سالیدیتی: راهنمای جامع برنامه‌نویسی قراردادهای هوشمند

سالیدیتی یک زبان برنامه‌نویسی سطح بالا و قرارداد-محور است که برای پیاده‌سازی قراردادهای هوشمند در پلتفرم‌های مختلف بلاکچین، به‌ویژه اتریوم، استفاده می‌شود. این زبان به شدت تحت تأثیر C++, Python و JavaScript بوده و برای هدف قرار دادن ماشین مجازی اتریوم (EVM) طراحی شده است. این راهنما یک نمای کلی و دقیق از سالیدیتی را ارائه می‌دهد که هم برای مبتدیان و هم برای برنامه‌نویسان با تجربه‌ای که به دنبال ورود به دنیای توسعه بلاکچین هستند، مناسب است.

قراردادهای هوشمند چه هستند؟

قبل از ورود به دنیای سالیدیتی، درک این که قراردادهای هوشمند چه هستند، حیاتی است. یک قرارداد هوشمند، قراردادی خود-اجرا است که شرایط توافق‌نامه مستقیماً در کد نوشته شده است. این قرارداد بر روی یک بلاکچین ذخیره می‌شود و هنگامی که شرایط از پیش تعیین‌شده برآورده شوند، به طور خودکار اجرا می‌گردد. قراردادهای هوشمند امکان اتوماسیون، شفافیت و امنیت را در کاربردهای مختلف فراهم می‌کنند، از جمله:

• امور مالی غیرمتمرکز (DeFi): پلتفرم‌های وام‌دهی، وام‌گیری و معامله.
• مدیریت زنجیره تأمین: ردیابی کالاها و تضمین شفافیت.
• سیستم‌های رأی‌گیری: رأی‌گیری الکترونیکی امن و قابل تأیید.
• املاک و مستغلات: خودکارسازی معاملات ملکی.
• مراقبت‌های بهداشتی: مدیریت امن داده‌های بیماران.

چرا سالیدیتی؟

سالیدیتی به دلیل چندین عامل، زبان غالب برای نوشتن قراردادهای هوشمند در اتریوم و دیگر بلاکچین‌های سازگار با EVM است:

• سازگاری با EVM: سالیدیتی به طور خاص برای کامپایل شدن به بایت‌کدی طراحی شده که می‌تواند روی ماشین مجازی اتریوم اجرا شود.
• پشتیبانی جامعه: یک جامعه بزرگ و فعال، مستندات، کتابخانه‌ها و ابزارهای گسترده‌ای را فراهم می‌کند.
• ویژگی‌های امنیتی: سالیدیتی شامل ویژگی‌هایی برای کاهش آسیب‌پذیری‌های رایج قراردادهای هوشمند است.
• انتزاع سطح بالا: ساختارهای سطح بالایی را ارائه می‌دهد که توسعه قرارداد را کارآمدتر و قابل مدیریت‌تر می‌کند.

راه‌اندازی محیط توسعه شما

برای شروع توسعه با سالیدیتی، باید یک محیط توسعه مناسب راه‌اندازی کنید. در اینجا چند گزینه محبوب آورده شده است:

Remix IDE

Remix یک IDE آنلاین و مبتنی بر مرورگر است که برای یادگیری و آزمایش سالیدیتی عالی است. این ابزار نیازی به نصب محلی ندارد و ویژگی‌هایی مانند موارد زیر را فراهم می‌کند:

• ویرایشگر کد با برجسته‌سازی سینتکس و تکمیل خودکار.
• کامپایلر برای تبدیل کد سالیدیتی به بایت‌کد.
• ابزار استقرار برای دیپلوی قراردادها در شبکه‌های آزمایشی یا شبکه اصلی.
• دیباگر برای پیمایش کد و شناسایی خطاها.

به Remix IDE در https://remix.ethereum.org/ دسترسی پیدا کنید.

