Nutilepingute arendamine: Algaja juhend globaalsele areenile

Nutilepingud muudavad revolutsiooniliselt tööstusharusid kogu maailmas, alates rahandusest ja tarneahelast kuni tervishoiu ja valitsemiseni. Need on ise-täituvad lepingud, mis on kirjutatud koodina ja salvestatud plokiahelasse, võimaldades usaldusvaba ja läbipaistvat suhtlust. See juhend pakub põhjalikku sissejuhatust nutilepingute arendamisse, mis on mõeldud pürgivatele arendajatele üle kogu maailma.

Põhialuste mõistmine

Mis on plokiahel?

Oma olemuselt on plokiahel hajutatud, muutmatu pearaamat. Mõelge sellest kui jagatud digitaalsest arvestusraamatust, mida kopeeritakse paljudes arvutites (sõlmedes) võrgus. Iga tehing salvestatakse "plokina" ja ühendatakse krüptograafiliselt eelmise plokiga, moodustades "ahela". See disain muudab andmetega manipuleerimise äärmiselt keeruliseks, kuna iga muudatus nõuaks kõigi järgnevate plokkide muutmist enamikus võrgus. Plokiahelad võimaldavad detsentraliseerimist ja usaldust, eemaldades vajaduse keskse asutuse järele.

Plokiahela peamised omadused:

• Detsentraliseerimine: Ükski üksus ei kontrolli võrku.
• Muutmatus: Kui andmed on salvestatud, ei saa neid kergesti muuta.
• Läbipaistvus: Tehingud on avalikult nähtavad (kuigi identiteedid võivad olla pseudonüümsed).
• Turvalisus: Krüptograafia tagab andmete terviklikkuse.

Mis on nutilepingud?

Nutilepingud on plokiahelasse salvestatud programmid, mis täidetakse automaatselt, kui ettemääratud tingimused on täidetud. Need on kirjutatud programmeerimiskeeltes, mis on spetsiaalselt loodud plokiahela arendamiseks. Need võivad automatiseerida keerulisi protsesse, vähendada vahendajate arvu ja suurendada läbipaistvust erinevates rakendustes.

Mõelge lihtsa analoogiana müügiautomaadile:

• Sisend: Sisestate raha ja valite toote.
• Tingimus: Masin kontrollib, kas olete sisestanud piisavalt raha.
• Väljund: Kui tingimus on täidetud, väljastab masin toote.

Nutilepingud toimivad sarnasel põhimõttel, automatiseerides kokkuleppeid ja jõustades reegleid plokiahelas.

Miks nutilepingud on olulised

Nutilepingud muudavad tööstusharusid globaalselt, kuna pakuvad mitmeid eeliseid:

• Suurenenud usaldus: Kood on seadus. Reeglid on selgesõnaliselt määratletud ja automaatselt jõustatud.
• Vähendatud kulud: Automatiseerimine kaotab vahendajad ja manuaalsed protsessid.
• Parem läbipaistvus: Kõik tehingud salvestatakse plokiahelasse ja neid saab avalikult auditeerida.
• Täiustatud turvalisus: Plokiahela olemuslikud turvaelemendid kaitsevad pettuste ja manipuleerimise eest.
• Suurem tõhusus: Automatiseeritud protsessid on kiiremad ja usaldusväärsemad kui manuaalsed.

Globaalsete kasutusjuhtude näited hõlmavad:

• Tarneahela haldus: Kaupade jälgimine päritolust tarnimiseni, tagades autentsuse ja vältides võltsimist. (nt Kohviubade eetilise päritolu kontrollimine Colombias või luksuskaupade autentsuse tõendamine Prantsusmaal).
• Detsentraliseeritud rahandus (DeFi): Laenuplatvormide, vahetuspunktide ja muude finantsinstrumentide loomine ilma traditsiooniliste vahendajateta. (nt Peer-to-peer laenamise võimaldamine Kagu-Aasias või finantsteenustele juurdepääsu pakkumine Aafrika alarahastatud piirkondades).
• Digitaalse identiteedi haldamine: Isikuandmete turvaline salvestamine ja kontrollimine. (nt Turvalise veebihääletuse hõlbustamine Eestis või piiriülese identiteedi kontrollimise sujuvamaks muutmine).
• Tervishoid: Meditsiiniliste andmete turvaline salvestamine ja jagamine, tagades patsientide privaatsuse ja andmete terviklikkuse. (nt Turvalise juurdepääsu võimaldamine pagulaste meditsiinilistele andmetele üle rahvusvaheliste piiride).
• Hääletussüsteemid: Läbipaistvate ja turvaliste hääletusmehhanismide loomine, vähendades pettuse riski. (nt Plokiahelapõhiste hääletussüsteemide katsetamine Šveitsis või Brasiilias).

