Python-älysopimukset: Vapauta teho Ethereum Virtual Machinessa

Lohkoketjuvallankumous, jota ovat johtaneet kryptovaluutat kuten Ethereum, on tuonut mukanaan paradigman muutoksen siinä, miten ajattelemme luottamusta, läpinäkyvyyttä ja hajautettuja järjestelmiä. Tämän vallankumouksen ytimessä on älysopimusten käsite – itsestään toteutuvat sopimukset, joiden ehdot on kirjoitettu suoraan koodiin. Vaikka Solidity on ollut hallitseva kieli älysopimusten kirjoittamiseen Ethereum Virtual Machinessa (EVM), Pythonin käytöstä on herännyt kasvavaa kiinnostusta. Python on kieli, jota ylistetään sen luettavuudesta, laajoista kirjastoista ja kehittäjäystävällisyydestä. Tämä postaus sukeltaa Pythonin jännittävään potentiaaliin älysopimusten kehityksessä EVM:ssä, tutkien työkaluja, käsitteitä ja parhaita käytäntöjä, joiden avulla kehittäjät maailmanlaajuisesti voivat hyödyntää sen tehoa.

Ethereum Virtual Machine (EVM): Ethereumin sydän

Ennen kuin sukellamme Python-älysopimuksiin, on olennaista ymmärtää ympäristö, jossa ne toimivat: Ethereum Virtual Machine (EVM). EVM on hajautettu, Turing-täydellinen virtuaalikone, joka suorittaa älysopimuksia Ethereumin verkossa. Ajattele sitä globaalina, hajautettuna tietokoneena, joka suorittaa koodia deterministisesti ja todennettavasti tuhansissa solmuissa. Jokainen Ethereumin verkon solmu suorittaa EVM:n instanssin, mikä varmistaa, että älysopimusten suoritus on johdonmukaista ja väärentämisen kestävää.

EVM:n keskeiset ominaisuudet:

• Hajautettu: Se ei ole yksittäinen palvelin, vaan tietokoneverkko.
• Deterministinen: Samalla syötteellä ja tilalla EVM tuottaa aina saman tuloksen. Tämä on kriittistä konsensuksen kannalta.
• Turing-täydellinen: Se voi suorittaa minkä tahansa laskennan, jonka tavallinen tietokone voi, mikä mahdollistaa monimutkaisen älysopimuslogiikan.
• Kaasumekanismi: Jokainen EVM:n operaatio maksaa tietyn määrän "kaasua", joka maksetaan Etherissä. Tämä estää äärettömät silmukat ja kannustaa tehokasta koodia.
• Hiekkalaatikko: Älysopimukset suoritetaan eristetyssä ympäristössä, mikä estää niitä pääsemästä tai vaikuttamasta isäntäjärjestelmään.

EVM toimii tavukooditasolla. Vaikka kielet, kuten Solidity, käännetään EVM-tavukoodiksi, herää kysymys: voimmeko hyödyntää Pythonia suoraan tai epäsuorasti tähän tarkoitukseen?

Pythonin vetovoima lohkoketjujen kehityksessä

Pythonin suosio on kiistaton. Sen selkeä syntaksi, laaja standardikirjasto ja elinvoimainen yhteisö ovat tehneet siitä suositun kielen monenlaisiin sovelluksiin, verkkokehityksestä ja datatieteestä koneoppimiseen ja automaatioon. Nämä vahvuudet siirtyvät huomattavan hyvin lohkoketjun maailmaan:

• Luettavuus ja yksinkertaisuus: Pythonin puhdas syntaksi vähentää merkittävästi älysopimusten ohjelmointiin uuden kehittäjän oppimiskäyrää. Tämä saavutettavuus voi demokratisoida lohkoketjujen kehitystä houkuttelemalla laajemman lahjakkuuspoolin maailmanlaajuisesti.
• Laaja ekosysteemi ja kirjastot: Pythonilla on vertaansa vailla oleva kokoelma kirjastoja melkein mihin tahansa tehtävään. Tämä tarkoittaa, että kehittäjät voivat hyödyntää olemassa olevia työkaluja tehtäviin, kuten datan käsittelyyn, kryptografiaan, verkostoitumiseen ja muuhun, mikä nopeuttaa kehityssyklejä.
• Kehittäjien tuottavuus: Python-koodin helppo kirjoittaminen ja testaaminen johtaa yleensä korkeampaan kehittäjien tuottavuuteen. Tämä on erityisen hyödyllistä nopeatempoisessa lohkoketjutilassa, jossa nopea iterointi on usein välttämätöntä.
• Yhteisön tuki: Valtava ja aktiivinen Python-yhteisö tarkoittaa runsaasti resursseja, opetusohjelmia ja foorumeita avun saamiseksi. Tämä maailmanlaajuinen tukiverkosto on korvaamaton kehittäjille, jotka kohtaavat haasteita.