Truffle Suite

Truffle یک فریم‌ورک توسعه جامع است که فرآیند ساخت، آزمایش و استقرار قراردادهای هوشمند را ساده می‌کند. این مجموعه ابزارهایی مانند موارد زیر را ارائه می‌دهد:

• Truffle: یک ابزار خط فرمان برای ساختاربندی پروژه، کامپایل، استقرار و آزمایش.
• Ganache: یک بلاکچین شخصی برای توسعه محلی.
• Drizzle: مجموعه‌ای از کتابخانه‌های فرانت‌اند که ادغام قراردادهای هوشمند شما با رابط‌های کاربری را آسان‌تر می‌کند.

برای نصب Truffle:

            npm install -g truffle
            

              
                Copy
              
            
          

Hardhat

Hardhat یکی دیگر از محیط‌های توسعه محبوب اتریوم است که به خاطر انعطاف‌پذیری و قابلیت توسعه‌پذیری‌اش شناخته می‌شود. این ابزار به شما امکان کامپایل، استقرار، آزمایش و دیباگ کد سالیدیتی را می‌دهد. ویژگی‌های کلیدی آن عبارتند از:

• شبکه محلی داخلی اتریوم برای آزمایش.
• اکوسیستم پلاگین برای گسترش عملکرد.
• دیباگ با استفاده از Console.log.

برای نصب Hardhat:

            npm install --save-dev hardhat
            

              
                Copy
              
            
          

مبانی سالیدیتی: سینتکس و انواع داده

بیایید سینتکس و انواع داده‌های بنیادین در سالیدیتی را بررسی کنیم.

ساختار یک قرارداد سالیدیتی

یک قرارداد سالیدیتی شبیه به یک کلاس در برنامه‌نویسی شیءگرا است. این قرارداد از متغیرهای حالت، توابع و رویدادها تشکیل شده است. در اینجا یک مثال ساده آورده شده است:

            pragma solidity ^0.8.0;

contract SimpleStorage {
 uint256 storedData;

 function set(uint256 x) public {
 storedData = x;
 }

 function get() public view returns (uint256) {
 return storedData;
 }
}
            

              
                Copy
              
            
          

توضیحات:

• pragma solidity ^0.8.0;: نسخه کامپایلر سالیدیتی را مشخص می‌کند. استفاده از یک نسخه سازگار برای جلوگیری از رفتار غیرمنتظره بسیار مهم است.
• contract SimpleStorage { ... }: یک قرارداد به نام SimpleStorage تعریف می‌کند.
• uint256 storedData;: یک متغیر حالت به نام storedData از نوع uint256 (عدد صحیح بدون علامت ۲۵۶ بیتی) تعریف می‌کند.
• function set(uint256 x) public { ... }: یک تابع به نام set تعریف می‌کند که یک عدد صحیح بدون علامت را به عنوان ورودی می‌گیرد و متغیر storedData را به‌روز می‌کند. کلمه کلیدی public به این معنی است که این تابع می‌تواند توسط هر کسی فراخوانی شود.
• function get() public view returns (uint256) { ... }: یک تابع به نام get تعریف می‌کند که مقدار storedData را برمی‌گرداند. کلمه کلیدی view نشان می‌دهد که این تابع حالت قرارداد را تغییر نمی‌دهد.

انواع داده

سالیدیتی از انواع داده‌های متنوعی پشتیبانی می‌کند:

• اعداد صحیح: uint (عدد صحیح بدون علامت) و int (عدد صحیح علامت‌دار) با اندازه‌های مختلف (مثلاً uint8, uint256).
• بولین‌ها: bool (true یا false).
• آدرس‌ها: address (یک آدرس اتریوم را نشان می‌دهد).
• بایت‌ها: bytes (آرایه‌های بایتی با اندازه ثابت) و string (رشته با اندازه پویا).
• آرایه‌ها: با اندازه ثابت (مثلاً uint[5]) و با اندازه پویا (مثلاً uint[]).
• مپینگ‌ها: جفت‌های کلید-مقدار (مثلاً mapping(address => uint)).

