Išmaniųjų sutarčių kūrimas: Išsamus vadovas pasaulio programuotojui

Išmaniosios sutartys sukelia perversmą įvairiose pramonės šakose visame pasaulyje, nuo finansų ir tiekimo grandinės iki sveikatos apsaugos ir balsavimo sistemų. Šis vadovas pateikia išsamią išmaniųjų sutarčių kūrimo apžvalgą, tinkamą tiek pradedantiesiems, tiek patyrusiems programuotojams, norintiems praplėsti savo žinias. Apžvelgsime pagrindines sąvokas, kūrimo įrankius, saugumo geriausias praktikas ir diegimo strategijas, reikalingas tvirtoms ir patikimoms decentralizuotoms programėlėms (dApps) kurti.

Kas yra išmaniosios sutartys?

Iš esmės, išmanioji sutartis – tai save vykdantis susitarimas, parašytas kodu ir saugomas blokų grandinėje. Šios sutartys automatiškai įvykdomos, kai įvykdomos iš anksto nustatytos sąlygos. Ši automatizacija pašalina tarpininkų poreikį, mažina išlaidas ir didina efektyvumą. Įsivaizduokite tai kaip skaitmeninį pardavimo automatą: įvedate teisingą mokėjimą (sąlyga), o automatas išduoda produktą (vykdymas).

Pagrindinės išmaniųjų sutarčių savybės:

• Decentralizacija: Saugojamos blokų grandinėje, todėl yra atsparios cenzūrai ir pavieniams gedimo taškams.
• Nekeičiamumas: Įdiegus, išmaniosios sutarties kodas negali būti pakeistas, taip užtikrinant skaidrumą ir pasitikėjimą.
• Automatizavimas: Vykdymas yra automatinis, kai įvykdomos sąlygos, todėl nereikia žmogaus įsikišimo.
• Skaidrumas: Visos transakcijos įrašomos į blokų grandinę, suteikiant patikrinamą audito seką.

Blokų grandinės pagrindai

Norint kurti išmaniąsias sutartis, labai svarbu suprasti blokų grandinės technologiją. Štai trumpa apžvalga:

• Blokų grandinė: Paskirstyta, nekeičiama knyga, kurioje transakcijos įrašomos blokuose. Kiekvienas blokas yra kriptografiškai susietas su ankstesniuoju, sudarydamas grandinę.
• Mazgai: Kompiuteriai, kurie saugo blokų grandinės kopiją ir patvirtina transakcijas.
• Sutarimo mechanizmai: Algoritmai, užtikrinantys, kad visi mazgai sutartų dėl blokų grandinės būsenos (pvz., „Proof-of-Work“, „Proof-of-Stake“).
• Kriptovaliuta: Skaitmeninė arba virtuali valiuta, apsaugota kriptografija, dažnai naudojama mokėti už transakcijų mokesčius blokų grandinių tinkluose.

Blokų grandinės platformos pasirinkimas

Kelios blokų grandinės platformos palaiko išmaniąsias sutartis. Populiariausios iš jų:

• Ethereum: Pirmaujanti platforma išmaniųjų sutarčių kūrimui, žinoma dėl savo didelės bendruomenės, plačių įrankių ir brandžios ekosistemos. Ji naudoja „Solidity“ kaip pagrindinę išmaniųjų sutarčių kalbą ir „Ethereum“ virtualiąją mašiną (EVM) vykdymui.
• Binance Smart Chain (BSC): Blokų grandinės tinklas, veikiantis lygiagrečiai su „Binance Chain“. BSC siūlo greitesnį transakcijų greitį ir mažesnius mokesčius, palyginti su „Ethereum“. Ji taip pat yra suderinama su EVM, todėl lengva perkelti „Ethereum“ pagrindu sukurtas dApps.
• Solana: Didelio našumo blokų grandinė, žinoma dėl savo greičio ir mastelio. „Solana“ naudoja „Rust“ kaip pagrindinę išmaniųjų sutarčių kalbą ir siūlo unikalią architektūrą, leidžiančią lygiagrečiai apdoroti transakcijas.
• Cardano: „Proof-of-stake“ principu veikianti blokų grandinė, orientuota į tvarumą ir mastelį. „Cardano“ naudoja „Plutus“ ir „Marlowe“ kaip savo išmaniųjų sutarčių kalbas.
• Polkadot: Daugiagrandininis tinklas, leidžiantis skirtingoms blokų grandinėms sąveikauti. Išmaniosios sutartys „Polkadot“ tinkle gali būti rašomos įvairiomis kalbomis, įskaitant „Rust“.

