Inteligentne kontrakty Python: Uwalnianie mocy na Ethereum Virtual Machine

Rewolucja blockchain, zapoczątkowana przez kryptowaluty takie jak Ethereum, wprowadziła zmianę paradygmatu w naszym myśleniu o zaufaniu, przejrzystości i zdecentralizowanych systemach. Sercem tej rewolucji jest koncepcja inteligentnych kontraktów – samowykonujących się umów, w których warunki umowy są bezpośrednio zapisane w kodzie. Chociaż Solidity był dominującym językiem do pisania inteligentnych kontraktów na Ethereum Virtual Machine (EVM), rośnie zainteresowanie wykorzystaniem Pythona, języka cenionego za czytelność, rozległe biblioteki i przyjazność dla programistów. Ten post zagłębia się w ekscytujący potencjał Pythona do tworzenia inteligentnych kontraktów na EVM, badając narzędzia, koncepcje i najlepsze praktyki, które umożliwiają programistom na całym świecie wykorzystanie jego mocy.

Ethereum Virtual Machine (EVM): Serce Ethereum

Zanim zagłębimy się w inteligentne kontrakty Python, kluczowe jest zrozumienie środowiska, w którym działają: Ethereum Virtual Machine (EVM). EVM to zdecentralizowana, kompletna w sensie Turinga maszyna wirtualna, która wykonuje inteligentne kontrakty w sieci Ethereum. Pomyśl o niej jako o globalnym, rozproszonym komputerze, który uruchamia kod w sposób deterministyczny i weryfikowalny w tysiącach węzłów. Każdy węzeł w sieci Ethereum uruchamia instancję EVM, zapewniając, że wykonanie inteligentnego kontraktu jest spójne i odporne na manipulacje.

Kluczowe cechy EVM:

• Zdecentralizowana: To nie jest pojedynczy serwer, ale sieć komputerów.
• Deterministyczna: Przy tym samym wejściu i stanie, EVM zawsze da ten sam wynik. Jest to krytyczne dla konsensusu.
• Kompletna w sensie Turinga: Może wykonywać dowolne obliczenia, które może wykonać zwykły komputer, umożliwiając złożoną logikę inteligentnych kontraktów.
• Mechanizm gazu: Każda operacja na EVM kosztuje pewną ilość „gazu”, za którą płaci się w Etherze. Zapobiega to nieskończonym pętlom i zachęca do wydajnego kodu.
• Środowisko w izolacji: Inteligentne kontrakty działają w izolowanym środowisku, uniemożliwiając im dostęp do systemu hosta lub wpływanie na niego.

EVM działa na poziomie kodu bajtowego. Chociaż języki takie jak Solidity są kompilowane do kodu bajtowego EVM, pojawia się pytanie: czy możemy wykorzystać Pythona bezpośrednio lub pośrednio do tego celu?

Atrakcyjność Pythona w rozwoju Blockchain

Popularność Pythona jest niezaprzeczalna. Jego przejrzysta składnia, rozległa biblioteka standardowa i tętniąca życiem społeczność uczyniły go językiem wybieranym do szerokiego zakresu zastosowań, od tworzenia stron internetowych i analizy danych po uczenie maszynowe i automatyzację. Te mocne strony przekładają się niezwykle dobrze na świat blockchain:

• Czytelność i prostota: Czysta składnia Pythona znacznie skraca krzywą uczenia się dla programistów, którzy dopiero zaczynają programowanie inteligentnych kontraktów. Ta dostępność może zdemokratyzować rozwój blockchain, przyciągając szerszą pulę talentów na całym świecie.
• Rozległy ekosystem i biblioteki: Python szczyci się niezrównaną kolekcją bibliotek do niemal każdego zadania. Oznacza to, że programiści mogą wykorzystywać istniejące narzędzia do zadań takich jak manipulacja danymi, kryptografia, praca w sieci i inne, przyspieszając cykle rozwoju.
• Wydajność programistów: Łatwość pisania i testowania kodu Python zwykle prowadzi do wyższej produktywności programistów. Jest to szczególnie korzystne w szybko zmieniającej się przestrzeni blockchain, gdzie często konieczna jest szybka iteracja.
• Wsparcie społeczności: Ogromna i aktywna społeczność Pythona oznacza liczne zasoby, tutoriale i fora pomocy. Ta globalna sieć wsparcia jest nieoceniona dla programistów stojących przed wyzwaniami.