مثال:

            pragma solidity ^0.8.0;

contract DataTypes {
 uint256 public age = 30;
 bool public isAdult = true;
 address public owner = 0x5B38Da6a701c568545dCfcB03FcB875f56beddC4;
 bytes32 public name = "JohnDoe";
 uint[] public numbers = [1, 2, 3, 4, 5];
 mapping(address => uint) public balances;

 constructor() {
 balances[msg.sender] = 100;
 }
}
            

              
                Copy
              
            
          

متغیرهای حالت در مقابل متغیرهای محلی

متغیرهای حالت خارج از توابع تعریف شده و روی بلاکچین ذخیره می‌شوند. آنها در طول فراخوانی‌های توابع و اجرای قراردادها باقی می‌مانند. در مثال بالا، storedData یک متغیر حالت است.

متغیرهای محلی داخل توابع تعریف شده و فقط در محدوده آن تابع وجود دارند. آنها روی بلاکچین ذخیره نمی‌شوند و پس از اتمام تابع از بین می‌روند.

توابع در سالیدیتی

توابع، بلوک‌های سازنده قراردادهای هوشمند هستند. آنها منطق و عملیاتی را که قرارداد می‌تواند انجام دهد، تعریف می‌کنند. توابع می‌توانند:

• حالت قرارداد را تغییر دهند.
• داده‌ها را از حالت قرارداد بخوانند.
• با قراردادهای دیگر تعامل داشته باشند.
• اتر ارسال یا دریافت کنند.

سطح دسترسی توابع

توابع سالیدیتی چهار اصلاح‌کننده سطح دسترسی دارند:

• public: می‌تواند به صورت داخلی و خارجی فراخوانی شود.
• private: فقط می‌تواند از داخل خود قرارداد به صورت داخلی فراخوانی شود.
• internal: می‌تواند از داخل خود قرارداد و قراردادهای مشتق شده به صورت داخلی فراخوانی شود.
• external: فقط می‌تواند به صورت خارجی فراخوانی شود.

اصلاح‌کننده‌های تابع (Modifiers)

اصلاح‌کننده‌های تابع برای تغییر رفتار یک تابع استفاده می‌شوند. آنها اغلب برای اعمال محدودیت‌های امنیتی یا انجام بررسی‌ها قبل از اجرای منطق تابع به کار می‌روند.

مثال:

            pragma solidity ^0.8.0;

contract Ownership {
 address public owner;

 constructor() {
 owner = msg.sender;
 }

 modifier onlyOwner() {
 require(msg.sender == owner, "Only owner can call this function");
 _;
 }

 function transferOwnership(address newOwner) public onlyOwner {
 owner = newOwner;
 }
}
            

              
                Copy
              
            
          

در این مثال، اصلاح‌کننده onlyOwner بررسی می‌کند که آیا فراخواننده، مالک قرارداد است یا خیر. اگر نباشد، تراکنش را بازمی‌گرداند (revert). جایگاه‌نمای _ نشان‌دهنده بقیه کد تابع است.

قابلیت تغییر حالت تابع

توابع سالیدیتی می‌توانند اصلاح‌کننده‌های تغییر حالت نیز داشته باشند:

• view: نشان می‌دهد که تابع حالت قرارداد را تغییر نمی‌دهد. می‌تواند متغیرهای حالت را بخواند اما نمی‌تواند در آنها بنویسد.
• pure: نشان می‌دهد که تابع حالت قرارداد را نمی‌خواند و تغییر نمی‌دهد. این تابع کاملاً مستقل و قطعی است.
• payable: نشان می‌دهد که تابع می‌تواند اتر دریافت کند.

