區(qū)塊鏈

介紹區(qū)塊鏈，搭建私鏈，智能合約以及開發(fā)DAPP。

概念

• 用人類的語言講什么是區(qū)塊鏈、挖礦、智能合約
• 區(qū)塊鏈公有鏈和私有鏈、聯(lián)盟鏈、許可鏈
• 區(qū)塊鏈主流開源技術(shù)體系介紹

什么是區(qū)塊鏈

廣義：

區(qū)塊鏈是分布式數(shù)據(jù)存儲，點對點傳輸，共識機制，加密算法等計算機技術(shù)的新型應用模式。

狹義：

區(qū)塊鏈是數(shù)據(jù)庫的一種，它擁有大量的記錄，并將這些記錄全部存放在區(qū)塊內(nèi)，每個區(qū)塊通過加密簽名，鏈接到下一個區(qū)塊。人們可以像使用賬本一樣使用區(qū)塊鏈，可以共享，也可以被擁有適當權(quán)限的人查閱，通俗的說，區(qū)塊鏈其實就是公開的分布式賬簿系統(tǒng)。

挖礦

區(qū)塊鏈需要存儲記錄，那么為什么要幫別人免費存儲？——獎勵

即參與記錄的機器，當對信息進行加密時，滿足一定的條件時，就會得到一定的獎勵。這個加密計算的過程，叫做挖礦。而運行計算的程序，稱為礦機。

智能合約

一個智能合約是一套以數(shù)字形式定義的承諾（promises），包括合約參與方可以在上面執(zhí)行這些承諾的協(xié)議。一個合約由一組代碼（合約的函數(shù)）和數(shù)據(jù)（合約的狀態(tài)）組成，通常運行在以太坊虛擬機上。當滿足一定的條件時，自動履行并通知用戶。

以太坊

目前最大的區(qū)塊鏈開發(fā)者平臺

視頻學習：尚硅谷_區(qū)塊鏈以太坊核心技術(shù)

geth搭建以太坊私鏈

• private-network
• 搭建以太坊私有鏈筆記

以太坊私有鏈搭建

一臺電腦上部署多個節(jié)點。

安裝go-ethereum

# 下載代碼
git clone https://github.com/ethereum/go-ethereum.git

# 進入目錄
cd go-ethereum

# 切換分支
git checkout v1.9.9

# 編譯打包
make all

# 移動到可執(zhí)行目錄
cp build/bin/geth /usr/local/bin
cp build/bin/puppeth /usr/local/bin

創(chuàng)建節(jié)點目錄

由于在一臺電腦上部署多個節(jié)點，所以需要創(chuàng)建多個目錄來保存各自節(jié)點的賬號、區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)。

mkdir eth
cd eth
mkdir node1
mkdir node2

創(chuàng)建賬號

為每個節(jié)點各自創(chuàng)建一個賬號。執(zhí)行 account new 命令后會提示你輸入密碼，也可以不輸入直接回車跳過即可，生成賬號后會給出對應的地址，記錄下新生成的賬號地址，方便后續(xù)配置創(chuàng)世塊使用。如果沒記住也可以通過 eth.accounts 命令查詢。

geth --datadir ./node1/data account new
# 0x2A7d60135d51c799321B191427FB72108e28b75C
geth --datadir ./node2/data account new
# 0xFE677A1EB388E4d04cFb6767547599460442aDf7

配置創(chuàng)世塊

創(chuàng)世塊是區(qū)塊鏈中的第一個區(qū)塊，可以通過 puppeth 來生成創(chuàng)世區(qū)塊，puppeth 是 geth 中自帶的工具，不用單獨安裝，運行 puppeth 命令后會提示你輸入私鏈的名稱。

初始化節(jié)點

geth --datadir node1/data init private.json
geth --datadir node2/data init private.json

啟動節(jié)點

# 啟動第一個
geth --datadir node1/data \
 --networkid 15 \
 --rpc --rpcaddr 0.0.0.0 --rpcport 8545 \
 --port 30303 \
 --nodiscover \
 --allow-insecure-unlock \
 --rpccorsdomain https://remix.ethereum.org \
 console

# 啟動第二個
geth --datadir node2/data \
 --networkid 15 \
 --rpc --rpcaddr 0.0.0.0 --rpcport 18545 \
 --port 60606 \
 --nodiscover \
 --allow-insecure-unlock \
 console