Łączenie Pythona i EVM: Vyper, Pythoniczny język inteligentnych kontraktów

Chociaż sam Python nie kompiluje się bezpośrednio do kodu bajtowego EVM, społeczność blockchain opracowała rozwiązania, aby zniwelować tę lukę. Najbardziej znanym z nich jest Vyper. Vyper to język programowania zorientowany na kontrakty, który ma znaczące podobieństwa składniowe do Pythona. Został zaprojektowany tak, aby był bezpieczny, audytowalny i łatwy do pisania, specjalnie dla EVM.

Filozofia projektowania Vypera podkreśla przejrzystość i bezpieczeństwo nad rozwlekłością. Celowo ogranicza pewne funkcje znajdujące się w Pythonie (i Solidity), które mogą prowadzić do luk w zabezpieczeniach lub utrudniać audyt kodu. To skupienie się na bezpieczeństwie czyni go atrakcyjną opcją do pisania krytycznych inteligentnych kontraktów.

Jak działa Vyper:

• Pythoniczna składnia: Kod Vypera wygląda i sprawia wrażenie Pythona, dzięki czemu jest znajomy dla programistów Pythona.
• Kompilacja do kodu bajtowego EVM: Kod źródłowy Vypera jest kompilowany do kodu bajtowego EVM, który można następnie wdrożyć na blockchainie Ethereum.
• Koncentracja na bezpieczeństwie: Vyper egzekwuje bardziej rygorystyczne zasady i brakuje mu pewnych złożonych funkcji, które można wykorzystać. Na przykład nie ma dziedziczenia w taki sam sposób jak Solidity i dąży do bardziej przewidywalnych kosztów gazu.
• Łatwość audytu: Prostszą składnia i zredukowany zestaw funkcji sprawiają, że kontrakty Vyper są łatwiejsze do przeglądu dla audytorów i do zrozumienia dla programistów.

Przykład: Prosty kontrakt tokenu w Vyper

Przyjrzyjmy się uproszczonemu przykładowi kontraktu tokenu w Vyper, aby zilustrować jego pythoniczny charakter:

            # 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
              
            
          

Zauważ podobieństwo do Pythona: definicje funkcji z dekoratorami (`@external`), deklaracje zmiennych z podpowiedziami typu i standardowy przepływ sterowania. To znacznie ułatwia przejście programistom Pythona.

Inne podejścia i biblioteki

Chociaż Vyper jest głównym dedykowanym pythonicznym językiem inteligentnych kontraktów, inne narzędzia i biblioteki ułatwiają interakcję Pythona z EVM:

• Web3.py: To kluczowa biblioteka do interakcji z blockchainem Ethereum z Pythona. Umożliwia łączenie się z węzłem Ethereum (takim jak Ganache, Infura lub węzeł lokalny), wysyłanie transakcji, wysyłanie zapytań o dane blockchain i wdrażanie kontraktów napisanych w Solidity lub Vyper. Web3.py nie pisze sam inteligentnych kontraktów, ale jest niezbędny do zarządzania nimi i interakcji z nimi.
• Brownie: Oparte na Pythonie środowisko programistyczne i testowe dla inteligentnych kontraktów. Brownie upraszcza proces budowania, testowania i wdrażania inteligentnych kontraktów, oferując funkcje takie jak menedżer projektów, narzędzie do uruchamiania zadań i zintegrowana konsola. Działa bezproblemowo z Solidity i Vyper.
• Eth-Brownie: (Często używane zamiennie z Brownie) - Potężne środowisko programistyczne dla inteligentnych kontraktów Ethereum napisanych w Pythonie. Zapewnia wygodny sposób zarządzania zależnościami, kompilowania kontraktów, uruchamiania testów i interakcji z blockchainem.

Narzędzia te umożliwiają programistom Pythona budowanie złożonych zdecentralizowanych aplikacji (dApps) poprzez abstrakcję wielu nisko poziomowych złożoności interakcji z blockchainem.

Pisanie bezpiecznych inteligentnych kontraktów w Pythonie (Vyper)

Bezpieczeństwo jest najważniejsze w tworzeniu inteligentnych kontraktów. Błąd w inteligentnym kontrakcie może prowadzić do znacznych strat finansowych i nieodwracalnych szkód w reputacji. Projekt Vypera z natury promuje bezpieczeństwo poprzez narzucanie ograniczeń. Jednak programiści nadal muszą przestrzegać najlepszych praktyk:

Najlepsze praktyki dla bezpiecznych inteligentnych kontraktów:

• Utrzymuj prostotę: Złożony kod jest bardziej podatny na błędy i luki w zabezpieczeniach. Trzymaj się podstawowej logiki wymaganej dla twojego kontraktu.
• Dokładne testowanie: Napisz obszerne testy jednostkowe i testy integracyjne dla wszystkich funkcji kontraktu. Używaj środowisk takich jak Brownie do wydajnego testowania.
• Zrozumienie kosztów gazu: Niewydajny kod może prowadzić do nadmiernie wysokich opłat za gaz, wpływając na wrażenia użytkownika i potencjalnie czyniąc kontrakt nieopłacalnym. Vyper dąży do przewidywalności, ale świadomość jest kluczowa.
• Ataki typu reentrancy: Należy pamiętać o lukach w zabezpieczeniach związanych z reentrancy, gdzie zewnętrzny kontrakt może wywołać z powrotem kontrakt wywołujący przed zakończeniem początkowego wykonania, potencjalnie wyczerpując fundusze. Projekt Vypera łagodzi niektóre z tych zagrożeń.
• Przepełnienie/niedopełnienie integera: Chociaż Vyper używa integerów o dowolnej precyzji dla niektórych operacji, programiści nadal muszą pamiętać o potencjalnych problemach z przepełnieniem lub niedopełnieniem, szczególnie w przypadku zewnętrznych danych wejściowych lub obliczeń.
• Kontrola dostępu: Wdróż solidne mechanizmy kontroli dostępu, aby zapewnić, że tylko autoryzowane adresy mogą wykonywać wrażliwe operacje. Użyj modyfikatorów takich jak `owner` lub kontroli dostępu opartej na rolach.
• Zewnętrzne wywołania: Zachowaj ostrożność podczas wykonywania wywołań do zewnętrznych kontraktów. Sprawdź wartości zwracane i rozważ potencjał nieoczekiwanego zachowania zewnętrznego kontraktu.
• Audyty: W przypadku każdego inteligentnego kontraktu gotowego do produkcji niezbędny jest profesjonalny audyt bezpieczeństwa. Zatrudnij renomowane firmy audytorskie do przeglądu kodu.

Przykład: Kontrola dostępu w Vyper

Oto jak możesz wdrożyć prostą kontrolę dostępu opartą na właścicielu w Vyper:

            
# 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
              
            
          

W tym przykładzie modyfikator `@only_owner` zapewnia, że tylko adres, który wdrożył kontrakt (`self.owner`), może wykonać funkcję `withdraw_funds`. Ten wzorzec ma kluczowe znaczenie dla zarządzania wrażliwymi operacjami na blockchainie.

Korzyści z używania Pythona (Vyper) dla inteligentnych kontraktów

• Niższa bariera wejścia: Dla ogromnej globalnej populacji programistów Pythona, Vyper prezentuje znacznie łagodniejszą krzywą uczenia się w porównaniu do opanowania Solidity od podstaw. Może to znacznie przyspieszyć adaptację technologii blockchain.
• Lepsza czytelność i łatwość konserwacji: Nieodłączna czytelność Pythona przekłada się na jaśniejszy i łatwiejszy w utrzymaniu kod inteligentnych kontraktów. Jest to niezbędne dla długoterminowego zarządzania projektami i współpracy, szczególnie w zespołach międzynarodowych.
• Szybkie prototypowanie i rozwój: Wykorzystanie rozległych bibliotek Pythona i przyjaznego programistom charakteru Vypera pozwala na szybsze cykle rozwoju i szybsze prototypowanie dApps.
• Koncentracja na bezpieczeństwie: Wybory projektowe Vypera priorytetowo traktują bezpieczeństwo i audytowalność, pomagając programistom domyślnie budować bardziej niezawodne kontrakty.
• Narzędzia i integracja: Dojrzały ekosystem Pythona zapewnia doskonałe narzędzia do testowania, debugowania i interakcji z inteligentnymi kontraktami (np. Web3.py, Brownie), usprawniając cały przepływ pracy programistycznej.

Wyzwania i uwagi

Pomimo zalet, używanie Pythona do inteligentnych kontraktów wiąże się również z wyzwaniami:

• Ograniczenia EVM: Sam EVM ma ograniczenia i określone koszty gazu związane z operacjami. Programiści muszą rozumieć te niuanse niezależnie od używanego języka wysokiego poziomu.
• Zestaw funkcji Vypera: Chociaż zredukowany zestaw funkcji Vypera zwiększa bezpieczeństwo, może to utrudnić pewne złożone wzorce lub optymalizacje w porównaniu z Solidity. Programiści muszą dostosować się do tych ograniczeń.
• Społeczność i adaptacja: Chociaż społeczność Vyper i Python, zajmująca się tworzeniem inteligentnych kontraktów, rośnie, jest mniejsza niż społeczność Solidity. Może to oznaczać mniej gotowych bibliotek, przykładów i łatwo dostępnych programistów z głęboką wiedzą.
• Dojrzałość narzędzi: Chociaż narzędzia Pythona dla blockchain są doskonałe, ekosystem narzędzi Solidity (np. Hardhat, Truffle) jest prawdopodobnie bardziej dojrzały i ma większą bazę użytkowników.
• Optymalizacja gazu: Osiągnięcie optymalnej wydajności gazu może czasami być trudniejsze w językach wyższego poziomu. Programiści muszą być sumienni w pisaniu wydajnego kodu i rozumieniu, w jaki sposób ich kod Vyper tłumaczy się na kod bajtowy EVM.

