На чем программируют блокчейн

Все мы знаем, что для создания блокчейн-приложения необходимо иметь доступ к узлам, установка и запуск которых требует кучу времени (по сути работа на полный день)

Каждый блокчейн написан на определенном языке программирования, обучаться ему долго, а научиться кодить для нескольких блокчейнов практически невозможно, к тому же смарт-контракты для создания блокчейн-приложений написаны с использованием совершенно других языков, чем сами блокчейны, оттого наем блокчейн-разработчиков дорог

В ходе общения с моими белорусскими IT-товарищами из Чехии (уехали после известных в Беларуси событий), выяснилось, что существует приложение Татум (Tatum, как фамилия актера), которое вроде как позволяет творить в блокчейне без опыта, поддерживает 40 протоколов блокчейна без надобности кодить каждый отдельно

На сайте Tatum написано, что они дают уже готовые смарт-контракты, то есть разработчикам не нужно изучать Solidity или любой другой язык программирования смарт-контрактов, также можно создавать токены NFT или ERC-20 и ERC-1155 и аукционные смарт-контракты

✅Сам я пока этим Tatum не воспользовался, но может кому-то он будет полезен, мне же интересно — будет ли этот проект успешным и лишит ли работы кого-то из блокчейн-разработчиков

На чём пишут блокчейны? Языки программирования

Во-первых, вот откуда можно почерпнуть данные по чейнам и/или языкам программирования:

1. Общий список №01: https://chainlist.org
2. Общий список №02 (из Китая): https://www.ccidgroup.com/info/1105/33813.htm
3. EVM-список: https://bytwork.com/articles/blokcheyny-evm
4. Блокчейн-проекты (компании) №01: https://golden.com/query/list-of-blockchain-companies-W9Z
5. Список проектов №02: https://coinmarketcap.com
6. Языки программирования в блокчейнах (англ.): https://appinventiv.com/blog/best-blockchain-programming-languages/
7. Языки программирвания в блокчейн-проектах №01: https://medium.com/coinmonks/list-of-programming-languages-and-frameworks-used-in-41-crypto-projects-2b7223099c57
8. Языки программирвания в блокчейн-проектах №02: https://mining-cryptocurrency.ru/yazyki-programmirovaniya-dlya-blokchejna-i-smart-kontraktov/
9. Отчёт по языкам программирования за 2021 год: https://insights.stackoverflow.com/survey/2021#overview

Во-вторых, здесь речь идёт именно о блокчейнах, поэтому разного рода DAG-системы (IoTA, Byteball, Heshgraph, IoTeX , Holochain, etc.) в расчёт не приняты. DLT тоже опущены: XRP-ledger, ряд решений на IBM Hyperledger: тем более — все приватные (закрытые), корпоративные, подобные прочие решения, которые к блокчейнам не относятся . В-третьих, очевидные EVM-форки (Huobi ECO, OKeX-chain, Gate.io-chain, Harmony, Fantom, Aurora, etc.), кроме, пожалуй, L2-решений, но и из них не все взяты в расчёт. В-четвёртых, ряд решений объединены по понятным причинам: EOS, WAX (отчасти), Hive, Steem, Golos (отчасти); Arbitrum, Optimism, Loopring и другие, хотя не всегда это правильно в деталях (скажем, Polygon вынесен как яркий представитель Plasma-имплементаций) — в стратегии познания правильно точно. В-четвёртых, в расчёт приняты не самые популярные, но отличающиеся от иных чейны: Lisk, Elrond, Cardano. В-пятых, ограничился списком пока из 20, потому как общий анализ требует куда больше времени и сил:

1. Avalanche;
2. Bitcoin;
3. BNB chain (BSC);
4. Cardano;
5. Celo;
6. Cosmos (Tendermint, Terra, etc.),
7. Elrond;
8. EOS (Bitshares, Steem/Golos, Hive, Wax);
9. Ethereum (EVM-совместимые);
10. Lisk;
11. Near;
12. Nem;
13. Neo;
14. Polkadot;
15. Polygon;
16. Solana;
17. Telos;
18. Tezos;
19. Waves;
20. Zilliqa.