Pythonin ja EVM:n yhdistäminen: Vyper, Pythonic-älysopimuskieli

Vaikka Python itse ei suoraan käänny EVM-tavukoodiksi, lohkoketjuyhteisö on kehittänyt ratkaisuja tämän kuilun kuromiseksi umpeen. Merkittävin näistä on Vyper. Vyper on sopimusorientoitunut ohjelmointikieli, jolla on merkittäviä syntaktisia yhtäläisyyksiä Pythonin kanssa. Se on suunniteltu turvalliseksi, auditoitavaksi ja helposti kirjoitettavaksi, erityisesti EVM:ää varten.

Vyperin suunnittelufilosofia korostaa selkeyttä ja turvallisuutta sanallisuuden sijaan. Se rajoittaa tarkoituksella tiettyjä Pythonissa (ja Solidityssä) olevia ominaisuuksia, jotka voivat johtaa haavoittuvuuksiin tai vaikeuttaa koodin auditointia. Tämä turvallisuuteen keskittyminen tekee siitä houkuttelevan vaihtoehdon kriittisten älysopimusten kirjoittamiseen.

Miten Vyper toimii:

• Pythonic-syntaksi: Vyper-koodi näyttää ja tuntuu Pythonilta, mikä tekee siitä tutun Python-kehittäjille.
• Kääntäminen EVM-tavukoodiksi: Vyper-lähdekoodi käännetään EVM-tavukoodiksi, joka voidaan sitten ottaa käyttöön Ethereumin lohkoketjussa.
• Turvallisuuteen keskittyminen: Vyper noudattaa tiukempia sääntöjä ja siitä puuttuu tiettyjä monimutkaisia ominaisuuksia, joita voidaan hyödyntää. Sillä ei esimerkiksi ole perintöä samalla tavalla kuin Solidityllä, ja se pyrkii ennustettavampiin kaasukustannuksiin.
• Auditoinnin helppous: Yksinkertaisempi syntaksi ja pienempi ominaisuuksien määrä tekevät Vyper-sopimuksista helpomman tarkistaa auditoijille ja ymmärtää kehittäjille.

Esimerkki: Yksinkertainen Token-sopimus Vyperissä

Katsotaan yksinkertaistettua esimerkkiä token-sopimuksesta Vyperissä havainnollistamaan sen Pythonic-luonnetta:

            # SPDX-License-Identifier: MIT

# A simplified ERC20-like token contract

owner: public(address)
total_supply: public(uint256)
balances: HashMap[address, uint256]

@external
def __init__():
    self.owner = msg.sender
    self.total_supply = 1_000_000 * 10**18  # 1 million tokens with 18 decimal places
    self.balances[msg.sender] = self.total_supply

@external
def transfer(_to: address, _value: uint256) -> bool:
    assert _value <= self.balances[msg.sender], "Insufficient balance"
    self.balances[msg.sender] -= _value
    self.balances[_to] += _value
    log Transfer(msg.sender, _to, _value)
    return True

@external
def get_balance(_owner: address) -> uint256:
    return self.balances[_owner]

            

              
                Copy
              
            
          

Huomaa samankaltaisuus Pythonin kanssa: funktion määritelmät koristeilla (`@external`), muuttujien ilmoitukset tyyppivihjeillä ja vakiovirtausohjaus. Tämä tekee siirtymisestä Python-kehittäjille paljon sujuvamman.

Muut lähestymistavat ja kirjastot

Vaikka Vyper on ensisijainen Pythonic-älysopimuskieli, muut työkalut ja kirjastot helpottavat Pythonin vuorovaikutusta EVM:n kanssa:

• Web3.py: Tämä on ratkaiseva kirjasto, jonka avulla voit olla vuorovaikutuksessa Ethereumin lohkoketjun kanssa Pythonista. Sen avulla voit muodostaa yhteyden Ethereum-solmuun (kuten Ganache, Infura tai paikallinen solmu), lähettää tapahtumia, kysellä lohkoketjutietoja ja ottaa käyttöön Solidityllä tai Vyperillä kirjoitettuja sopimuksia. Web3.py ei kirjoita älysopimuksia itse, mutta se on välttämätön niiden hallitsemiseksi ja niihin reagointiin.
• Brownie: Python-pohjainen kehitys- ja testauskehys älysopimuksille. Brownie yksinkertaistaa älysopimusten rakentamista, testaamista ja käyttöönottoa tarjoamalla ominaisuuksia, kuten projektipäällikön, tehtävien suorittajan ja integroidun konsolin. Se toimii saumattomasti Solidityn ja Vyperin kanssa.
• Eth-Brownie: (Käytetään usein synonyyminä Brownien kanssa) - Tehokas kehitysympäristö Pythonilla kirjoitetuille Ethereumin älysopimuksille. Se tarjoaa kätevän tavan hallita riippuvuuksia, kääntää sopimuksia, suorittaa testejä ja olla vuorovaikutuksessa lohkoketjun kanssa.

Nämä työkalut antavat Python-kehittäjille mahdollisuuden rakentaa monimutkaisia hajautettuja sovelluksia (dApps) abstrahoimalla monia lohkoketjun vuorovaikutuksen matalan tason monimutkaisuuksia.

Turvallisten älysopimusten kirjoittaminen Pythonilla (Vyper)

Turvallisuus on ensiarvoisen tärkeää älysopimusten kehityksessä. Älysopimuksen virhe voi johtaa merkittäviin taloudellisiin menetyksiin ja korjaamattomiin vahinkoihin maineelle. Vyperin suunnittelu edistää luonnostaan turvallisuutta asettamalla rajoituksia. Kehittäjien on kuitenkin edelleen noudatettava parhaita käytäntöjä:

Parhaat käytännöt turvallisten älysopimusten varmistamiseksi:

• Pidä se yksinkertaisena: Monimutkainen koodi on alttiimpi virheille ja haavoittuvuuksille. Pysy sopimuksesi olennaisessa logiikassa.
• Perusteellinen testaus: Kirjoita kattavat yksikkötestit ja integraatiotestit kaikille sopimustoiminnoille. Käytä tehokkaaseen testaukseen Brownie-tyyppisiä kehyksiä.
• Ymmärrä kaasukustannukset: Tehottomat koodit voivat johtaa kohtuuttoman korkeisiin kaasumaksuihin, mikä vaikuttaa käyttökokemukseen ja mahdollisesti tekee sopimuksesta kannattamattoman. Vyper pyrkii ennustettavuuteen, mutta tietoisuus on avainasemassa.
• Uudelleensyöttöhyökkäykset: Ole tietoinen uudelleensyöttöhaavoittuvuuksista, joissa ulkoinen sopimus voi soittaa takaisin kutsuvaan sopimukseen ennen kuin alkuperäinen suoritus on valmis, mikä saattaa tyhjentää varoja. Vyperin suunnittelu lieventää joitain näistä riskeistä.
• Kokonaislukujen yli- tai alivuoto: Vaikka Vyper käyttää mielivaltaisen tarkkuuden kokonaislukuja joihinkin operaatioihin, kehittäjien on edelleen oltava tietoisia mahdollisista yli- tai alivuoto-ongelmista, erityisesti käsiteltäessä ulkoisia syötteitä tai laskelmia.
• Pääsynhallinta: Toteuta vankat pääsynhallintamekanismit varmistaaksesi, että vain valtuutetut osoitteet voivat suorittaa arkaluonteisia toimintoja. Käytä muokkaajia, kuten `owner` tai roolipohjaista pääsynhallintaa.
• Ulkoiset puhelut: Ole varovainen, kun soitat ulkoisiin sopimuksiin. Vahvista palautusarvot ja ota huomioon mahdollisuus, että ulkoinen sopimus käyttäytyy odottamattomasti.
• Auditoinnit: Kaikille tuotantovalmiille älysopimuksille ammattimainen tietoturva-auditointi on välttämätöntä. Ota yhteyttä hyvämaineisiin auditointiyrityksiin tarkistaaksesi koodisi.