Przyszłość inteligentnych kontraktów Python

Krajobraz rozwoju blockchain stale ewoluuje. Rola Pythona w tej ewolucji prawdopodobnie wzrośnie:

• Zwiększona adaptacja Vypera: W miarę jak coraz więcej programistów odkrywa zalety Vypera, oczekuje się, że jego adaptacja wzrośnie, prowadząc do większej społeczności i bogatszego ekosystemu narzędzi i zasobów.
• Interoperacyjność: Trwają prace nad poprawą interoperacyjności między różnymi językami i platformami inteligentnych kontraktów. Może to prowadzić do bardziej bezproblemowej integracji inteligentnych kontraktów opartych na Pythonie z istniejącymi systemami opartymi na Solidity.
• Rozwiązania warstwy 2: Wraz z rozwojem rozwiązań skalowania warstwy 2, koszt i złożoność wdrażania inteligentnych kontraktów maleją. Może to sprawić, że pythoniczne inteligentne kontrakty będą bardziej dostępne i praktyczne dla szerszego zakresu zastosowań.
• Edukacja i zasoby: Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na programistów blockchain na całym świecie, zasoby edukacyjne dotyczące tworzenia inteligentnych kontraktów opartych na Pythonie prawdopodobnie staną się bardziej liczne, co jeszcze bardziej obniży barierę wejścia.

Rozpoczęcie pracy z tworzeniem inteligentnych kontraktów Python

Gotowy do rozpoczęcia budowania inteligentnych kontraktów w Pythonie? Oto plan działania:

1. Zainstaluj Pythona: Upewnij się, że masz zainstalowaną najnowszą wersję Pythona w swoim systemie.
2. Zainstaluj Vypera: Postępuj zgodnie z oficjalną dokumentacją Vypera, aby zainstalować kompilator.
3. Zainstaluj środowisko programistyczne: Zainstaluj Brownie (lub inne środowisko, takie jak ApeWorX) do zarządzania projektami, testowania i wdrażania. Użyj pip: `pip install eth-brownie`.
4. Skonfiguruj lokalny blockchain: Użyj Ganache lub Hardhat Network do lokalnego programowania i testowania bez ponoszenia rzeczywistych kosztów gazu.
5. Napisz swój pierwszy kontrakt: Zacznij od prostych przykładów, takich jak pokazany wcześniej kontrakt tokenu, i stopniowo zwiększaj złożoność.
6. Rygorystyczne testowanie: Napisz obszerne testy dla wszystkich funkcji kontraktu.
7. Ucz się od społeczności: Angażuj się w społeczności Vyper i Brownie, aby uzyskać wsparcie i dzielić się wiedzą.
8. Poznaj Web3.py: Dowiedz się, jak wchodzić w interakcje z wdrożonymi kontraktami z aplikacji Python za pomocą Web3.py.

Wniosek

Python, ze swoją dostępną składnią i potężnym ekosystemem, wypracowuje sobie znaczącą niszę w świecie tworzenia inteligentnych kontraktów. Dzięki językom takim jak Vyper i solidnym środowiskom programistycznym, takim jak Brownie, programiści Pythona mogą teraz z pewnością budować, testować i wdrażać inteligentne kontrakty na Ethereum Virtual Machine. Chociaż wyzwania pozostają, korzyści płynące ze zwiększonej produktywności programistów, lepszej czytelności i niższej bariery wejścia sprawiają, że Python jest atrakcyjnym wyborem dla przyszłości zdecentralizowanego rozwoju aplikacji. Wykorzystując te narzędzia i najlepsze praktyki, programiści na całym świecie mogą przyczynić się do rozwoju ekosystemu Web3 i odblokować nowe możliwości dla zdecentralizowanej przyszłości.

Globalny charakter technologii blockchain oznacza, że narzędzia i języki, które wspierają współpracę i łatwość użytkowania, naturalnie zyskają na znaczeniu. Python, ze swoim uniwersalnym urokiem, jest doskonale przygotowany do odegrania większej roli w kształtowaniu następnej generacji inteligentnych kontraktów i zdecentralizowanych innowacji.