Avalanche

Общие данные можно найти:

1. В WP: https://assets.website-files.com/5d80307810123f5ffbb34d6e/6008d7bbf8b10d1eb01e7e16_Avalanche%20Platform%20Whitepaper.pdf
2. Wiki: https://en.wikipedia.org/wiki/Avalanche_(blockchain_platform)
3. Github: https://github.com/ava-labs/
4. API: https://docs.avax.network/build/avalanchego-apis/

;
• JavaScript ( Vue );
• Python.

И, конечно же, в Avalanche есть есть Solidity, поскольку есть EVM-модуль: https://github.com/ava-labs/avalanche-smart-contract-quickstart .

Отмечу недавнюю фичу (2020): “​​являясь, по сути, AWS -для-финансов, Avalanche призвана обеспечить передовую инфраструктуру для создания децентрализованных финансовых приложений (DeFi), позволяя любому человеку запускать собственные блокчейны с пользовательскими валидаторами и выпускать активы в соответствии с любыми требуемыми функциями и правилами, включая пользовательские виртуальные машины и программируемое соблюдение законодательства”, — что фактически превращает ряд функций блокчейна в облачный сервис.

Bitcoin

1. C++;
2. C;
3. Python.

Безусловно, здесь велик вклад именно Си++, но, если хочется погрузиться глубже, то рекомендую изучить Taproot — там сокрыто много интересного и полезного:

BNB chain (BSC)

На самом деле — самый что ни на есть стандартный EVM-блокчейн, контролируемый через псевдо-PoS консенсус с минимальным количеством валидаторов, но из-за популярности — отмечу и его. Языки следующие:

1. Go;
2. Typescript;
3. Solidity.

Более того — можно даже разделить систему по этим языкам:

1. Клиент BSC на основе форка go-ethereum, схема подписи ECDSA: Go; для взаимодействия с чейном: Typescript;
2. Genesis Contracts: Solidity.

Cardano

Собственно, с них когда-то всё и началось. Судите сами:

1. Haskell;
2. Javascript; .

Неплохой набор…, если вы — высококлассный специалист. А если нет? Поэтому с одной стороны Cardano в 2021 году продвинулся по разработке больше всех (не факт, что дальше), но уже сегодня испытывает нехватку в трудовых резервах.

Celo

Здесь всё просто:

1. Go;
2. TypeScript.

Cosmos

И хотя тут большая часть создаётся на Go: https://github.com/cosmos/cosmos-sdk , всё же есть и Rust-модуль: https://github.com/cosmos/cosmos-rust . Для Hub-ов же используется и Python.

Elrond

EOS

Поскольку семейство Bitshares (Graphene) появилось давно — даже раньше Ethereum, хоть и смарт-контракты там в “нормальном” виде появились чуть позже, то ожидаемо применение:

1. Си++;
2. TypeScript.

Ethereum

Пожалуй, это самая развитое семейство (EVM) блокчейнов, кто бы и что бы ни говорил, поэтому и языков здесь несколько:

1. Go ( https://github.com/ethereum/go-ethereum );
2. C++;
3. Solidity ( https://github.com/ethereum/solidity ).

Безусловно также, что именно Solidity — простота этого языка — помогли вырваться Эфиру на почётное второе место в ТОП-е криптовалют и на много лет — на первое место именно с точки зрения развитости экосистемы самого чейна. От ETH2 многого не жду, тем паче — что даже название сменили, пока меняли, но всё же очевидно, что В. Бутерин лучше других подошёл к проблеме шардинга, обновления консенсуса, а значит — и ко всем иным вопросам, связанным с этими двумя.

Lisk

Не думаю, что этот блокчейн популярен, но то, что он полностью создан на JavaScript / TypeScript, заслуживает внимание само по себе как факт: https://github.com/LiskHQ .

