Python Web3 integravimas: išsamus blokų grandinės programų kūrimo vadovas

Blokų grandinės technologijų ir decentralizuotų programų (dApps) pasaulis sparčiai vystosi, o Python tapo pagrindine programavimo kalba, skirta sąveikauti su šiomis inovatyviomis platformomis ir jas kurti. Šis vadovas pateikia išsamią Python Web3 integravimo apžvalgą, apimančią pagrindines sąvokas, esmines bibliotekas, praktinius pavyzdžius ir geriausią praktiką kuriant tvirtas ir saugias blokų grandinės programas.

Web3 kraštovaizdžio supratimas

Prieš pradedant nagrinėti Python Web3 integravimo ypatumus, labai svarbu suprasti pagrindinius Web3 ir blokų grandinės technologijos principus. Web3 atspindi decentralizuoto interneto viziją, kurioje vartotojai turi daugiau kontrolės savo duomenims ir internetinei sąveikai. Blokų grandinė, technologija, kuria grindžiamos kriptovaliutos, tokios kaip Bitcoin ir Ethereum, suteikia saugų ir skaidrų registrą operacijoms registruoti ir skaitmeniniam turtui valdyti.

Pagrindinės Web3 sąvokos:

• Blokų grandinė (Blockchain): Paskirstytas, nekeičiamas registras, kuris įrašo operacijas blokuose, kriptografiškai sujungtuose.
• Išmanieji kontraktai (Smart Contracts): Savarankiškai vykdomos sutartys, parašytos kodu ir diegiamos blokų grandinėje, leidžiančios automatizuotus ir patikimus susitarimus.
• Decentralizuotos programos (dApps): Programos, kurios veikia blokų grandinėje arba decentralizuotame tinkle, o ne centralizuotame serveryje.
• Kriptovaliutos (Cryptocurrencies): Skaitmeninės arba virtualios valiutos, kurios naudoja kriptografiją saugumui užtikrinti ir veikia nepriklausomai nuo centrinio banko.
• Piniginės (Wallets): Programinė arba techninė įranga, leidžianti vartotojams saugoti, valdyti ir atlikti operacijas su kriptovaliutomis ir kitu skaitmeniniu turtu.

Python vaidmuo Web3 kūrime

Python universalumas, paprastas naudojimas ir plati bibliotekų ekosistema daro jį idealiu pasirinkimu Web3 kūrimui. Jo skaitomumas leidžia greitai kurti prototipus ir vykdyti plėtrą, kas yra labai svarbu sparčiai besivystančiame blokų grandinės inovacijų pasaulyje. Be to, stipri Python bendruomenė teikia gausią pagalbą ir išteklius kūrėjams.

Kodėl naudoti Python Web3 kūrimui?

• Paprastas naudojimas: Aiškus Python sintaksė ir intuityvi struktūra palengvina mokymąsi ir naudojimą, net ir kūrėjams, naujiems blokų grandinės technologijoje.
• Plačios bibliotekos: Python siūlo platų bibliotekų spektrą, specialiai sukurtų Web3 kūrimui, supaprastinant sudėtingas užduotis, tokias kaip sąveika su blokų grandinėmis ir išmaniųjų sutarčių valdymas.
• Greitas prototipų kūrimas: Python gebėjimas greitai kurti prototipus ir iteruoti leidžia kūrėjams eksperimentuoti su skirtingomis idėjomis ir efektyviau kurti dApps.
• Bendruomenės palaikymas: Python turi didelę ir aktyvią kūrėjų bendruomenę, teikiančią gausią pagalbą, išteklius ir atvirojo kodo įrankius Web3 kūrimui.
• Suderinamumas su įvairiomis platformomis: Python sklandžiai veikia įvairiose operacinėse sistemose (Windows, macOS, Linux), todėl tinka įvairioms kūrimo aplinkoms.

Esminės Python Web3 bibliotekos

Kelios Python bibliotekos yra būtinos sąveikai su blokų grandinėmis ir dApps kūrimui. Šios bibliotekos abstrahuoja blokų grandinės komunikacijos sudėtingumą ir teikia patogius įrankius sąskaitoms valdyti, sąveikauti su išmaniaisiais kontraktais ir apdoroti operacijas.