參數(shù)含義：

• --identity：指定節(jié)點 ID
• --rpc：表示開啟 HTTP-RPC 服務
• --rpcaddr：HTTP-RPC 服務ip地址
• --rpcport：指定 HTTP-RPC 服務監(jiān)聽端口號（默認為 8545）
• --datadir：指定區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的存儲位置
• --port：指定和其他節(jié)點連接所用的端口號（默認為 30303）
• --nodiscover：關(guān)閉節(jié)點發(fā)現(xiàn)機制，防止加入有同樣初始配置的陌生節(jié)點
• --allow-insecure-unlock：允許 HTTP 解鎖賬號

建立節(jié)點之間的連接

在各個節(jié)點的 console 輸入 admin.nodeInfo.enode ，可以分別得到節(jié)點信息。

node1：

> admin.nodeInfo.enode
"enode://9103e0b2de12611b2a51b41aa5ed526fa65b50b9d88815171017d547c2835f023c87439d7352fa2bcfa52957925441b5ac638f3ffcd5573bdbb5b811e52d50f2@127.0.0.1:30303?discport=0"
>

node2：

> admin.nodeInfo.enode
"enode://2f9304cd83d3a4e91b2e266efceecdf2a680e9fc89eac3cd6fd90e9ca72cd6e7bf807e03e45487859602ffb522f19c3163226ea5a5a1866b822fdbef00aef85b@127.0.0.1:60606?discport=0"
>

在 node2 的 console 中輸入對 node1 的連接：

> admin.addPeer("enode://9103e0b2de12611b2a51b41aa5ed526fa65b50b9d88815171017d547c2835f023c87439d7352fa2bcfa52957925441b5ac638f3ffcd5573bdbb5b811e52d50f2@127.0.0.1:30303?discport=0")
true
>

在 node1 的 console 中驗證 node2 是否成功建立連接：

> admin.peers
[{
    caps: ["eth/63", "eth/64"],
    enode: "enode://2f9304cd83d3a4e91b2e266efceecdf2a680e9fc89eac3cd6fd90e9ca72cd6e7bf807e03e45487859602ffb522f19c3163226ea5a5a1866b822fdbef00aef85b@127.0.0.1:54276",
    id: "9f471227e38b9b194c26cad6ce7874d2d504de0c8938099c6315a4fd293840c2",
    name: "Geth/v1.9.9-stable/linux-amd64/go1.13.4",
    network: {
      inbound: true,
      localAddress: "127.0.0.1:30303",
      remoteAddress: "127.0.0.1:54276",
      static: false,
      trusted: false
    },
    protocols: {
      eth: {
        difficulty: 3,
        head: "0x26896f9739ae0fff8d63c7793fe524052c37471830004e1f42f63d6ae4c937f3",
        version: 64
      }
    }
}]
>

常用命令

• personal.newAccount("password")：創(chuàng)建賬戶；
• personal.listAccounts：查看賬戶，同eth.accounts
• personal.unlockAccount("0xf3b6bbd4c05eeeb78cf574c5c826e8727cd95da1")：解鎖賬戶；
• eth.accounts：枚舉系統(tǒng)中的賬戶；
• eth.getBalance()：查看賬戶余額，返回值的單位是 Wei（Wei 是以太坊中最小貨幣面額單位，類似比特幣中的聰，1 ether = 10^18 Wei）；
• eth.blockNumber：列出區(qū)塊總數(shù)；
• eth.getTransaction()：獲取交易；
• eth.getBlock()：獲取區(qū)塊；
• miner.start()：開始挖礦；
• miner.stop()：停止挖礦；
• eth.coinbase：挖礦獎勵的賬戶
• web3.fromWei()：Wei 換算成以太幣；
• web3.toWei()：以太幣換算成 Wei；
• txpool.status：交易池中的狀態(tài)；
• admin.addPeer()：連接到其他節(jié)點；
• admin.nodeInfo：查看節(jié)點摘要信息

開啟挖礦

在 node2 開啟挖礦：

> miner.start()
INFO [01-15|17:35:09.807] Transaction pool price threshold updated price=1000000000
null
> INFO [01-15|17:35:09.807] Commit new mining work                   number=1 sealhash=5a0d4f…a8b50e uncles=0 txs=0 gas=0 fees=0 elapsed=153.486μs
WARN [01-15|17:35:09.807] Block sealing failed                     err="authentication needed: password or unlock"

解鎖挖礦用戶，再挖礦：

> personal.unlockAccount("0xFE677A1EB388E4d04cFb6767547599460442aDf7")
Unlock account 0xFE677A1EB388E4d04cFb6767547599460442aDf7
Password:
true
> miner.start()
INFO [01-15|17:46:06.428] Transaction pool price threshold updated price=1000000000
null
> INFO [01-15|17:46:06.428] Commit new mining work                   number=1 sealhash=586bf3…585097 uncles=0 txs=0 gas=0 fees=0 elapsed=177.262μs
INFO [01-15|17:46:06.429] Successfully sealed new block            number=1 sealhash=586bf3…585097 hash=cafedf…b7e662 elapsed=860.675μs
INFO [01-15|17:46:06.429] :hammer: mined potential block                  number=1 hash=cafedf…b7e662
INFO [01-15|17:46:06.430] Commit new mining work                   number=2 sealhash=eb8562…c8587c uncles=0 txs=0 gas=0 fees=0 elapsed=394.973μs
INFO [01-15|17:46:06.430] Signed recently, must wait for others