Near

В связи с парадигмой “лучше проще, да лучше” также имеет несколько языков программирования для разных модулей — разные ( https://github.com/near ):

1. Rust;
2. JavaScript;
3. TypeScript;
4. Python.

При этом, благодаря новациям 2020 года, можно использовать и возможности EVM+Solidity: https://near.org/blog/running-ethereum-applications-on-near/ .

Nem (Symbol)

Этот блокчейн ввёл много инноваций наряду и параллельно с другими: и пространство имён, и PoI-консенсус, и много другого https://nemproject.github.io/nem-docs/pages/Overview/docs.en.html . Отмечу ещё и вот что : “основная блокчейн-сеть NEM была написана на Java. Язык очень популярен в индустрии блокчейна; помимо НИХ он используется в контрактах IOTA, NEO и Hyperledger, IBM Blockchain, Tron, NEBLIO и Ethereum”, — но, как видим, сегодня это в большинстве случаев не так.

JS, которая, напомню, к Java не имеет никакого отношения, также в чейне используется по назначению: https://github.com/QuantumMechanics/NEM-sdk .

Neo

Этот блокчейн стоило указать хотя бы потому, что изначально он был написан на С# (си шарп). При этом “механизм написания смарт-контрактов NeoContract поддерживает такие языки программирования, как C#, VB.Net, F#, Java , Kotlin и Python”.

Polkadot

Это ещё один ярый приверженец Rust: https://github.com/paritytech/wasmi . По данным Гитхаба также используются:

• JavaScript;
• TypeScript;
• C++;
• Shell.

Polygon

Оставил его, так как он есть наследник Plasma. В остальном — всё довольно прозаично и нужно лишь открыть гит:

1. Go;
2. JavaScript;
3. TypeScript;
4. Rust;
5. Solidity.

Пожалуй, добавлю лишь лучшую статью по L2, написанную на русском языке: cyberacademy-dev.medium.com/what-is-blockchain-layer-2-solutions-304408000675 , где рассказано и про Polygon (Matic) в том числе.

Solana

Один из самых дорогих блокчейн проектов: Биткоин обошёлся в условный 0, Ethereum — в 18.5М, а вот Solana уже в сотни миллионов долларов. При этом стэк — вполне стандартный:

1. Rust;
2. JavaScript;
3. TypeScript.

Telos

Когда-то, по данным https://blocktivity.info , сей блокчейн входил в ТОП перспективных. Стек основной у него следующий:

1. Си++;
2. JavaScript;
3. TypeScript.

Фактически это форк EOS, созданный для совместимости с EVM-смарт-контрактами.

Tezos

Наряду с Ethereum, EOS, Cosmos, Polkadot, Waves этот блокчейн был создан благодаря эпохе ICO и прошёл много страданий, прежде чем закрепиться на крипто-Олимпе. Пожалуй, по всем параметрам — у него самый необычный стек:

; ;
1. Python; (Gallina); .

Выделю отдельно следующее : “Michelson — низкоуровневый, специфический, стековый язык программирования, который используется для написания смарт-контрактов в блокчейне Tezos. Michelson был разработан для облегчения процедуры формальной верификации, позволяя пользователям подтверждать свойства своих контрактов”.

Waves

Здесь, пожалуй, стоит выделить язык смарт-контрактов RIDE . Помимо этого используются:

1. Java;
2. Scala;
3. JavaScript;
4. TypeScript;
5. C;
6. Go.

Подробней, пожалуй, можно почитать про RIDE: https://docs.waves.tech/ru/ride/ — тем более что где-где, а в Waves документации на русском языке хатает.

Zilliqa

Ещё один представитель экзотики:

1. Си++;
2. OCaml;
3. Go;
4. JavaScript;
5. TypeScript.

На этом, пожалуй, и завершу.