مثال:

            pragma solidity ^0.8.0;

contract Example {
 uint256 public value;

 function getValue() public view returns (uint256) {
 return value;
 }

 function add(uint256 x) public pure returns (uint256) {
 return x + 5;
 }

 function deposit() public payable {
 value += msg.value;
 }
}
            

              
                Copy
              
            
          

ساختارهای کنترلی

سالیدیتی از ساختارهای کنترلی استاندارد مانند حلقه‌های if, else, for, while, و do-while پشتیبانی می‌کند.

مثال:

            pragma solidity ^0.8.0;

contract ControlStructures {
 function checkValue(uint256 x) public pure returns (string memory) {
 if (x > 10) {
 return "Value is greater than 10";
 } else if (x < 10) {
 return "Value is less than 10";
 } else {
 return "Value is equal to 10";
 }
 }

 function sumArray(uint[] memory arr) public pure returns (uint256) {
 uint256 sum = 0;
 for (uint256 i = 0; i < arr.length; i++) {
 sum += arr[i];
 }
 return sum;
 }
}
            

              
                Copy
              
            
          

رویدادها و لاگ‌گیری

رویدادها به قراردادهای هوشمند اجازه می‌دهند تا با دنیای خارج ارتباط برقرار کنند. هنگامی که یک رویداد منتشر (emit) می‌شود، در لاگ‌های تراکنش بلاکچین ذخیره می‌گردد. این لاگ‌ها می‌توانند توسط برنامه‌های خارجی برای ردیابی فعالیت قرارداد نظارت شوند.

مثال:

            pragma solidity ^0.8.0;

contract EventExample {
 event ValueChanged(address indexed caller, uint256 newValue);

 uint256 public value;

 function setValue(uint256 newValue) public {
 value = newValue;
 emit ValueChanged(msg.sender, newValue);
 }
}
            

              
                Copy
              
            
          

در این مثال، رویداد ValueChanged هر زمان که تابع setValue فراخوانی شود، منتشر می‌شود. کلمه کلیدی indexed روی پارامتر caller به برنامه‌های خارجی اجازه می‌دهد تا رویدادها را بر اساس آدرس فراخواننده فیلتر کنند.

وراثت

سالیدیتی از وراثت پشتیبانی می‌کند و به شما امکان می‌دهد قراردادهای جدیدی را بر اساس قراردادهای موجود ایجاد کنید. این امر باعث استفاده مجدد از کد و ماژولار بودن می‌شود.

مثال:

            pragma solidity ^0.8.0;

contract BaseContract {
 uint256 public value;

 function setValue(uint256 newValue) public {
 value = newValue;
 }
}

contract DerivedContract is BaseContract {
 function incrementValue() public {
 value++;
 }
}
            

              
                Copy
              
            
          

در این مثال، DerivedContract از BaseContract ارث‌بری می‌کند. این قرارداد متغیر حالت value و تابع setValue را به ارث می‌برد. همچنین تابع خود به نام incrementValue را تعریف می‌کند.

کتابخانه‌ها

کتابخانه‌ها شبیه به قراردادها هستند، اما نمی‌توانند داده ذخیره کنند. آنها برای استقرار کدهای قابل استفاده مجدد که می‌توانند توسط چندین قرارداد فراخوانی شوند، استفاده می‌شوند. کتابخانه‌ها فقط یک بار دیپلوی می‌شوند که این امر هزینه‌های گس را کاهش می‌دهد.

مثال:

            pragma solidity ^0.8.0;

library Math {
 function add(uint256 a, uint256 b) internal pure returns (uint256) {
 return a + b;
 }
}

contract Example {
 using Math for uint256;
 uint256 public result;

 function calculateSum(uint256 x, uint256 y) public {
 result = x.add(y);
 }
}
            

              
                Copy
              
            
          

در این مثال، کتابخانه Math یک تابع add را تعریف می‌کند. عبارت using Math for uint256; به شما اجازه می‌دهد تا تابع add را روی متغیرهای uint256 با استفاده از نقطه (.) فراخوانی کنید.