Platformos pasirinkimas priklauso nuo jūsų konkrečių reikalavimų, tokių kaip transakcijų greitis, mokesčiai, saugumas ir bendruomenės palaikymas.

Išmaniųjų sutarčių kalbos

Kiekviena blokų grandinės platforma paprastai palaiko konkrečias išmaniųjų sutarčių kalbas. Kai kurios populiariausios:

• Solidity: Plačiausiai naudojama kalba „Ethereum“ ir kitose su EVM suderinamose blokų grandinėse. „Solidity“ yra aukšto lygio, objektinio programavimo kalba, panaši į „JavaScript“ ir C++.
• Rust: Populiarėjanti dėl savo našumo, saugumo ir patikimumo. „Rust“ naudojama tokiose platformose kaip „Solana“ ir „Polkadot“.
• Vyper: Į „Python“ panaši kalba, sukurta siekiant didesnio saugumo ir audito galimybių. „Vyper“ naudojama „Ethereum“ tinkle.
• Plutus ir Marlowe: Funkcinio programavimo kalbos, naudojamos „Cardano“ tinkle.

Daugumai programuotojų geras atspirties taškas yra „Solidity“ mokymasis, nes tai atveria duris į didžiausią išmaniųjų sutarčių ekosistemą.

Kūrimo aplinkos nustatymas

Norėdami pradėti kurti išmaniąsias sutartis, turėsite nustatyti savo kūrimo aplinką. Štai pagrindiniai įrankiai:

• Node.js ir npm (Node Package Manager): Reikalingi „JavaScript“ pagrindu veikiantiems įrankiams valdyti.
• Truffle: Populiari „Ethereum“ kūrimo sistema, teikianti įrankius išmaniųjų sutarčių kompiliavimui, testavimui ir diegimui.
• Ganache: Asmeninė blokų grandinė vietiniam kūrimui, leidžianti testuoti savo išmaniąsias sutartis nenaudojant tikro „Ether“.
• Remix IDE: Internetinė integruota kūrimo aplinka (IDE), skirta rašyti, kompiliuoti ir diegti išmaniąsias sutartis.
• Hardhat: Kita populiari „Ethereum“ kūrimo aplinka.
• Metamask: Naršyklės plėtinys, leidžiantis sąveikauti su dApps ir valdyti savo „Ethereum“ paskyras.

Diegimo instrukcijos skiriasi priklausomai nuo jūsų operacinės sistemos („Windows“, „macOS“, „Linux“). Išsamesnių instrukcijų ieškokite oficialioje kiekvieno įrankio dokumentacijoje.

Pirmosios išmaniosios sutarties rašymas („Solidity“ pavyzdys)

Sukurkime paprastą išmaniąją sutartį, pavadintą „HelloWorld“, naudodami „Solidity“:

HelloWorld.sol

            
pragma solidity ^0.8.0;

contract HelloWorld {
    string public message;

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

    function updateMessage(string memory newMessage) public {
        message = newMessage;
    }
}

            

              
                Copy
              
            
          

Paaiškinimas:

• pragma solidity ^0.8.0;: Nurodo „Solidity“ kompiliatoriaus versiją.
• contract HelloWorld { ... }: Apibrėžia išmaniąją sutartį pavadinimu „HelloWorld“.
• string public message;: Deklaruoja viešą eilutės tipo kintamąjį, pavadintą „message“.
• constructor(string memory initialMessage) { ... }: Apibrėžia konstruktorių, kuris vykdomas tik vieną kartą, kai sutartis yra įdiegiama. Jis inicializuoja „message“ kintamąjį.
• function updateMessage(string memory newMessage) public { ... }: Apibrėžia viešą funkciją, kuri leidžia bet kam atnaujinti „message“ kintamąjį.

Jūsų išmaniosios sutarties kompiliavimas ir diegimas

Naudodami „Truffle“, galite kompiliuoti ir įdiegti savo išmaniąją sutartį:

1. Sukurkite naują „Truffle“ projektą: truffle init
2. Įdėkite savo HelloWorld.sol failą į contracts/ katalogą.
3. Sukurkite migracijos failą (pvz., migrations/1_deploy_helloworld.js):

1_deploy_helloworld.js

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

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

            

              
                Copy
              
            
          

4. Paleiskite „Ganache“.
5. Sukonfigūruokite savo „Truffle“ konfigūracijos failą (truffle-config.js), kad prisijungtumėte prie „Ganache“.
6. Kompiliuokite savo išmaniąją sutartį: truffle compile
7. Įdiekite savo išmaniąją sutartį: truffle migrate

Po sėkmingo diegimo gausite sutarties adresą. Tada galėsite sąveikauti su savo išmaniąja sutartimi naudodami „Metamask“ ar kitus dApp kūrimo įrankius.