Web3.py: Python Web3 kūrimo pagrindas

Web3.py yra plačiausiai naudojama Python biblioteka, skirta sąveikai su Ethereum pagrindu veikiančiomis blokų grandinėmis. Ji suteikia paprastą ir nuoseklų API, skirtą prisijungti prie Ethereum mazgų, valdyti sąskaitas ir sąveikauti su išmaniaisiais kontraktais. Galvokite apie tai kaip apie tiltą tarp jūsų Python kodo ir Ethereum blokų grandinės.

Diegimas:

            pip install web3
            

              
                Copy
              
            
          

Pavyzdys: prisijungimas prie Ethereum mazgo:

            from web3 import Web3

# Prisijungimas prie vietinio Ethereum mazgo (Ganache)
w3 = Web3(Web3.HTTPProvider('http://127.0.0.1:8545'))

# Patikrinti, ar prisijungta
print(w3.is_connected())

            

              
                Copy
              
            
          

Kitos svarbios bibliotekos:

• eth-account: Skirta Ethereum sąskaitoms valdyti ir operacijoms pasirašyti.
• eth-abi: Skirta duomenims koduoti ir dekoduoti išmaniesiems kontraktams sąveikauti.
• eth-utils: Įvairioms naudingosioms funkcijoms, susijusioms su Ethereum kūrimu.
• Flask/Django: Žiniatinklio karkasai, skirti jūsų dApps vartotojo sąsajai kurti.

Sąveika su išmaniaisiais kontraktais naudojant Python

Pagrindinis Web3 kūrimo aspektas yra sąveika su išmaniaisiais kontraktais. Išmanieji kontraktai apibrėžia dApp logiką ir taisykles, o Python suteikia įrankius šiems kontraktams diegti, sąveikauti su jais ir juos valdyti.

Veiksmai, skirti sąveikauti su išmaniuoju kontraktu:

1. Gauti kontrakto ABI: Taikomosios programos dvejetainė sąsaja (ABI) apibrėžia išmaniojo kontrakto funkcijas ir duomenų struktūras. Ją paprastai gaunate iš kontrakto kūrėjo arba diegimo platformos (pvz., Etherscan).
2. Gauti kontrakto adresą: Adresas yra unikalus įdiegto išmaniojo kontrakto identifikatorius blokų grandinėje.
3. Sukurti kontrakto egzempliorių: Naudokite Web3.py, kad sukurtumėte išmaniojo kontrakto egzempliorių, pateikdami ABI ir adresą.
4. Iškviesti kontrakto funkcijas: Naudokite kontrakto egzempliorių, kad iškviestumėte ABI apibrėžtas funkcijas.

Pavyzdys: sąveika su paprastu išmaniuoju kontraktu (Solidity):

Tarkime, turite paprastą Solidity išmanųjį kontraktą, įdiegtą vietinėje Ganache instancijoje:

            pragma solidity ^0.8.0;

contract SimpleStorage {
    uint256 public storedData;

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

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

            

              
                Copy
              
            
          

Kompiliuokite ir įdiekite šį kontraktą naudodami Remix arba Hardhat. Po įdiegimo gaukite ABI ir adresą.

Python kodas, skirtas sąveikai su kontraktu:

            from web3 import Web3

# Connect to Ganache
w3 = Web3(Web3.HTTPProvider('http://127.0.0.1:8545'))

# Set the default account (replace with your Ganache account)
w3.eth.default_account = w3.eth.accounts[0]

# Contract ABI (replace with your contract's ABI)
abi = [
    {
        "inputs": [
            {
                "internalType": "uint256",
                "name": "x",
                "type": "uint256"
            }
        ],
        "stateMutability": "nonpayable",
        "type": "function",
        "name": "set",
        "outputs": []
    },
    {
        "inputs": [],
        "stateMutability": "view",
        "type": "function",
        "name": "get",
        "outputs": [
            {
                "internalType": "uint256",
                "name": "",
                "type": "uint256"
            }
        ]
    }
]

# Contract Address (replace with your contract's address)
address = '0x5FbDB2315678afecb367f032d93F642f64180aa3'  # Example address, yours will be different

