矿机 


比特币网络的唯一功能就是"转账",该系统中比特币的上限被设定为2100万个。这些比特币是如何被"挖"出来的呢?答案是记账奖励。比特币网络中的矿机(计算机)就是记账员,记账员每完成一次记账就能获得一定的比特币奖励,俗称挖矿收入。


比特币产生速度每4年减半,所以挖矿获得的比特币会越来越少,直到零。之后需要从转账者那里收取转账手续费维系矿机的运转,就像普通商业银行收取用户转账的手续费。

 

比特币网络中的矿机,其角色等同于拜占庭问题中的将军。当用户发起比特币转账时,矿机就会试图就该交易达成共识,就像拜占庭将军们一样,达成共识需要有矿机发起提案,有矿机进行表决(背书),在比特币网络中只有发起提案的矿机才能获得挖矿收入。谁会获得发起提案的机会呢?



比特币的区块链网络在设计时提出了创新的 PoW(Proof of Work)算法思路。一个是限制一段时间内整个网络中出现提案的个数(增加提案成本),另外一个是放宽对最终一致性确认的需求,约定好大家都确认并沿着已知最长的链进行拓宽。系统的最终确认是概率意义上的存在。这样,即便有人试图恶意破坏,也会付出很大的经济代价(付出超过系统一半的算力)。

 

矿机都在争夺提案的机会,他们同时求解同一道数学题,最先交卷的矿机将赢得本次提案的机会。数学题(示意版)如下:

hash (上一个区块的hash值 + 随机数) < 00000000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF


比赛开始后,矿机把上一个区块的hash值加上不断尝试的随机数,重新计算hash,直到hash的结果小于某个值时,求解成功。比特币网络会自动调整求解难度,即调整不等式右边hash值的大小,把提案频率控制在10分钟左右。


以太坊的智能合约


智能合约(Smart Contract)是以太坊中最为重要的一个概念,即以计算机程序的方式来缔结和运行各种合约。最早在上世纪 90 年代,Nick Szabo 等人就提出过类似的概念,但一直依赖因为缺乏可靠执行智能合约的环境,而被作为一种理论设计。区块链技术的出现,恰好补充了这一缺陷。

 

智能合约作为运行在以太坊虚拟机(Ethereum Virtual Machine,EVM)中的应用,可以接受来自外部的交易请求和事件,通过触发运行提前编写好的代码逻辑,进一步生成新的交易和事件,可以进一步调用其它智能合约。智能合约的执行结果可能对以太坊网络上的账本状态进行更新。这些修改由于经过了以太坊网络中的共识,一旦确认后无法被伪造和篡改。



比特币网络中的转账和以太坊的智能合约,类似功能机和智能手机,前者只能运行预置的软件(比特币网络的转账),后者可以安装各种APP (以太坊的智能合约)。智能手机带来的颠覆无需赘言,同样,只需看一下ICO市场的躁动就能窥见智能合约带来的改变。


私有链和超级账本项目


由IBM和Linux基金会主导的超级账本(Hyperledger)项目,是开发私有链和联盟链的不二之选。该项目下有很多子项目,比如最重要的Fabric项目,提供区块链运行的基础支撑;Composer项目简化了智能合约(Hyperledger中称为chaincode)的开发和部署。



在刚刚结束的ThoughtWorks技术雷达峰会上,ThoughtWorks也将Hyperledger列为推荐的框架。



使用超级账本搭建区块链银行转账系统


该系统的区块链网络部分包括一个CA节点(证书颁发和管理体系),一个Orderer节点(分布式决策中的Proposer),三个Peer节点(用作信用背书)以及三个对应的数据库(存储World State)。另外包含两个业务节点,负责定义并实现业务,并将业务部署在Fabric网络中,同时提供RESTful接口和UI。该系统出于技术演示的目的而创建,所以不具备完整银行应用中的诸多功能,比如账户、密码等权限等。如下图所示:



该区块链系统已同步发布在了 [ 行云趣码开发云平台 ] 的应用工厂在开始接下来的阅读之前,您可以创建项目并在模板中选择“区块链银行系统”,只需要几分钟,就可将一切部署到云端,快速地感受一下基于区块链技术所构建的应用。


http://factory.cloudtogo.cn/

 

以下是该系统开发的具体步骤。


一、安装Fabric和Composer

 

准备一台Ubuntu16.04虚拟机,以非root用户执行下面的脚本,安装Fabric和Composer依赖的运行环境。


#!/bin/bash

#./prereqs-ubuntu.sh

 

# Exit on any failure

set -e

 

# Array of supported versions

declare -a versions=('trusty' 'xenial' 'yakkety');

 

# check the version and extract codename of ubuntu if release codename not provided by user

if [ -z "$1" ]; then

source /etc/lsb-release || \

(echo "Error: Release information not found "; exit 1)

CODENAME=${DISTRIB_CODENAME}

else

CODENAME=${1}

fi

# check version is supported

if echo ${versions[@]} | grep -q -w ${CODENAME}; then

echo "Installing Hyperledger Composer prereqs for Ubuntu ${CODENAME}"

else

echo "Error: Ubuntu ${CODENAME} is not supported"

exit 1

fi

 

# Update package lists

echo "# Updating package lists"

sudo apt-add-repository -y ppa:git-core/ppa

sudo apt-get update

 

# Install Git

echo "# Installing Git"

sudo apt-get install -y git

 

# Install nvm dependencies

echo "# Installing nvm dependencies"

sudo apt-get -y install build-essential libssl-dev

 

# Execute nvm installation script

echo "# Executing nvm installation script"

curl -o- https://raw.githubusercontent.com/creationix/nvm/v0.33.2/install.sh | bash

 

# Set up nvm environment without restarting the shell

export NVM_DIR="${HOME}/.nvm"

[ -s "${NVM_DIR}/nvm.sh" ] && . "${NVM_DIR}/nvm.sh"

[ -s "${NVM_DIR}/bash_completion" ] && . "${NVM_DIR}/bash_completion"

 

# Install node

echo "# Installing nodeJS"

nvm install --lts

 

# Configure nvm to use version 6.9.5

nvm use --lts

nvm alias default 'lts/*'

 

# Install the latest version of npm

echo "# Installing npm"

npm install npm@latest -g

 

# Ensure that CA certificates are installed

sudo apt-get -y install apt-transport-https ca-certificates

 

# Add Docker repository key to APT keychain

curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -

 

# Update where APT will search for Docker Packages

echo "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu ${CODENAME} stable" | \

sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list

 

# Update package lists

sudo apt-get update

 

# Verifies APT is pulling from the correct Repository

sudo apt-cache policy docker-ce

 

# Install kernel packages which allows us to use aufs storage driver if V14 (trusty/utopic)

if [ "${CODENAME}" == "trusty" ]; then

echo "# Installing required kernel packages"

sudo apt-get -y install linux-image-extra-$(uname -r) linux-image-extra-virtual

fi

 

# Install Docker

echo "# Installing Docker"

sudo apt-get -y install docker-ce

 

# Add user account to the docker group

sudo usermod -aG docker $(whoami)

 

# Install docker compose

echo "# Installing Docker-Compose"

sudo curl -L \

"https://github.com/docker/compose/releases/download/1.13.0/docker-compose-$(uname -s)-$(uname -m)" \

-o /usr/local/bin/docker-compose

sudo chmod +x /usr/local/bin/docker-compose

 

# Install python v2 if required

set +e

COUNT="$(python -V 2>&1 | grep -c 2.)"

if [ ${COUNT} -ne 1 ]

then

sudo apt-get install -y python-minimal

fi

 

# Install unzip, required to install hyperledger fabric.

sudo apt-get -y install unzip

 

# Print installation details for user

echo ''

echo 'Installation completed, versions installed are:'

echo ''

echo -n 'Node: '

node --version

echo -n 'npm: '

npm --version

echo -n 'Docker: '

docker --version

echo -n 'Docker Compose: '

docker-compose --version

echo -n 'Python: '

python -V

 

# Print reminder of need to logout in order for these changes to take effect!

echo ''

echo "Please logout then login before continuing.”