Сводная аналитика

Итак, вот предварительные выводы:

1. В начале были популярны блокчейны, написанные на Си++, в силу разных факторов, но прежде всего — безопасность и возможность написания обобщённого кода с помощью шаблонов (Bitcoin, Litecoin, Dogecoin, etc.: по наследству — и EOS, если понимать историю битшар и графен-семейства);
2. Всё изменилось с приходом Ethereum & Solidity: EVM и вовсе стала переворотом в индустрии и выросли на поляне чейнов многие и на L1 и на L2 уровнях: BSC, Polygon, Arbitrum, Optimism, Fantom, Aura, Harmony, etc.:
3. Сегодня же основная борьба идёт между Go — более “быстрым” в начале разработке, и Rust — более продвинутым в стилистике ошибок и других векторах;
4. И всё же первое место с уверенным отрывом достаётся именно Go (см. таблицу ниже);
5. При этом наработки Python, JavaScript для Web части и API — несомненны.

Вот какая предварительная и не во всём точная таблица в итоге получается:

Далее хотелось бы сопоставить это с рынком труда программистов, но не сегодня: не в этот раз — точно. Но точно будет и об этом публикация.

Что же дальше?

Дальше нужно изучить блокчейны, исходя из разных критериев:

1. Консенсусов (PoI, PoS, PoW, etc.);
2. Экологичности;
3. Анонимности (LTC, Grin, Zcash, Monero, etc.);
4. Уровней децентрализации;
5. Других критериев…

И? И в итоге найти лучшие практики, чтобы понять перспективы развития: в конечном счёте от скорости и качества разработки зависит если не всё, то многое. Если вам это тоже интересна классификация — следите за этим Хабом, подписывайтесь на канал и

10 лучших языков блокчейн-программирования

Если вы, как и автор этого материала, технологически ориентированный человек, скорее всего, вы хотя бы раз задавались вопросом обо всех последних проблемах, связанных с блокчейном и криптовалютами.

Итак, что это вообще такое – блокчейн, и почему у вас возникло желание узнать о нем побольше?

Блокчейн, как следует из названия, представляет собой цепочку блоков. Они соединены последовательно с использованием сложной криптографической логики. Эта технология была впервые реализована Сатоши Накамото при создании популярной криптовалюты BitCoin.

Технология блокчейн широко используется в отрасли благодаря высокому уровню безопасности, который она обеспечивает в бизнес-транзакциях. Мировой рынок блокчейнов в настоящее время оценивается в 1,2 миллиарда долларов, и специалисты прогнозируют, что к 2025 году он достигнет отметки в 57 миллиардов долларов, ежегодно развиваясь более чем на 69%. Крупные предприятия и инвесторы объединяются с консультационными организациями по блокчейну, чтобы развивать инновации в области цифровых валют, смарт-контракты, передаваемые записи для обычных банков, игровые токены и инвентаризационную сеть для управленческих структур.

Разработчики блокчейнов одинаково востребованы повсюду, от корпоративных фирм до промышленных банков. Таким образом, владение этим современным навыком путем изучения лучшего языка программирования блокчейнов гарантирует вам преимущество над другими разработчиками.

Какие языки программирования для блокчейна лучше всего?

В настоящее время разработчики используют для создания собственных программ на блокчейне распространенные языки программирования, такие как C ++ и Java. Помимо того, специалисты по криптовалюте создали такие языки, как Simplicity и Solidity, которые специально предназначены для улучшения блокчейна. Ниже мы сформируем наш список топ-10 лучших языков для блокчейн-программирования.

Зачем нужен блокчейн?

Традиционный финансовый сектор использует банк в качестве регистратора и посредника. Чтобы перевести наличные деньги компаньону, физическое лицо должно сначала обратиться в свой банк и попросить отправить деньги на определенный номер записи. Банк проверяет данные отправителя об активах, перемещает эти активы к цели и вносит обмен в записи отправителя. Принимающий банк должен сделать нечто очень похожее.