# Create contract instance
contract = w3.eth.contract(address=address, abi=abi)

# Call the 'set' function
tx_hash = contract.functions.set(123).transact()

# Wait for the transaction to be mined
w3.eth.wait_for_transaction_receipt(tx_hash)

# Call the 'get' function
stored_data = contract.functions.get().call()

print(f'Stored data: {stored_data}')  # Output: Stored data: 123

            

              
                Copy
              
            
          

Paaiškinimas:

• Kodas prisijungia prie vietinės Ganache instancijos.
• Jis nustato numatytąją sąskaitą operacijoms siųsti.
• Jis apibrėžia `SimpleStorage` kontrakto ABI.
• Jis nurodo įdiegto kontrakto adresą.
• Jis sukuria kontrakto egzempliorių naudodamas ABI ir adresą.
• Jis iškviečia `set` funkciją su reikšme 123, išsiųsdamas operaciją į blokų grandinę.
• Jis laukia, kol operacija bus iškastama (patvirtinta).
• Jis iškviečia `get` funkciją, kad gautų saugomus duomenis.
• Galiausiai, jis atspausdina saugomus duomenis.

Decentralizuotų programų (dApps) kūrimas su Python

Python gali būti naudojamas dApps galinės dalies logikai ir API kurti. Nors sąsajos paprastai kuriamos naudojant JavaScript karkasus (pvz., React, Vue.js), Python suteikia reikiamą infrastruktūrą sąveikai su blokų grandine ir duomenų valdymui.

dApp architektūra:

• Sąsaja (Frontend, JavaScript): Tvarko vartotojo sąveiką ir rodo duomenis iš blokų grandinės.
• Galinė dalis (Backend, Python): Prisijungia prie blokų grandinės, sąveikauja su išmaniaisiais kontraktais, valdo vartotojo autentifikavimą ir teikia API sąsajai.
• Išmanieji kontraktai (Smart Contracts, Solidity): Apibrėžia dApp verslo logiką ir duomenų saugojimą.
• Blokų grandinė (Blockchain, Ethereum): Suteikia pagrindinę infrastruktūrą decentralizuotam duomenų saugojimui ir vykdymui.

Pavyzdys: Paprastos dApp kūrimas su Flask

Šis pavyzdys demonstruoja, kaip sukurti paprastą Flask API, kuris sąveikauja su `SimpleStorage` išmaniuoju kontraktu iš ankstesnio pavyzdžio.

Įdiegti Flask:

            pip install Flask
            

              
                Copy
              
            
          

Python kodas (app.py):

            from flask import Flask, jsonify
from web3 import Web3

app = Flask(__name__)

# Connect to Ganache
w3 = Web3(Web3.HTTPProvider('http://127.0.0.1:8545'))

# Set the default account
w3.eth.default_account = w3.eth.accounts[0]

# Contract ABI (replace with your contract's ABI)
abi = [
    {
        "inputs": [
            {
                "internalType": "uint256",
                "name": "x",
                "type": "uint256"
            }
        ],
        "stateMutability": "nonpayable",
        "type": "function",
        "name": "set",
        "outputs": []
    },
    {
        "inputs": [],
        "stateMutability": "view",
        "type": "function",
        "name": "get",
        "outputs": [
            {
                "internalType": "uint256",
                "name": "",
                "type": "uint256"
            }
        ]
    }
]

# Contract Address (replace with your contract's address)
address = '0x5FbDB2315678afecb367f032d93F642f64180aa3'  # Example address, yours will be different

# Create contract instance
contract = w3.eth.contract(address=address, abi=abi)

@app.route('/set/<int:value>')
def set_value(value):
    tx_hash = contract.functions.set(value).transact()
    w3.eth.wait_for_transaction_receipt(tx_hash)
    return jsonify({'message': f'Value set to {value}'})

@app.route('/get')
def get_value():
    stored_data = contract.functions.get().call()
    return jsonify({'value': stored_data})

if __name__ == '__main__':
    app.run(debug=True)

            

              
                Copy
              
            
          

Paaiškinimas:

• Kodas sukuria Flask programą.
• Jis prisijungia prie vietinės Ganache instancijos ir sukuria kontrakto egzempliorių.
• Jis apibrėžia du API galinius taškus:
  • `/set/<int:value>`: Nustato reikšmę išmaniajame kontrakte.
  • `/get`: Paima saugomą reikšmę iš išmaniojo kontrakto.