آسیب‌پذیری‌های رایج قراردادهای هوشمند

قراردادهای هوشمند در برابر آسیب‌پذیری‌های مختلفی حساس هستند که می‌توانند منجر به از دست رفتن سرمایه یا رفتار غیرمنتظره شوند. آگاهی از این آسیب‌پذیری‌ها و برداشتن گام‌هایی برای کاهش آنها بسیار مهم است.

ورود مجدد (Reentrancy)

ورود مجدد زمانی رخ می‌دهد که یک قرارداد، قراردادی خارجی را فراخوانی کند و آن قرارداد خارجی قبل از اتمام اجرای قرارداد اصلی، دوباره به آن بازگردد. این می‌تواند منجر به تغییرات حالت غیرمنتظره شود.

راهکار: از الگوی Checks-Effects-Interactions استفاده کنید و استفاده از توابع transfer یا send را برای محدود کردن گس موجود برای فراخوانی خارجی در نظر بگیرید.

سرریز و زیرریز (Overflow and Underflow)

سرریز زمانی رخ می‌دهد که یک عملیات حسابی از حداکثر مقدار یک نوع داده فراتر رود. زیرریز زمانی رخ می‌دهد که نتیجه یک عملیات حسابی کمتر از حداقل مقدار یک نوع داده باشد.

راهکار: از کتابخانه‌های SafeMath استفاده کنید (اگرچه در سالیدیتی نسخه 0.8.0 و بالاتر، بررسی‌های سرریز و زیرریز به طور پیش‌فرض تعبیه شده‌اند) تا از این مشکلات جلوگیری کنید.

وابستگی به برچسب زمانی (Timestamp)

اتکا به برچسب زمانی بلاک (block.timestamp) می‌تواند قرارداد شما را در برابر دستکاری توسط ماینرها آسیب‌پذیر کند، زیرا آنها تا حدی بر روی برچسب زمانی کنترل دارند.

راهکار: از استفاده از block.timestamp برای منطق‌های حیاتی خودداری کنید. استفاده از اوراکل‌ها یا منابع زمانی معتبرتر دیگر را در نظر بگیرید.

حمله منع سرویس (DoS)

حملات DoS با هدف غیرقابل استفاده کردن یک قرارداد برای کاربران قانونی انجام می‌شود. این کار می‌تواند با مصرف تمام گس موجود یا بهره‌برداری از آسیب‌پذیری‌هایی که باعث بازگشت (revert) قرارداد می‌شوند، انجام شود.

راهکار: محدودیت‌های گس را پیاده‌سازی کنید، از حلقه‌های با تکرار نامحدود خودداری کنید و ورودی‌های کاربر را به دقت اعتبارسنجی کنید.

پیش‌دوی (Front Running)

پیش‌دوی زمانی رخ می‌دهد که شخصی یک تراکنش در حال انتظار را مشاهده کرده و تراکنش خود را با قیمت گس بالاتر ارسال می‌کند تا قبل از تراکنش اصلی اجرا شود.

راهکار: از طرح‌های commit-reveal یا تکنیک‌های دیگر برای پنهان کردن جزئیات تراکنش تا پس از اجرای آنها استفاده کنید.

بهترین شیوه‌ها برای نوشتن قراردادهای هوشمند امن

• ساده نگه دارید: کد مختصر و قابل فهم بنویسید.
• از الگوی Checks-Effects-Interactions پیروی کنید: اطمینان حاصل کنید که بررسی‌ها قبل از هرگونه تغییر حالت انجام شوند و تعامل با قراردادهای دیگر در آخر صورت گیرد.
• از ابزارهای امنیتی استفاده کنید: از ابزارهای تحلیل استاتیک مانند Slither و Mythril برای شناسایی آسیب‌پذیری‌های بالقوه استفاده کنید.
• تست‌های واحد بنویسید: قراردادهای هوشمند خود را به طور کامل آزمایش کنید تا اطمینان حاصل کنید که مطابق انتظار عمل می‌کنند.
• ممیزی (Audit) شوید: قبل از استقرار قراردادهای هوشمند خود در شبکه اصلی، آنها را توسط شرکت‌های امنیتی معتبر ممیزی کنید.
• به‌روز بمانید: از آخرین آسیب‌پذیری‌های امنیتی و بهترین شیوه‌ها در جامعه سالیدیتی مطلع باشید.