上述脚本执行完成后,退出并重新登录。执行下面的脚本,安装Composer(Composer会安装并启动Fabric网络)。



#!/bin/bash

#./install-composer.sh

 

npm install -g composer-cli

npm install -g composer-rest-server

npm install -g generator-hyperledger-composer

npm install -g yo

npm install -g composer-playground

mkdir ~/fabric-dev-servers && cd ~/fabric-dev-servers

curl -O https://raw.githubusercontent.com/hyperledger/composer-tools/master/packages/fabric-dev-servers/fabric-dev-servers.tar.gz

tar -xvf fabric-dev-servers.tar.gz

cd ~/fabric-dev-servers

./downloadFabric.sh

./startFabric.sh

./createPeerAdminCard.sh


此时执行docker ps可以看到Fabric网络运行的容器。


 

二、创建业务网络、编写业务代码(chaincode)并打包

 

1. 规划业务网络


$ yo hyperledger-composer

> Y

> Business Network

> test-bank

> Basic Bank App

> jack

> jack@cloudtogo.cn

> [ enter ]

> test

> No: generate a populated sample network

$ cd ~/test-bank

$ rm test/logic.js



2. 编写业务代码,把的内容修改成models/test.cto的内容修改成

 

namespace test

asset Account identified by accountId {

o String accountId

--> Customer owner

o Double balance

}

participant Customer identified by customerId {

o String customerId

o String firstName

o String lastName

}

transaction AccountTransfer {

--> Account from

--> Account to

o Double amount

}

 

把lib/logic.js的内容修改成:

 

function accountTransfer(accountTransfer) {

if (accountTransfer.from.balance < accountTransfer.amount) {

throw new Error ("Insufficient funds");

}

accountTransfer.from.balance -= accountTransfer.amount;

accountTransfer.to.balance += accountTransfer.amount;

return getAssetRegistry('test.Account')

.then (function (assetRegistry) {

return assetRegistry.update(accountTransfer.from);

})

.then (function () {

return getAssetRegistry('test.Account');

})

.then(function (assetRegistry) {

return assetRegistry.update(accountTransfer.to);

});

}

 

3. 更新ACL并打包成可部署的格式

 

$ vim permissions.acl

> :%s/SampleParticipant/Customer/g

> :%s/SampleTransaction/AccountTransfer/g

> :%s/SampleAsset/Account/g

> :qw

$ composer archive create -t dir -n .

 

 

三、部署到Fabric网络

 

$ composer network install --card PeerAdmin@hlfv1 --archiveFile test-bank@0.0.1.bna

$ composer network start --networkName test-bank --networkVersion 0.0.1 \

   --card PeerAdmin@hlfv1 --networkAdmin admin --networkAdminEnrollSecret adminpw --file networkadmin.card

$ composer card import --file networkadmin.card

$ composer network ping --card admin@test-bank

 

 

四、生成RESTful API

 

$ composer-rest-server

> admin@test-bank

> always use namespaces

> N

> N

> Y

> N

 

至此整个区块链银行转账系统部署完成,访问http://vmip:3000/explorer即可创建用户和账户以及发起转账操作。 本文在编写过程中参考了如下文章,在此对作者深表感谢。

 

  • https://www.hyperledger.org/projects/fabric

  • https://www.hyperledger.org/projects/composer

  • https://medium.freecodecamp.org/ultimate-end-to-end-tutorial-to-create-an-application-on-blockchain-using-hyperledger-3a83a80cbc71

  • https://medium.com/hyperlegendary/setting-up-a-blockchain-business-network-with-hyperledger-fabric-composer-running-in-multiple-bfbe4e38b6c6

  • https://medium.com/kokster/simpler-setup-for-hyperledger-fabric-on-kubernetes-using-docker-in-docker-8346f70fbe80

  • https://chainhero.io/2018/03/tutorial-build-blockchain-app-2/#install-instantiate-the-chaincode

 

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