Paleiskite Flask programą:

            python app.py
            

              
                Copy
              
            
          

Pasiekite API galinius taškus:

• `http://127.0.0.1:5000/set/456`: Nustato reikšmę į 456.
• `http://127.0.0.1:5000/get`: Paima saugomą reikšmę.

Saugumo aspektai Web3 kūrime

Saugumas yra svarbiausias Web3 kūrime, nes pažeidžiamumai gali sukelti didelius finansinius nuostolius ir reputacijos žalą. Labai svarbu taikyti saugaus kodavimo praktiką ir laikytis pramonės geriausios praktikos, kad apsaugotumėte savo dApps ir vartotojus.

Pagrindinės saugumo praktikos:

• Išmaniųjų kontraktų auditas: Prieš diegiant išmaniuosius kontraktus į pagrindinį tinklą, leiskite juos audituoti patyrusiems saugumo specialistams.
• Įvesties validavimas: Kruopščiai patikrinkite visus vartotojo įvesties duomenis, kad išvengtumėte įterpimo atakų ir kitų pažeidžiamumų.
• Prieigos kontrolė: Įdiekite griežtus prieigos kontrolės mechanizmus, kad užtikrintumėte, jog tik įgalioti vartotojai gali atlikti jautrius veiksmus.
• Klaidų tvarkymas: Įdiekite tvirtą klaidų tvarkymą, kad išvengtumėte netikėto elgesio ir galimų saugumo pažeidimų.
• Priklausomybių valdymas: Atnaujinkite savo priklausomybes, kad pataisytumėte žinomas pažeidžiamumus.
• Dujų optimizavimas: Optimizuokite savo išmaniojo kontrakto kodą, kad sumažintumėte dujų sąnaudas ir išvengtumėte paslaugos atsisakymo atakų.
• Reguliarūs saugumo vertinimai: Reguliariai atlikite saugumo vertinimus, kad nustatytumėte ir pašalintumėte galimus pažeidžiamumus.

Pažangios Web3 kūrimo technikos

Be pagrindų, kelios pažangios technikos gali pagerinti jūsų Web3 kūrimo galimybes.

Duomenų saugojimas ne blokų grandinėje (Off-Chain Data Storage):

Didelių duomenų kiekių saugojimas tiesiogiai blokų grandinėje gali būti brangus ir neefektyvus. Apsvarstykite galimybę naudoti ne blokų grandinės saugojimo sprendimus, tokius kaip IPFS (InterPlanetary File System) arba decentralizuotas duomenų bazes, kad saugotumėte duomenis ir susietumėte juos su savo išmaniaisiais kontraktais.

2 sluoksnio mastelio keitimo sprendimai:

Ethereum pagrindinis tinklas gali būti perkrautas ir brangus, ypač didelės paklausos laikotarpiais. Ištirkite 2 sluoksnio mastelio keitimo sprendimus, tokius kaip Optimism, Arbitrum ar Polygon, kad pagerintumėte operacijų greitį ir sumažintumėte dujų sąnaudas.

Orakulai:

Išmanieji kontraktai negali tiesiogiai pasiekti duomenų iš išorinių šaltinių. Orakulai yra paslaugos, kurios teikia realaus pasaulio duomenis išmaniesiems kontraktams, leisdamos jiems sąveikauti su išoriniu pasauliu. Populiarūs orakulai apima Chainlink ir Band Protocol.

Decentralizuota tapatybė (DID):

Decentralizuotos tapatybės sprendimai leidžia vartotojams kontroliuoti savo skaitmenines tapatybes ir duomenis, nepriklausant nuo centralizuotų institucijų. Naudokite DID standartus, tokius kaip ERC-725 arba ERC-1077, kad kurtumėte dApps, kurios gerbia vartotojų privatumą ir duomenų nuosavybę.