Išmaniųjų sutarčių testavimas

Testavimas yra labai svarbus norint užtikrinti jūsų išmaniųjų sutarčių teisingumą ir saugumą. „Truffle“ suteikia testavimo sistemą, kuri leidžia rašyti vienetų testus „JavaScript“ arba „Solidity“ kalbomis.

Testo pavyzdys (test/helloworld.js)

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

contract("HelloWorld", (accounts) => {
  it("should set the initial message correctly", async () => {
    const helloWorld = await HelloWorld.deployed();
    const message = await helloWorld.message();
    assert.equal(message, "Hello, World!", "Initial message is not correct");
  });

  it("should update the message correctly", async () => {
    const helloWorld = await HelloWorld.deployed();
    await helloWorld.updateMessage("Hello, Blockchain!");
    const message = await helloWorld.message();
    assert.equal(message, "Hello, Blockchain!", "Message was not updated correctly");
  });
});

            

              
                Copy
              
            
          

Paleiskite savo testus naudodami: truffle test

Svarbūs testavimo aspektai:

• Vienetų testavimas: Testuokite atskiras savo išmaniosios sutarties funkcijas ir komponentus.
• Integracijos testavimas: Testuokite sąveiką tarp skirtingų išmaniųjų sutarčių.
• Saugumo testavimas: Nustatykite ir sumažinkite galimus pažeidžiamumus (plačiau apie tai žemiau).

Išmaniųjų sutarčių saugumas

Išmaniųjų sutarčių saugumas yra svarbiausias dalykas, nes pažeidžiamumai gali sukelti negrįžtamus finansinius nuostolius. Kadangi išmaniosios sutartys yra nekeičiamos, įdiegus, klaidas ištaisyti sunku, o kartais ir neįmanoma. Todėl griežti saugumo auditai ir geriausios praktikos yra būtini.

Dažniausiai pasitaikantys pažeidžiamumai:

• Pakartotinio įėjimo atakos (Reentrancy Attacks): Piktavališka sutartis gali rekursyviai iškviesti pažeidžiamą sutartį, kol pirmasis iškvietimas nebaigtas, potencialiai išsiurbdama jos lėšas. Pavyzdys: DAO įsilaužimas.
• Sveikųjų skaičių perpildymas/nepakankamumas (Integer Overflow/Underflow): Gali sukelti neteisingus skaičiavimus ir netikėtą elgesį.
• Paslaugos trikdymo atakos (Denial of Service - DoS): Atakos, kurios padaro sutartį netinkamą naudoti. Pavyzdys: Dujų limito problemos, neleidžiančios vykdyti funkcijų.
• „Front Running“: Puolėjas stebi laukiančią transakciją ir vykdo savo transakciją su didesne dujų kaina, kad jo transakcija būtų įtraukta į bloką pirma.
• Priklausomybė nuo laiko žymos: Pasikliovimas laiko žymomis gali būti manipuliuojamas kasėjų.
• Neapdorotos išimtys: Gali lemti netikėtus sutarties būsenos pokyčius.
• Prieigos kontrolės problemos: Neautorizuota prieiga prie jautrių funkcijų.

Saugumo geriausios praktikos:

• Laikykitės saugaus kodavimo praktikų: Laikykitės gerai žinomų kodavimo gairių ir venkite žinomų pažeidžiamumų.
• Naudokite saugias bibliotekas: Pasinaudokite audituotomis ir patikimomis bibliotekomis bendroms funkcijoms. „OpenZeppelin“ teikia populiarią saugių išmaniųjų sutarčių komponentų biblioteką.
• Atlikite statinę analizę: Naudokite įrankius, tokius kaip „Slither“ ir „Mythril“, kad automatiškai nustatytumėte galimus pažeidžiamumus savo kode.
• Atlikite formalųjį patikrinimą: Naudokite matematinius metodus, kad įrodytumėte savo išmaniosios sutarties logikos teisingumą.
• Gaukite profesionalų auditą: Pasamdykite patikimą saugumo įmonę, kad atliktų išsamų jūsų išmaniosios sutarties kodo auditą. Įmonės, tokios kaip „Trail of Bits“, „ConsenSys Diligence“ ir „CertiK“, specializuojasi išmaniųjų sutarčių audituose.
• Įdiekite prieigos kontrolę: Apribokite prieigą prie jautrių funkcijų naudodami modifikatorius, tokius kaip onlyOwner arba vaidmenimis pagrįstą prieigos kontrolę (RBAC).
• Naudokite „Checks-Effects-Interactions“ modelį: Struktūrizuokite savo kodą taip, kad patikrinimai būtų atliekami prieš atliekant būsenos pakeitimus ir sąveikaujant su kitomis sutartimis. Tai padeda išvengti pakartotinio įėjimo atakų.
• Sutartis laikykite paprastomis: Venkite nereikalingo sudėtingumo, kad sumažintumėte klaidų atsiradimo riziką.
• Reguliariai atnaujinkite priklausomybes: Atnaujinkite savo kompiliatorių ir bibliotekas, kad ištaisytumėte žinomus pažeidžiamumus.

Diegimo strategijos

Norint įdiegti savo išmaniąją sutartį į viešąją blokų grandinę, reikia kruopštaus planavimo. Štai keletas aspektų:

• Testavimo tinklai (Testnets): Įdiekite į testavimo tinklą (pvz., „Ropsten“, „Rinkeby“, „Goerli“ „Ethereum“ tinkle), kad išbandytumėte savo išmaniąją sutartį imituojamoje aplinkoje prieš diegdami į pagrindinį tinklą (mainnet).
• Dujų optimizavimas: Optimizuokite savo išmaniosios sutarties kodą, kad sumažintumėte dujų sąnaudas. Tai gali apimti efektyvių duomenų struktūrų naudojimą, saugyklos naudojimo minimizavimą ir nereikalingų skaičiavimų vengimą.
• Sutarties atnaujinamumas: Apsvarstykite galimybę naudoti atnaujinamų sutarčių modelius, kad ateityje būtų galima taisyti klaidas ir tobulinti funkcijas. Dažniausi modeliai yra „Proxy“ sutartys ir „Diamond Storage“. Tačiau atnaujinamumas sukuria papildomo sudėtingumo ir galimų saugumo rizikų.
• Nekeičiamų duomenų saugojimas: Apsvarstykite galimybę naudoti IPFS („InterPlanetary File System“) dideliems ar retai kintantiems duomenims saugoti, kad sutaupytumėte grandinės saugojimo išlaidas.
• Išlaidų įvertinimas: Įvertinkite diegimo ir transakcijų mokesčių kainą. Dujų kainos svyruoja, todėl stebėkite jas prieš diegdami.
• Decentralizuotos vartotojo sąsajos (Frontends): Sukurkite decentralizuotą vartotojo sąsają (dApp) naudodami tokias technologijas kaip „React“, „Vue.js“ ar „Angular“, kad vartotojai galėtų sąveikauti su jūsų išmaniąja sutartimi. Prijunkite savo sąsają prie blokų grandinės naudodami bibliotekas, tokias kaip Web3.js ar Ethers.js.

Diegimo įrankiai:

• Truffle: Suteikia supaprastintą diegimo procesą naudojant migracijos failus.
• Hardhat: Siūlo pažangias diegimo funkcijas ir papildinius.
• Remix IDE: Leidžia tiesiogiai diegti iš naršyklės.

Pažangios išmaniųjų sutarčių koncepcijos

Kai turėsite tvirtus pagrindus, galėsite tyrinėti pažangesnes temas:

• ERC-20 žetonai: Standartas, skirtas kurti pakeičiamus žetonus (pvz., kriptovaliutas).
• ERC-721 žetonai: Standartas, skirtas kurti nepakeičiamus žetonus (NFT), reprezentuojančius unikalų skaitmeninį turtą.
• ERC-1155 žetonai: Kelių žetonų standartas, leidžiantis vienoje sutartyje kurti tiek pakeičiamus, tiek nepakeičiamus žetonus.
• Orakulai: Paslaugos, teikiančios išorinius duomenis išmaniosioms sutartims (pvz., kainų kanalus, orų informaciją). Pavyzdžiai: „Chainlink“ ir „Band Protocol“.
• Decentralizuotos autonominės organizacijos (DAO): Organizacijos, valdomos išmaniosiomis sutartimis.
• 2-ojo lygmens mastelio sprendimai (Layer-2): Technikos, skirtos blokų grandinės transakcijų masteliui didinti, pvz., būsenos kanalai, „rollups“ ir šoninės grandinės. Pavyzdžiai: „Polygon“, „Optimism“ ir „Arbitrum“.
• Tarpgrandininis sąveikumas (Cross-Chain Interoperability): Technologijos, leidžiančios skirtingų blokų grandinių išmaniosioms sutartims bendrauti tarpusavyje. Pavyzdžiai: „Polkadot“ ir „Cosmos“.