Arenduskeskkonna seadistamine

Enne kui saate hakata nutilepinguid kirjutama, peate seadistama oma arenduskeskkonna. Siin on samm-sammuline juhend:

1. Installige Node.js ja npm

Node.js on JavaScripti käituskeskkond, mis võimaldab teil käivitada JavaScripti koodi väljaspool veebibrauserit. npm (Node Package Manager) on Node.js-i paketihaldur, mida kasutate erinevate arendustööriistade installimiseks.

Laadige alla ja installige Node.js ametlikult veebisaidilt: https://nodejs.org/

npm on tavaliselt Node.js-iga kaasas. Et kontrollida, kas need on õigesti installitud, avage oma terminal või käsurida ja käivitage järgmised käsud:

            node -v
npm -v
            

              
                Copy
              
            
          

Need käsud peaksid kuvama teie süsteemi installitud Node.js-i ja npm-i versioonid.

2. Installige Ganache

Ganache on isiklik plokiahel, mida saate kasutada kohalikuks arenduseks. See simuleerib reaalset plokiahela keskkonda, võimaldades teil oma nutilepinguid juurutada ja testida ilma reaalset krüptoraha kulutamata.

Laadige alla ja installige Ganache Truffle Suite'ist: https://www.trufflesuite.com/ganache

Pärast installimist käivitage Ganache. See loob kohaliku plokiahela eelrahastatud kontodega, mida saate testimiseks kasutada.

3. Installige Truffle

Truffle on Ethereumi nutilepingute arendusraamistik. See pakub tööriistu teie lepingute kompileerimiseks, juurutamiseks ja testimiseks.

Installige Truffle globaalselt npm-i abil:

            npm install -g truffle
            

              
                Copy
              
            
          

Kontrollige installimist, käivitades:

            truffle version
            

              
                Copy
              
            
          

4. Installige VS Code (valikuline, kuid soovitatav)

Visual Studio Code (VS Code) on populaarne koodiredaktor, millel on suurepärane tugi nutilepingute arendamiseks. See pakub selliseid funktsioone nagu süntaksi esiletõstmine, koodi lõpetamine ja silumine.

Laadige alla ja installige VS Code aadressilt: https://code.visualstudio.com/

Kaaluge VS Code'i jaoks Solidity laienduse installimist, et oma arenduskogemust parandada.

Esimese nutilepingu kirjutamine

Nüüd, kui teie arenduskeskkond on seadistatud, võite hakata kirjutama oma esimest nutilepingut. Loome lihtsa lepingu nimega "HelloWorld", mis salvestab sõnumi plokiahelasse.

1. Looge Truffle projekt

Avage oma terminal või käsurida ja navigeerige kausta, kuhu soovite oma projekti luua. Seejärel käivitage järgmine käsk:

            truffle init
            

              
                Copy
              
            
          

See käsk loob uue Truffle projekti järgmise kaustastruktuuriga:

contracts/
 migrations/
 test/
 truffle-config.js

• contracts/: Sisaldab teie nutilepingute lähtefaile (.sol).
• migrations/: Sisaldab skripte teie lepingute plokiahelasse juurutamiseks.
• test/: Sisaldab teie nutilepingute teste.
• truffle-config.js: Sisaldab teie Truffle projekti konfiguratsiooniseadeid.