В любом случае проблема с этой обычной финансовой структурой заключается в том, что записи хранятся внутри банка и не защищены от взлома и контроля. Блокчейн устраняет эту опасность, размещая все записи в децентрализованной сети, доступ к которой может получить кто угодно. Блокчейн использует квадраты или скопления информации, такие как строки и сегменты электронной таблицы, для хранения информации. Квадраты добавляются в блокчейн при последовательном запросе. В отличие от обычных банковских записей, которые хранятся внутри, каждый клиент блокчейна имеет полную запись всей цепочки транзакций на своем ПК. Это означает, можно быстро обнаружить любой обмен, который когда-либо происходил, если есть сравниваемый хэш-код. Поскольку эта информация хранится свободно, ее нельзя изменить или стереть, что позволяет клиентам чувствовать себя спокойно и доверять структуре.

Организации, заинтересованные в использовании блокчейна, ищут тех, кто владеет соответствующими языками программирования. Вот лучшие языки программирования для Blockchain:

C++ продолжает оставаться одним из самых известных языков программирования в мире технологий, а также доминирует в бизнесе блокчейнов.

Упорядоченный по статьям язык идеально подходит для улучшения блокчейна, поскольку он использует те же стандарты, что и блокчейн, например, воплощение, обсуждение, полиморфизм и сокрытие информации, чтобы избежать случайных изменений информации.

Инженеры также ценят C ++ за его способность управлять памятью. Язык помогает обеспечить безопасность квадратов и справиться с огромным количеством требований к ресурсам, позволяя каждому системному концентратору подтверждать или отклонять отдельные квадраты.

C ++ дополнительно широко используется блокчейн-проектами из-за того, как он обрабатывает параллельные операции и привязку. Язык предназначен для выполнения как параллельных, так и непараллельных назначений, несмотря на улучшение однострочного исполнения.

EOS — отличный пример блокчейн-программы, работающей с C ++.

Программирование с открытым исходным кодом было реализовано Square в 2018 году и предназначено для обработки обменов быстрее, чем выбор, ограничивая продукт только 21 квадратными центрами создания. Это позволяет продукту подтвердить обмен менее чем за секунду и выполнить его всего за две минуты.

2. JavaScript

GitHub с недавних пор позиционирует JavaScript как самый распространенный язык для разработчиков — 95% сайтов используют его так или иначе. Как бы то ни было, JavaScript — не только властелин веб-продвижения; адаптируемый язык программирования дополнительно широко используется для улучшения блокчейна.

Одна из причин, по которой разработчики блокчейнов высоко ценят JavaScript, является прямым результатом того, как он обрабатывает нестандартный код. Это важно для блокчейна, поскольку одновременно могут запускаться тысячи транзакций. Необычное параллельное программирование позволяет программе постоянно выполнять множество действий. Стандартное синхронное программирование просто не может справиться с таким объемом. Запуская многочисленные действия с двойным нестандартным кодом, можно улучшить время отклика при программировании и выполнение приложений. Это позволяет блокчейн-проектам справляться с огромным объемом операций, не препятствуя их выполнению и не разочаровывая клиентов.

3. Java

Единственный язык, который может бросить вызов господству C ++ в отрасли, — это Java, и на то есть веские причины.

Java во многом похожа на C ++ в отношении объектно-ориентированного подхода и обширного сообщества сторонних приложений и платформ. Однако основной причиной использования Java в качестве де-факто языка программирования блокчейнов в отрасли является его высокая мобильность. Программы, написанные на Java, переносимы на любое вычислительное устройство, поскольку они не полагаются на системную архитектуру, а вместо этого используют для выполнения универсальную JVM (виртуальную машину Java). Это делает Java одним из лучших языков программирования для блокчейна.

4. Python

Python, вероятно, самый популярный язык программирования, который вы можете изучать в наши дни. Он очень популярен, потому что его легко изучить и использовать, он работает во всех операционных системах и позволяет создавать самые разные программы: будь то веб-приложения, настольные приложения, служебные скрипты или программы для анализа данных и машинного обучения. Так же вы можете создать с ним собственный блокчейн и криптовалюту.

5. Solidity

Solidity — это продуманный язык усовершенствования контрактов и блокчейнов, который широко применяется разработчиками Ethereum. Он использует значительное количество неотличимых от JavaScript стандартов и знаков препинания для создания высококачественных децентрализованных приложений.