مفاهیم پیشرفته سالیدیتی

هنگامی که درک کاملی از اصول اولیه پیدا کردید، می‌توانید مفاهیم پیشرفته‌تری را بررسی کنید:

اسمبلی (Assembly)

سالیدیتی به شما امکان می‌دهد کد اسمبلی درون‌خطی بنویسید که کنترل بیشتری بر EVM به شما می‌دهد. با این حال، این کار خطر ایجاد خطاها و آسیب‌پذیری‌ها را نیز افزایش می‌دهد.

پراکسی‌ها (Proxies)

پراکسی‌ها به شما امکان می‌دهند قراردادهای هوشمند خود را بدون انتقال داده‌ها ارتقا دهید. این شامل استقرار یک قرارداد پراکسی است که فراخوانی‌ها را به یک قرارداد پیاده‌سازی (implementation) ارسال می‌کند. هنگامی که می‌خواهید قرارداد را ارتقا دهید، به سادگی یک قرارداد پیاده‌سازی جدید دیپلوی کرده و پراکسی را به‌روز می‌کنید تا به پیاده‌سازی جدید اشاره کند.

فرا-تراکنش‌ها (Meta-Transactions)

فرا-تراکنش‌ها به کاربران اجازه می‌دهند بدون پرداخت مستقیم هزینه‌های گس با قرارداد هوشمند شما تعامل داشته باشند. در عوض، یک relayer هزینه‌های گس را به نمایندگی از آنها پرداخت می‌کند. این امر می‌تواند تجربه کاربری را بهبود بخشد، به خصوص برای کاربرانی که تازه با بلاکچین آشنا شده‌اند.

EIP-721 و EIP-1155 (توکن‌های غیرمثلی - NFT)

سالیدیتی معمولاً برای ایجاد توکن‌های غیرمثلی (NFT) با استفاده از استانداردهایی مانند EIP-721 و EIP-1155 استفاده می‌شود. درک این استانداردها برای ساخت برنامه‌های مبتنی بر NFT حیاتی است.

سالیدیتی و آینده بلاکچین

سالیدیتی نقشی حیاتی در چشم‌انداز به سرعت در حال تحول فناوری بلاکچین ایفا می‌کند. با ادامه رشد پذیرش بلاکچین، توسعه‌دهندگان سالیدیتی برای ساخت برنامه‌های غیرمتمرکز نوآورانه و امن تقاضای زیادی خواهند داشت. این زبان به طور مداوم در حال به‌روزرسانی و بهبود است، بنابراین به‌روز ماندن با آخرین تحولات برای موفقیت در این زمینه ضروری است.

نتیجه‌گیری

سالیدیتی یک زبان قدرتمند و همه‌کاره برای ساخت قراردادهای هوشمند در بلاکچین اتریوم است. این راهنما یک نمای کلی و جامع از سالیدیتی، از مفاهیم پایه تا تکنیک‌های پیشرفته، ارائه داد. با تسلط بر سالیدیتی و پیروی از بهترین شیوه‌ها برای توسعه امن، می‌توانید در دنیای هیجان‌انگیز برنامه‌های غیرمتمرکز مشارکت کرده و به شکل‌گیری آینده فناوری بلاکچین کمک کنید. به یاد داشته باشید که همیشه امنیت را در اولویت قرار دهید، کد خود را به طور کامل آزمایش کنید و از آخرین تحولات در اکوسیستم سالیدیتی مطلع بمانید. پتانسیل قراردادهای هوشمند بسیار زیاد است و با سالیدیتی، شما می‌توانید ایده‌های نوآورانه خود را به واقعیت تبدیل کنید.