2. Looge HelloWorld leping

Looge uus fail nimega `HelloWorld.sol` kausta `contracts/`. Lisage faili järgmine kood:

            pragma solidity ^0.8.0;

contract HelloWorld {
 string public message;

 constructor(string memory _message) {
 message = _message;
 }

 function setMessage(string memory _newMessage) public {
 message = _newMessage;
 }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Selgitus:

• `pragma solidity ^0.8.0;`: Määrab Solidity kompilaatori versiooni.
• `contract HelloWorld { ... }`: Määratleb nutilepingu nimega `HelloWorld`.
• `string public message;`: Deklareerib avaliku olekumuutuja nimega `message` tüübiga `string`.
• `constructor(string memory _message) { ... }`: Määratleb konstruktorifunktsiooni, mis käivitatakse lepingu juurutamisel. See võtab `string` argumendi ja määrab muutuja `message` algväärtuse.
• `function setMessage(string memory _newMessage) public { ... }`: Määratleb avaliku funktsiooni nimega `setMessage`, mis võimaldab teil uuendada muutuja `message` väärtust.

3. Kompileerige leping

Avage oma terminal või käsurida ja navigeerige oma Truffle projekti kausta. Seejärel käivitage järgmine käsk:

            truffle compile
            

              
                Copy
              
            
          

See käsk kompileerib teie nutilepingu. Kui vigu pole, loob see `build/contracts` kausta, mis sisaldab kompileeritud lepingu artefakte.

4. Looge migratsiooniskript

Looge uus fail nimega `1_deploy_hello_world.js` kausta `migrations/`. Lisage faili järgmine kood:

            const HelloWorld = artifacts.require("HelloWorld");

module.exports = function (deployer) {
 deployer.deploy(HelloWorld, "Hello, Blockchain!");
};

            

              
                Copy
              
            
          

Selgitus:

• `const HelloWorld = artifacts.require("HelloWorld");`: Impordib `HelloWorld` lepingu artefakti.
• `module.exports = function (deployer) { ... }`: Määratleb migratsioonifunktsiooni, mis võtab argumendina `deployer` objekti.
• `deployer.deploy(HelloWorld, "Hello, Blockchain!");`: Juurutab `HelloWorld` lepingu plokiahelasse, edastades konstruktorile algsõnumi "Hello, Blockchain!".

5. Juurutage leping

Veenduge, et Ganache töötab. Avage oma terminal või käsurida ja navigeerige oma Truffle projekti kausta. Seejärel käivitage järgmine käsk:

            truffle migrate
            

              
                Copy
              
            
          

See käsk juurutab teie nutilepingu Ganache'i plokiahelasse. See käivitab migratsiooniskripti ja väljastab lepingu aadressi ning tehingu üksikasjad.

6. Suhelge lepinguga

Saate oma juurutatud lepinguga suhelda Truffle'i konsooli abil. Käivitage järgmine käsk:

            truffle console
            

              
                Copy
              
            
          

See avab Truffle'i konsooli, kus saate oma lepinguga suhtlemiseks käivitada JavaScripti koodi.

Hankige lepingu instants:

            let helloWorld = await HelloWorld.deployed();
            

              
                Copy
              
            
          

Hankige praegune sõnum:

            let message = await helloWorld.message();
console.log(message); // Väljund: Hello, Blockchain!
            

              
                Copy
              
            
          

Määrake uus sõnum:

            await helloWorld.setMessage("Hello, World!");
message = await helloWorld.message();
console.log(message); // Väljund: Hello, World!
            

              
                Copy
              
            
          

Edasijõudnute kontseptsioonid

Nüüd, kui teil on põhiteadmised nutilepingute arendamisest, uurime mõningaid edasijõudnute kontseptsioone:

1. Solidity andmetüübid

Solidity toetab erinevaid andmetüüpe, sealhulgas:

• `bool`: Esindab tõeväärtust (tõene või väär).
• `uint`: Esindab märgita täisarvu (nt `uint8`, `uint256`).
• `int`: Esindab märgiga täisarvu (nt `int8`, `int256`).
• `address`: Esindab Ethereumi aadressi.
• `string`: Esindab märgijada.
• `bytes`: Esindab baidijada.
• `enum`: Esindab kohandatud loendatud tüüpi.
• `struct`: Esindab kohandatud struktureeritud tüüpi.
• `array`: Esindab fikseeritud suurusega või dünaamilise suurusega massiivi.
• `mapping`: Esindab võtme-väärtuse hoidlat.

2. Kontrollstruktuurid

Solidity toetab standardseid kontrollstruktuure, sealhulgas:

• `if` / `else`: Tingimuslik täitmine.
• `for`: Tsükkel.
• `while`: Tsükkel.
• `do...while`: Tsükkel.