Инженеры склоняются к этому языку, поскольку он позволяет им составлять код повышенного уровня для блокчейна Ethereum, второй по популярности цифровой валюты блокчейна, который может быть собран в машинный код низкого уровня. Кроме того, Solidity позволяет использовать расширенные записи обмена Ethereum для заключения соглашений между организациями. В формулировке соглашения используются инварианты, предварительные условия и постусловия, чтобы упростить процедуру продвижения и процесс определения срока действия соглашения для клиентов.

Solidity в настоящее время доступен на нескольких блокчейнах, включая Ethereum, Ethereum Great, Tendermint и Counterparty. Он используется для различных целей, включая деловые контракты, бартер, краудфандинг, и это только начало.

6. Ruby

Несмотря на то, что Ruby довольно стар и давно испытан в отрасли, он набрал обороты как язык программирования блокчейнов за последние пару лет или около того.

Ruby, интерпретируемый язык высокого уровня с объектно-ориентированными функциями, очень похож на Python и может быть жизнеспособным языком кодирования блокчейна по множеству причин.

Он предлагает разработчикам возможность быстро прототипировать свое видение, используя сторонние API и плагины с открытым исходным кодом. Экосистема Ruby процветает благодаря постоянным участникам сообщества, возникшего с момента создания Ruby как фактического веб-языка начале этого века. Ruby особенно часто используют азиатские разработчики, а именно они на данный момент составляют большинство разработчиков блокчейнов с открытым исходным кодом.

7. Simplicity

Simplicity — это совсем новый язык программирования, который был выпущен в ноябре 2017 года и специально создавался для смарт-контрактов и улучшения блокчейна.

Язык скрывает от архитекторов низкоуровневые согласованные части, чтобы повысить эффективность и избежать прерывания работы инженеров, что является одной из причин, по которой он быстро становится широко известным в сети.

Как и C ++, это язык с упорядочением элементов, который использует неотличимые от блокчейна стандарты для предотвращения грубых ошибок и изменений в информации. Он дополнительно использует деревья Меркла для сортировки проектов.

Создатели языка продолжают работать над расширением его возможностей. Можно надеяться, что после завершения этой работы и включения Simplicity в биткойн язык будет использоваться в большем количестве приложений.

Идея Роберта Гриземера, Роба Пайка и Кена Томпсона, пионера современных языков программирования, Go – это лучший язык программирования на блокчейне для построения структуры гипер-леджера. Статически типизированный, но скомпилированный язык соответствует уровню производительности, необходимому для языка кодирования блокчейна.

Go поставляется со всеми расширенными функциями, которые вам понадобятся при создании вашего первого бокчейна, а именно с классами и наследованием, универсальными шаблонами, аннотациями, конструкторами и исключениями.

Go предлагает первоклассную поддержку параллелизма в блокчейн-приложениях благодаря продуманной реализации каналов и интерфейсов.

Короче говоря, это один из лучших языков программирования для блокчейна, когда дело доходит до разработки системы, которая не только эффективна, но и молниеносна.

9. Rust

Самый новый язык программирования блокчейнов на данный момент.

Rust стремится предоставить разработчикам блокчейнов с открытым исходным кодом возможность создавать быстрые и эффективные системы блокчейнов. Мы обнаружили, что Rust исключительно хорош, когда дело касается задач, связанных с процессором. Вы можете использовать функциональный или императивный подход с Rust для разработки вашего блокчейна. Это один из лучших языков программирования для блокчейна благодаря высокопроизводительному механизму обработки изменяемых состояний.

Компилятор Rust обеспечивает впечатляющую оптимизацию вашего блокчейна. Быстрый, безопасный для памяти и исключительно параллельный характер этого языка кодирования блокчейнов делает его наиболее подходящим для разработки реальных блокчейнов.