Išmaniųjų sutarčių kūrimo ateitis

Išmaniųjų sutarčių kūrimas yra greitai besivystanti sritis. Štai keletas kylančių tendencijų:

• Didėjantis įmonių pritaikymas: Vis daugiau verslų tiria išmaniųjų sutarčių naudojimą tiekimo grandinės valdymui, finansams ir kitoms programoms.
• DeFi (Decentralizuotų finansų) augimas: Išmaniosios sutartys yra DeFi programų, tokių kaip decentralizuotos biržos (DEX), skolinimo platformos ir pelno auginimo protokolai, pagrindas.
• NFT ir metavisatos augimas: NFT keičia tai, kaip mes kuriame, valdome ir prekiaujame skaitmeniniu turtu. Išmaniosios sutartys yra būtinos NFT valdymui metavisatoje.
• Patobulinti įrankiai ir infrastruktūra: Kūrimo įrankiai ir infrastruktūra išmaniųjų sutarčių kūrimui nuolat tobulėja, todėl programuotojams lengviau kurti ir diegti dApps.
• Dėmesys saugumui ir masteliui: Nuolatinės pastangos gerinti blokų grandinių platformų saugumą ir mastelį atvers kelią platesniam išmaniųjų sutarčių pritaikymui.

Pasauliniai pavyzdžiai ir panaudojimo atvejai

Išmaniosios sutartys diegiamos visame pasaulyje įvairiose pramonės šakose:

• Tiekimo grandinės valdymas: Prekių sekimas nuo kilmės iki vartotojo, užtikrinant autentiškumą ir skaidrumą. Pavyzdžiai: „Provenance“ (JK) maisto kilmės sekimui, „IBM Food Trust“ (visame pasaulyje).
• Sveikatos apsauga: Saugus pacientų duomenų valdymas ir draudimo išmokų automatizavimas. Pavyzdžiai: „Medicalchain“ (JK) saugiems medicininiams įrašams, „BurstIQ“ (JAV) sveikatos apsaugos duomenų mainams.
• Balsavimo sistemos: Skaidrių ir nuo klastojimo apsaugotų balsavimo sistemų kūrimas. Pavyzdžiai: „Voatz“ (JAV) mobiliajam balsavimui (vertinama prieštaringai dėl saugumo problemų).
• Nekilnojamasis turtas: Nekilnojamojo turto sandorių supaprastinimas ir sukčiavimo mažinimas. Pavyzdžiai: „Propy“ (JAV) tarptautiniams nekilnojamojo turto sandoriams.
• Decentralizuoti finansai (DeFi): Decentralizuotų skolinimo, skolinimosi ir prekybos platformų kūrimas. Pavyzdžiai: „Aave“ (visame pasaulyje), „Compound“ (visame pasaulyje), „Uniswap“ (visame pasaulyje).

Išvada

Išmaniųjų sutarčių kūrimas siūlo įdomių galimybių programuotojams kurti novatoriškas ir paveikias programas. Suprasdami pagrindus, įvaldydami kūrimo įrankius ir teikdami pirmenybę saugumui, galite prisidėti prie augančios blokų grandinės ekosistemos. Kadangi blokų grandinės technologija ir toliau vystosi, norint pasiekti sėkmės, labai svarbu būti informuotam apie naujausias tendencijas ir geriausias praktikas. Šis vadovas suteikia tvirtą pagrindą jūsų išmaniųjų sutarčių kūrimo kelionei, suteikdamas jums galimybę kurti tvirtas ir saugias decentralizuotas programas pasaulinei auditorijai. Nepamirškite teikti pirmenybės nuolatiniam mokymuisi ir bendruomenės įsitraukimui, kad išliktumėte priekyje šioje dinamiškoje srityje. Sėkmės ir linksmo programavimo!