同理，在 node1 上也開啟挖礦（因為只有2個節(jié)點，必須同時挖才行）：

> personal.unlockAccount("0x2A7d60135d51c799321B191427FB72108e28b75C")
Unlock account 0x2A7d60135d51c799321B191427FB72108e28b75C
Password:
true
> miner.start()
INFO [01-15|17:46:06.428] Transaction pool price threshold updated price=1000000000
null
> INFO [01-15|17:46:06.428] Commit new mining work                   number=1 sealhash=586bf3…585097 uncles=0 txs=0 gas=0 fees=0 elapsed=177.262μs
INFO [01-15|17:46:06.429] Successfully sealed new block            number=1 sealhash=586bf3…585097 hash=cafedf…b7e662 elapsed=860.675μs
INFO [01-15|17:46:06.429] :hammer: mined potential block                  number=1 hash=cafedf…b7e662
INFO [01-15|17:46:06.430] Commit new mining work                   number=2 sealhash=eb8562…c8587c uncles=0 txs=0 gas=0 fees=0 elapsed=394.973μs
INFO [01-15|17:46:06.430] Signed recently, must wait for others

DAPP

基于區(qū)塊鏈的APP

remix

remix IDE

啟用插件

• Solidity compiler
• Deploy & run transactions

投票合約

投票合約

pragma solidity >=0.5.0 <6.0.0;

contract Vote {

    uint[] _candidates;
    mapping(uint => uint) _voters;

    constructor(uint[] memory candidates) public {
        _candidates = candidates;
    }

    function doVote(uint candidate) public {
        require(validCandidate(candidate));
        _voters[candidate] += 1;
    }

    function display(uint candidate) public view returns (uint) {
        assert(validCandidate(candidate));
        return _voters[candidate];
    }

     function validCandidate(uint candidate) private view returns (bool) {
        for(uint i; i < _candidates.length; i++) {
            if (_candidates[i] == candidate) {
                return true;
            }
        }
        return false;
    }

}

部署：

投票：

證件存儲合約

pragma solidity >=0.5.0 <6.0.0;

contract IDCard {

    string _info;

    constructor(string memory info) public {
        _info = info;
    }

    function display() public view returns (string memory) {
        return _info;
    }

}

合約部署：

truffle

Truffle使開發(fā)者從智能合約和 DApp 模板開始，構(gòu)建越來越復雜的應用程序。

安裝命令行工具：

npm install -g truffle

創(chuàng)建項目

# 創(chuàng)建目錄
mkdir egova-dapp
cd egova-dapp

# 初始化環(huán)境
truffle unbox metacoin

如下是對項目結(jié)構(gòu)的說明：

• contracts/: Directory for Solidity contracts
• migrations/: Directory for scriptable deployment files
• test/: Directory for test files for testing your application and contracts
• truffle.js: Truffle configuration file

接下來進行合約的編譯，部署等操作見文檔即可。

web3.js

nodejs 項目使用 web3.js 更方便。

下面采用 koa 框架搭建服務端，在 truffle 的基礎(chǔ)上搭建。

編譯合約

采用 truffle 進行編譯

truffle compile

編譯文件會寫入 build/constracts/ 目錄下。

搭建koa

這里不詳細展開，只介紹 nodejs 與區(qū)塊鏈交互部分。

與區(qū)塊鏈交互

項目中，server/blockchain.js 是封裝的 web 接口。

// web3js實例對象
const web3 = require('../util/web3');
// 這里是獲取到編譯后的合約，即上面 build/constracts/ 目錄下的 IDCard.json 文件
const { compiledContract } = require('../util/contract');
const config = require('../config');

// 合約
const contract = new web3.eth.Contract(compiledContract.abi);