Esimerkki: Pääsynhallinta Vyperissä

Näin voit toteuttaa yksinkertaisen omistajaan perustuvan pääsynhallinnan Vyperissä:

            
# SPDX-License-Identifier: MIT

owner: public(address)

@external
def __init__():
    self.owner = msg.sender

# Modifier to restrict access to the owner
@modifier
def only_owner():
    assert msg.sender == self.owner, "Only the owner can call this function"
    assert.gas_left(GAS_MAINTENANCE_THRESHOLD) # Example gas check
    init_gas_left = gas_left()
    
    @external
    def __default__()(_data: bytes) -> bytes32:
        # The logic within the modified function would go here
        # For this example, we'll just return a dummy value
        pass

    # The following lines are conceptually where the wrapped function's code would execute
    # In actual Vyper, this is handled more directly by the compiler
    # For demonstration, imagine the decorated function's body is executed here
    
    # Example of executing the original function logic after checks
    # This part is conceptual for demonstration, actual Vyper handles this internally
    # Let's assume some operation happens here...
    
    # The following line is a placeholder for what the original function would return
    # In a real scenario, the decorated function would return its specific value
    return as_bytes32(0)

@external
@only_owner
def withdraw_funds():
    # This function can only be called by the owner
    # Placeholder for withdrawal logic
    pass

            

              
                Copy
              
            
          

Tässä esimerkissä `@only_owner`-muokkaaja varmistaa, että vain osoite, joka otti sopimuksen käyttöön (`self.owner`), voi suorittaa `withdraw_funds`-funktion. Tämä malli on ratkaisevan tärkeä arkaluonteisten toimintojen hallitsemiseksi lohkoketjussa.

Pythonin (Vyper) käytön edut älysopimuksissa

Pythonic-työkalujen, kuten Vyperin, valinta älysopimusten kehittämiseen tarjoaa useita selkeitä etuja:

• Alempi kynnys: Valtavalle maailmanlaajuiselle Python-kehittäjien populaatiolle Vyper tarjoaa paljon lempeämmän oppimiskäyrän verrattuna Solidityn hallitsemiseen tyhjästä. Tämä voi nopeuttaa merkittävästi lohkoketjuteknologian käyttöönottoa.
• Parannettu luettavuus ja ylläpidettävyys: Pythonin luontainen luettavuus tarkoittaa selkeämpää ja ylläpidettävämpää älysopimuskoodia. Tämä on elintärkeää pitkäaikaisessa projektinhallinnassa ja yhteistyössä, erityisesti kansainvälisissä tiimeissä.
• Nopea prototyyppien luonti ja kehitys: Pythonin laajan kirjaston ja Vyperin kehittäjäystävällisen luonteen hyödyntäminen mahdollistaa nopeammat kehityssyklit ja dAppien nopeamman prototyyppien luonnin.
• Keskittyminen turvallisuuteen: Vyperin suunnitteluvalinnat priorisoivat turvallisuutta ja auditoitavuutta auttaen kehittäjiä rakentamaan oletusarvoisesti vankempia sopimuksia.
• Työkalut ja integrointi: Pythonin kypsä ekosysteemi tarjoaa erinomaiset työkalut älysopimusten testaamiseen, virheenkorjaukseen ja vuorovaikutukseen (esim. Web3.py, Brownie), mikä virtaviivaistaa koko kehitystyönkulkua.

Haasteet ja huomioitavat asiat

Eduistaan huolimatta Pythonin käyttö älysopimuksissa tuo mukanaan myös haasteita:

• EVM:n rajoitukset: Itse EVM:llä on rajoituksia ja erityisiä kaasukustannuksia, jotka liittyvät toimintoihin. Kehittäjien on ymmärrettävä nämä vivahteet käytetystä korkean tason kielestä riippumatta.
• Vyperin ominaisuudet: Vaikka Vyperin pienempi ominaisuusjoukko parantaa turvallisuutta, se saattaa tehdä tietyistä monimutkaisista malleista tai optimoinneista haastavampia verrattuna Solidityyn. Kehittäjien on sopeuduttava näihin rajoituksiin.
• Yhteisö ja käyttöönotto: Vaikka Vyperin ja Pythonin älysopimusten kehitysyhteisö on kasvava, se on pienempi kuin Solidityn. Tämä voi tarkoittaa vähemmän valmiita kirjastoja, esimerkkejä ja helposti saatavilla olevia kehittäjiä, joilla on syvällistä asiantuntemusta.
• Työkalujen kypsyys: Vaikka Pythonin työkalut lohkoketjulle ovat erinomaiset, Solidityn työkaluekosysteemi (esim. Hardhat, Truffle) on kiistatta kypsyneempi ja sillä on suurempi käyttäjäkunta.
• Kaasun optimointi: Optimaalisen kaasutehokkuuden saavuttaminen voi joskus olla haastavampaa korkeamman tason kielillä. Kehittäjien on oltava ahkeria kirjoittaessaan tehokasta koodia ja ymmärtäessään, miten heidän Vyper-koodinsa käännetään EVM-tavukoodiksi.