Realūs Python Web3 integravimo pavyzdžiai

Python naudojamas įvairiuose Web3 projektuose skirtingose pramonės šakose.

• Decentralizuotas finansas (DeFi): Python naudojamas automatizuotų prekybos robotų, rizikos valdymo sistemų ir duomenų analizės įrankių kūrimui DeFi platformoms. Pavyzdžiai apima grandinės duomenų analizavimą iš decentralizuotų biržų, tokių kaip Uniswap ar Sushiswap, siekiant nustatyti arbitražo galimybes.
• Nepakeičiami žetonai (NFT): Python naudojamas NFT prekyviečių kūrimui, NFT metaduomenų valdymui ir įrankių kūrimui NFT kūrėjams. Pavyzdžiui, generuojant unikalius NFT meno kūrinius naudojant Python vaizdų apdorojimo bibliotekas ir vėliau juos įkeliant į blokų grandinę.
• Tiekimo grandinės valdymas: Python naudojamas decentralizuotų tiekimo grandinės sekimo sistemų kūrimui, kurios naudoja blokų grandinę skaidrumui ir atskaitomybei užtikrinti. Įsivaizduokite, kaip sekate prekių kilmę ir judėjimą naudodami Python, kad sąveikautumėte su blokų grandinėje veikiančia tiekimo grandinės platforma.
• Sveikatos apsauga: Python naudojamas decentralizuotų sveikatos priežiūros programų kūrimui, leidžiančių pacientams kontroliuoti savo medicininius duomenis ir saugiai jais dalintis su sveikatos priežiūros paslaugų teikėjais. Python galinė sistema galėtų valdyti pacientų įrašus, saugomus blokų grandinėje, užtikrinant duomenų privatumą ir vientisumą.
• Balsavimo sistemos: Python naudojamas saugių ir skaidrių balsavimo sistemų kūrimui, užtikrinant, kad rinkimų rezultatai būtų patikrinami ir apsaugoti nuo klastojimo. Tai leidžia sukurti saugias internetines balsavimo platformas naudojant blokų grandinę, kad būtų užtikrintas nekintamumas.

Ištekliai Python Web3 kūrimo mokymuisi

Daugybė internetinių išteklių gali padėti jums išmokti Python Web3 kūrimo.

• Web3.py dokumentacija: Oficiali Web3.py dokumentacija yra išsamus šaltinis bibliotekos funkcijoms ir API mokytis.
• Ethereum kūrėjų dokumentacija: Ethereum kūrėjų dokumentacija teikia gausybę informacijos apie Ethereum koncepcijas, išmaniuosius kontraktus ir dApp kūrimą.
• Internetiniai kursai: Platformos, tokios kaip Coursera, Udemy ir edX, siūlo kursus apie blokų grandinės kūrimą ir Python Web3 integravimą.
• Pamokos ir straipsniai: Daugelis svetainių ir tinklaraščių teikia pamokas ir straipsnius konkrečiomis Web3 kūrimo temomis.
• Atvirojo kodo projektai: Naršykite atvirojo kodo Web3 projektus GitHub'e, kad mokytumėtės iš realių pavyzdžių ir prisidėtumėte prie bendruomenės.
• Web3 bendruomenės: Prisijunkite prie Web3 bendruomenių platformose, tokiose kaip Discord, Telegram ir Reddit, kad susisiektumėte su kitais kūrėjais, užduotumėte klausimus ir dalintumėtės savo žiniomis.

Išvada

Python Web3 integravimas yra galingas įrankis kuriant inovatyvias ir decentralizuotas programas. Įvaldę esmines bibliotekas, suprasdami blokų grandinės koncepcijas ir laikydamiesi geriausios praktikos, galite panaudoti Python, kad sukurtumėte saugias, skaidrias ir reikšmingas dApps. Web3 kraštovaizdžiui toliau evoliucionuojant, Python neabejotinai išliks kritine kalba, formuojančia decentralizuotos technologijos ateitį. Priimdami Web3 kūrimo iššūkius ir galimybes su Python, jūs įgalinate save prisidėti prie atviresnio, teisingesnio ir į vartotoją orientuoto skaitmeninio pasaulio.