// 服務接口
const svr = {
    deploy: async (data) => {
        // 部署合約
        const instance = await contract.deploy({
            data: compiledContract.bytecode,
          	// 數(shù)組的參數(shù)，會傳入部署的合約的構(gòu)造函數(shù)，我這里就是 IDCard 合約
            arguments: [data],
        }).send({
          	// 部署合約的賬號
            from: config.eth.from,
            value: 0,
        });
        return instance._address
    },
    display: async (address) => {
        // 引用存在的合約
        const instance = new web3.eth.Contract(compiledContract.abi, address);
        // 調(diào)用合約方法
        return await instance.methods.display().call();
    }
}

module.exports = {
    deploy: async (ctx) => {
        const body = ctx.request.body;
        if (!body.data) {
            ctx.throw(400, '.data required');
        }
        const address = await svr.deploy(body.data);
        ctx.body = {
            address: address,
        }
    },
    display: async (ctx) => {
        const params = ctx.params;
        const data = await svr.display(params.address);
        ctx.body = {
            data: data,
        }
    }
};

接口測試

部署合約：

查看信息：

web3j

web3j is a lightweight, highly modular, reactive, type safe Java and Android library for working with Smart Contracts and integrating with clients (nodes) on the Ethereum network。

安裝命令行工具

依賴

<dependency>
  <groupId>org.web3j</groupId>
  <artifactId>core</artifactId>
  <version>4.5.12</version>
</dependency>

使用

// defaults to http://localhost:8545/
Web3j web3 = Web3j.build(new HttpService());
Web3ClientVersion web3ClientVersion = web3.web3ClientVersion().sendAsync().get();
String clientVersion = web3ClientVersion.getWeb3ClientVersion();

spring-boot項目使用

配置Web3j：

/**
 * Web3j配置
 *
 * @author 奔波兒灞
 * @since 1.0
 */
@Data
@Validated
@ConfigurationProperties(prefix = Web3jProperties.PREFIX)
public class Web3jProperties {

    static final String PREFIX = "web3j";

    private String url = "http://localhost:8545/";

    @NotNull
    private Deploy deploy;

    @NotNull
    private Gas gas;

    @Data
    @Validated
    public static class Deploy {

        @NotBlank
        private String wallet;

        @NotBlank
        private String password;

    }

    @Data
    @Validated
    public static class Gas {

        @NotNull
        private Long price;

        @NotNull
        private Long limit;

    }

}

/**
 * 配置Web3j
 *
 * @author 奔波兒灞
 * @since 1.0
 */
@Configuration
@RequiredArgsConstructor
@EnableConfigurationProperties(Web3jProperties.class)
public class Web3jConfiguration {

    private final Web3jProperties properties;

    @Bean(destroyMethod = "shutdown")
    public Web3j web3j() {
        return Web3j.build(new HttpService(properties.getUrl()));
    }

    @Bean
    public Credentials deployCredentials() {
        Web3jProperties.Deploy deploy = properties.getDeploy();
        Credentials credentials;
        try {
            return WalletUtils.loadCredentials(deploy.getPassword(), deploy.getWallet());
        } catch (IOException e) {
            throw new RuntimeException("read wallet failed", e);
        } catch (CipherException e) {
            throw new RuntimeException("cipher failed", e);
        }
    }

    @Bean
    public ContractGasProvider gasProvider() {
        Web3jProperties.Gas gas = properties.getGas();
        return new StaticGasProvider(BigInteger.valueOf(gas.getPrice()), BigInteger.valueOf(gas.getLimit()));
    }

}

配置：

web3j:
  url: http://47.101.136.24:8545
  deploy:
    wallet: wallet.json
    password: 123456
  gas:
    price: 1_000_000_000
    limit: 170294

采用 truffle compile 先編譯 .sol 文件成 json

打包代碼：

bin/web3j/bin/web3j truffle generate /Users/xuanbo/Projects/egova/egova-dapp/build/contracts/IDCard.json \
 -o src/main/java \
 -p com.egova.dapp.contract

測試合約部署：

/**
 * 測試Web3j
 *
 * @author 奔波兒灞
 * @since 1.0
 */
@Slf4j
@RunWith(SpringRunner.class)
@SpringBootTest(classes = Application.class)
public class Web3jTest {

    @Autowired
    private Web3j web3j;

    @Autowired
    private Credentials deployCredentials;

    @Autowired
    private ContractGasProvider gasProvider;

    @Test
    public void version() throws IOException {
        Web3ClientVersion web3ClientVersion = web3j.web3ClientVersion().send();
        String clientVersion = web3ClientVersion.getWeb3ClientVersion();
        log.info("clientVersion: {}", clientVersion);
    }

    @Test
    public void deployContract() {
        String info = "李四";
        RemoteCall<IdCard> deploy = IdCard.deploy(web3j, deployCredentials, gasProvider, info);
        deploy.sendAsync().whenComplete(((idCard, e) -> {
            if (e == null) {
                String address = idCard.getContractAddress();
                log.info("deploy success, contract address: {}", address);
            } else {
                log.error("deploy failed", e);
            }
        }));
    }

}