3. Funktsioonid

Funktsioonid on nutilepingute ehituskivid. Need määratlevad lepingu loogika ja käitumise.

Funktsioonide modifikaatorid:

• `public`: Saab kutsuda igaüks.
• `private`: Saab kutsuda ainult lepingu seest.
• `internal`: Saab kutsuda lepingu seest ja tuletatud lepingutest.
• `external`: Saab kutsuda ainult väljastpoolt lepingut.
• `view`: Ei muuda lepingu olekut.
• `pure`: Ei loe ega muuda lepingu olekut.
• `payable`: Saab vastu võtta eetrit.

4. Sündmused (Events)

Sündmusi kasutatakse lepingu täitmise kohta teabe logimiseks. Välised rakendused saavad neid kuulata, et jälgida lepingu tegevust.

            event MessageChanged(address indexed sender, string newMessage);

function setMessage(string memory _newMessage) public {
 message = _newMessage;
 emit MessageChanged(msg.sender, _newMessage);
}

            

              
                Copy
              
            
          

5. Pärimine

Solidity toetab pärimist, võimaldades teil luua uusi lepinguid, mis pärivad olemasolevate lepingute omadused ja funktsioonid.

6. Teegid (Libraries)

Teegid on korduvkasutatavad koodimoodulid, mida saavad kutsuda mitmed lepingud. Need juurutatakse ainult üks kord ja neid saab kasutada iga leping, mis vajab nende funktsionaalsust, säästes gaasikulusid.

7. Gaasi optimeerimine

Gaas on mõõtühik arvutusliku jõupingutuse jaoks, mis on vajalik Ethereumi plokiahelas toimingute tegemiseks. Nutilepingute arendajad peavad oma koodi optimeerima, et minimeerida gaasikulu.

8. Turvakaalutlused

Nutilepingute turvalisus on ülioluline. Teie koodi haavatavused võivad põhjustada märkimisväärseid rahalisi kahjusid. Siin on mõned levinud turvaprobleemid, millega tuleb arvestada:

• Taassisenemise rünnakud (Reentrancy attacks): Võimaldavad ründajal rekursiivselt kutsuda funktsiooni enne, kui algne kutse on lõpule viidud.
• Üle- ja alavool (Overflow and underflow): Tekib, kui matemaatiline tehe ületab andmetüübi maksimaalse või minimaalse väärtuse.
• Teenusetõkestamise (DoS) rünnakud: Muudavad lepingu seaduslikele kasutajatele kasutuskõlbmatuks.
• Eesjooksmine (Front-running): Ründaja jälgib ootel tehingut ja teostab oma tehingu kõrgema gaasihinnaga, et see saaks esimesena plokki lisatud.
• Ajasõltuvus (Timestamp dependency): Ploki ajatemplitele tuginemist kriitilises loogikas saavad kaevandajad manipuleerida.

Nutilepingute turvalisuse parimad praktikad:

• Kasutage turvalisi kodeerimispraktikaid: Järgige parimaid praktikaid turvalise koodi kirjutamisel Soliditys.
• Auditeerimine: Laske oma koodi auditeerida kogenud turvaekspertidel.
• Formaalne verifitseerimine: Kasutage formaalseid verifitseerimisvahendeid, et matemaatiliselt tõestada oma koodi korrektsust.
• Veaotsimispreemiad (Bug bounties): Pakkuge preemiaid oma koodis haavatavuste leidmise eest.

Avalikku testvõrku või põhivõrku juurutamine

Kui olete oma nutilepingu põhjalikult kohalikus arenduskeskkonnas testinud, saate selle juurutada avalikku testvõrku või Ethereumi põhivõrku.

1. Hankige testvõrgu eetrit

Testvõrku juurutamiseks peate hankima testvõrgu eetrit (ETH). Saate testvõrgu ETH-d kraanist (faucet), mis on teenus, mis pakub testimiseks tasuta ETH-d. Levinud testvõrgud on Ropsten, Rinkeby, Goerli ja Sepolia. Otsige internetist vastavate testvõrkude kraane.