10. PHP

Хотя он больше не подходит для современного Интернета, PHP по-прежнему охватывает большинство веб-систем. Его также можно использовать для создания простых и сложных систем блокчейнов, благодаря его объектно-ориентированным функциям и обширному активному сообществу с открытым исходным кодом.

Если вы новичок в программировании и хотите попробовать себя в кодировании блокчейна, PHP может оказаться для вас лучшим вариантом. Значительное количество разработчиков PHP гарантирует готовую рабочую силу, если вы разработаете что-то высокопроизводительное и решите стать корпоративным.

Резюме

Блокчейн никуда не денется. Популярная технология ведения учета делает возможным обмен криптовалютой и широко используется корпорациями, частными лицами и консалтинговыми службами по блокчейну для разработки программного обеспечения. Разработчики могут легко использовать популярные языки программирования, такие как C ++ и Java, для разработки блокчейнов. В качестве альтернативы сообщество недавно создало языки, ориентированные специально на блокчейн, такие как Solidity и Simplicity, которые делают разработку криптовалюты плавным процессом.

Можно ожидать, что в ближайшие несколько лет появится больше оригинальных языков, поскольку рынок блокчейнов продолжает быстро расти, а криптовалюта начинает использоваться все большим количеством людей.

Блокчейн на JavaScript

В последнее время криптовалюты и блокчейн-технологии стали невероятно популярными. Сегодня я расскажу о моём подходе к созданию блокчейн-платформы на JavaScript с использованием всего 60 строк кода. Я — начинающий блокчейн-разработчик, поэтому если я в чём-то ошибаюсь — поправьте меня в комментариях.

Что такое блокчейн?

Прежде чем мы займёмся программированием — надо разобраться с тем, что такое блокчейн (blockchain, цепочка взаимосвязанных блоков). С технической точки зрения, в минимальном представлении, это всего лишь список объектов, содержащих некую информацию — вроде отметки времени, сведений о транзакциях, хешей. Эти данные должны быть иммутабельными и надёжно защищёнными от взлома. Современные платформы, вроде Ethereum, Cardano, Polkadot, обладают гораздо более широкими возможностями, чем просто хранение неких данных, но мы тут будем стремиться к простоте.

Подготовка среды разработки

Для этого проекта мы будем использовать Node.js, поэтому вам, если у вас эта платформа не установлена, понадобится её установить.

Я применяю объектно-ориентированный стиль программирования, поэтому ожидаю от читателя хотя бы базовых знаний в этой сфере.

Создание блока

Как я уже сказал, блок — это просто объект, в котором хранится какая-то информация. Нам, следовательно, понадобится класс Block :

Итак, у нашего объекта будут поля timestamp и data , но он ещё нуждается в иммутабельности. Добиться этого можно, используя хеш-функцию, с помощью которой обрабатывают все остальные свойства блока. Советую вам почитать о хеш-функциях в Википедии, так как они играют ключевую роль в блокчейн-разработке. В целом их работу можно описать так: они принимают сообщения и выводят «хешированные» сообщения фиксированной длины. Даже небольшое изменение входных данных приведёт к появлению совершенно других выходных данных.

Я применяю алгоритм sha256 . Для того чтобы реализовать хеширующую функцию — я собираюсь просто воспользоваться возможностями стандартного Node.js-пакета crypto :

Вышеприведённый код даст нам то, что нужно. Но если вы хотите разобраться с тем, как именно он работает — взгляните на официальную документацию Node.js по классу Hash.

На данном этапе работы у нас должно получиться нечто вроде следующего кода:

Всякий раз, когда что-то в содержимом блока меняется, хеш-функция выдаёт результат, совершенно не похожий на предыдущий. Это поможет нам в обеспечении иммутабельности блоков.

Свойство prevHash тоже играет большую роль в деле обеспечения иммутабельности блоков. Оно позволяет обеспечить то, что блок останется неизменным всё то время, пока существует блокчейн, содержащий этот блок. Оно содержит хеш предыдущего блока, поэтому можно гарантировать иммутабельность этого блока, так как даже небольшое изменение его содержимого приведёт к изменению результатов вызова функции getHash текущего блока. Сейчас, как видите, это свойство не содержит никакого значения, но мы ещё к этому вернёмся.