Python-älysopimusten tulevaisuus

Lohkoketjujen kehityksen maisema kehittyy jatkuvasti. Pythonin rooli tässä kehityksessä todennäköisesti kasvaa:

• Vyperin käytön lisääntyminen: Kun yhä useammat kehittäjät löytävät Vyperin edut, sen käyttöönoton odotetaan lisääntyvän, mikä johtaa suurempaan yhteisöön ja rikkaampaan työkalu- ja resurssiekosysteemiin.
• Yhteentoimivuus: Työtä tehdään parantaakseen eri älysopimuskielten ja -alustojen välistä yhteentoimivuutta. Tämä voi johtaa Python-pohjaisten älysopimusten saumattomampaan integrointiin olemassa olevien Solidity-pohjaisten järjestelmien kanssa.
• Kerroksen 2 ratkaisut: Kerroksen 2 skaalausratkaisujen myötä älysopimusten käyttöönoton kustannukset ja monimutkaisuus pienenevät. Tämä voi tehdä Pythonic-älysopimuksista helpommin saavutettavia ja käytännöllisempiä laajempaan sovellusvalikoimaan.
• Koulutus ja resurssit: Kun lohkoketjukehittäjien kysyntä kasvaa maailmanlaajuisesti, Python-pohjaisten älysopimusten kehitykseen liittyvät koulutusresurssit todennäköisesti lisääntyvät entisestään, mikä alentaa kynnystä.

Python-älysopimusten kehityksen aloittaminen

Oletko valmis aloittamaan älysopimusten rakentamisen Pythonilla? Tässä on etenemissuunnitelma:

1. Asenna Python: Varmista, että järjestelmääsi on asennettu Pythonin uusin versio.
2. Asenna Vyper: Asenna kääntäjä noudattamalla virallista Vyperin dokumentaatiota.
3. Asenna kehityskehys: Asenna Brownie (tai toinen kehys, kuten ApeWorX) projektien hallintaan, testaamiseen ja käyttöönottoon. Käytä pipiä: `pip install eth-brownie`.
4. Määritä paikallinen lohkoketju: Käytä Ganachea tai Hardhat Networkia paikalliseen kehitykseen ja testaukseen ilman todellisia kaasukustannuksia.
5. Kirjoita ensimmäinen sopimuksesi: Aloita yksinkertaisista esimerkeistä, kuten aiemmin esitetystä token-sopimuksesta, ja rakenna vähitellen monimutkaisuutta.
6. Testaa tiukasti: Kirjoita laajat testit kaikille sopimuksesi toiminnoille.
7. Opi yhteisöltä: Ota yhteyttä Vyper- ja Brownie-yhteisöihin saadaksesi tukea ja tiedonjakoa.
8. Tutki Web3.py:tä: Ymmärrä, miten voit olla vuorovaikutuksessa käyttöönotettujen sopimustesi kanssa Python-sovelluksesta Web3.py:n avulla.

Johtopäätös

Python, jolla on helppokäyttöinen syntaksi ja tehokas ekosysteemi, on luomassa merkittävää markkinarakoa älysopimusten kehityksen maailmassa. Vyperin kaltaisten kielten ja vankkojen kehitysympäristöjen, kuten Brownien, avulla Python-kehittäjät voivat nyt luottavaisesti rakentaa, testata ja ottaa käyttöön älysopimuksia Ethereum Virtual Machinessa. Vaikka haasteita on edelleen, kehittäjien tuottavuuden lisääntymisen, paremman luettavuuden ja alhaisemman kynnyksen edut tekevät Pythonista houkuttelevan valinnan hajautetun sovelluskehityksen tulevaisuudelle. Ottamalla käyttöön nämä työkalut ja parhaat käytännöt kehittäjät maailmanlaajuisesti voivat osallistua kehittyvään Web3-ekosysteemiin ja avata uusia mahdollisuuksia hajautetulle tulevaisuudelle.

Lohkoketjuteknologian maailmanlaajuinen luonne tarkoittaa, että työkalut ja kielet, jotka edistävät yhteistyötä ja helppokäyttöisyyttä, saavat luonnollisesti jalansijaa. Python, jolla on universaali vetovoima, on täydellisessä asemassa ottamaan suuremman roolin seuraavan sukupolven älysopimusten ja hajautettujen innovaatioiden muokkaamisessa.