2. Konfigureerige Truffle testvõrgu jaoks

Uuendage oma `truffle-config.js` faili, et konfigureerida Truffle ühenduma testvõrguga. Peate sisestama Ethereumi sõlme URL-i ja konto privaatvõtme, mida soovite juurutamiseks kasutada.

Näide (kasutades Infurat ja Ropsteni testvõrku):

            module.exports = {
 networks: {
 ropsten: {
 provider: () => new HDWalletProvider(PRIVATE_KEY, "https://ropsten.infura.io/v3/YOUR_INFURA_PROJECT_ID"),
 network_id: 3, // Ropsteni ID
 gas: 5500000, // Ropstenil on madalam ploki limiit kui põhivõrgul
 confirmations: 2, // # kinnitust, mida oodata juurutamiste vahel. (vaikimisi: 0)
 timeoutBlocks: 200, // # plokki enne juurutamise aegumist (miinimum: 50)
 skipDryRun: true // Kas jätta kuivkäivitus enne migratsioone vahele?
 },
 },
 compilers: {
 solidity: {
 version: "0.8.0" // Tooge täpne Solidity kompilaatori versioon kasutamiseks
 }
 }
};

            

              
                Copy
              
            
          

Tähtis: Ärge kunagi lisage oma privaatvõtit avalikku hoidlasse. Kasutage keskkonnamuutujaid või turvalist saladuste haldamise lahendust.

3. Juurutage testvõrku

Käivitage järgmine käsk, et juurutada oma leping testvõrku:

            truffle migrate --network ropsten
            

              
                Copy
              
            
          

4. Juurutage põhivõrku (Ettevaatust!)

Ethereumi põhivõrku juurutamine hõlmab reaalset ETH-d ja seda tuleks teha äärmise ettevaatusega. Veenduge, et teie kood on põhjalikult testitud, auditeeritud ja turvaline enne põhivõrku juurutamist. Konfigureerimisprotsess sarnaneb testvõrgu juurutamisega, kuid peate kasutama põhivõrgu Ethereumi sõlme ja oma põhivõrgu konto privaatvõtit.

Nutilepingute arenduse tulevik

Nutilepingute arendus on kiiresti arenev valdkond. Pidevalt arendatakse uusi keeli, tööriistu ja raamistikke, et parandada nutilepingute turvalisust, tõhusust ja skaleeritavust.

Esilekerkivad trendid nutilepingute arenduses:

• Teise kihi (Layer-2) skaleerimislahendused: Tehnoloogiad nagu rollupid ja olekukanalid, mis parandavad Ethereumi skaleeritavust.
• Formaalsed verifitseerimisvahendid: Tööriistad, mis suudavad matemaatiliselt tõestada nutilepingute korrektsust.
• Valdkonnaspetsiifilised keeled (DSLs): Keeled, mis on kohandatud spetsiifilistele rakendusvaldkondadele, nagu rahandus või tarneahel.
• Ahelateülene koostalitlusvõime: Lahendused, mis võimaldavad nutilepingutel suhelda teiste plokiahelatega.
• Tehisintellekt ja nutilepingud: Tehisintellekti integreerimine nutilepingutega otsuste tegemise automatiseerimiseks ja tõhususe parandamiseks.

Kokkuvõte

Nutilepingute arendus on võimas ja põnev valdkond, millel on potentsiaal revolutsiooniliselt muuta tööstusharusid kogu maailmas. Mõistes plokiahela tehnoloogia põhialuseid, omandades Solidity ja järgides turvalisuse ja gaasi optimeerimise parimaid praktikaid, saate ehitada uuenduslikke ja mõjukaid detsentraliseeritud rakendusi.

See juhend pakub kindla aluse teie nutilepingute arendamise teekonnale. Jätkake avastamist, katsetamist ja õppimist, et püsida selles kiiresti arenevas valdkonnas esirinnas. Usalduse, läbipaistvuse ja automatiseerimise tulevikku ehitatakse nutilepingutega ja teie saate sellest osa olla!

Täiendavad õppematerjalid:

• Solidity dokumentatsioon: https://docs.soliditylang.org/
• Truffle Suite'i dokumentatsioon: https://www.trufflesuite.com/docs/truffle
• OpenZeppelin: https://openzeppelin.com/ - Turvaliste nutilepingu komponentide teek.
• Ethereumi arendajate ressursid: https://ethereum.org/en/developers/