Блокчейн

Займёмся теперь классом Blockchain .

Как я уже говорил, блокчейн — это список блоков. Поэтому простейший блокчейн можно описать с помощью следующего класса.

Ещё нам необходим так называемый первичный блок (genesis block), который, с технической точки зрения, представляет собой всего лишь самый первый блок:

И я, для удобства, создал функцию, которая выдаёт самый последний блок:

Теперь нам нужен механизм добавления блоков в блокчейн:

Проверка блокчейна

Нам нужно знать о том, корректны ли данные, хранящиеся в блокчейне. Поэтому нам нужен метод, который проверяет хеши блоков. Блокчейн корректен в том случае, если хеши блоков равны тому, что возвращает метод хеширования, и если свойство блока prevHash равно хешу предыдущего блока.

Алгоритм доказательства выполнения работы

Оказывается, что система поддержания иммутабельности блоков, основанная на полях hash и prevHash , имеет определённые недостатки. Так, кто-то может модифицировать некий блок и пересчитать хеши всех следующих блоков для получения вполне корректной цепочки блоков. Кроме того, нам хотелось бы реализовать некий механизм, позволяющий пользователям приходить к консенсусу по поводу единой хронологической истории цепочки блоков, расположенных в правильном порядке, соответствующем порядку выполнения транзакций. Bitcoin и многие другие криптовалюты включают в себя системы, основанные на алгоритме доказательства выполнения работы (Proof-of-Work, PoW), направленные на решение этой проблемы.

Подобная система направлена на то, чтобы значительно увеличить объём работ, необходимых для создания нового блока. Если нужно модифицировать некий блок — понадобится выполнить работу, необходимую для создания этого блока и всех блоков, которые идут за ним. Это требует поиска значений, которые, после хеширования, дают результат, начинающийся с определённого количества нулевых битов. Речь идёт о так называемом значении nonce (number that can only be used once — число, которое может быть использовано один раз), а количество нулевых битов в начале такого числа известно как «сложность». По мере увеличения сложности задача добычи (майнинга, mining) нового блока становится всё сложнее и сложнее. Это позволяет предотвратить модификацию предыдущих блоков, так как тому, кто хотел бы модифицировать некий блок, пришлось бы выполнить работу, необходимую для создания этого блока и всех блоков, которые идут за ним. А это практически невозможно.

Реализовать эту систему можно, добавив в класс Block метод mine и свойство nonce :

Из-за того, что даже маленькое изменение данных блока ведёт к появлению совершенно нового хеша, мы просто снова и снова инкрементируем nonce до тех пор, пока хеш не окажется таким, как нам нужно.

(Учтите, что Bitcoin и другие блокчейн-системы используют другой способ настройки сложности, но мы тут, как уже говорилось, стремимся к простоте.)

Вернёмся к классу Blockchain и создадим в нём свойство для хранения сложности — difficulty :

В него записано число 1, оно должно меняться в зависимости от количества добытых блоков.

Нам надо отредактировать и код метода addBlock класса Blockchain :

Теперь каждый блок, прежде чем его можно будет добавить в блокчейн, нужно добыть.

Примечание

Я использовал для этого блокчейна PoW-систему из-за стремления к простоте. Большинство современных блокчейнов используют гораздо лучшую систему, основанную на механизме консенсуса «доказательство доли владения» (Proof-of-Stake, PoS), или одну из многих усовершенствованных систем такого типа.

Тестирование блокчейна!

Создадим новый файл, index.js , он будет играть роль точки входа в систему.

Воспользуемся только что созданным блокчейном. Я назвал его JeChain .

Сначала экспортируем необходимые классы:

Импортируем их в index.js и приступим к испытанию:

Запуск системы должен выглядеть примерно так:

Испытание блокчейна

Первый блок — это первичный блок, а второй — это тот блок, который мы добавили в блокчейн.

Дополнение: сложность и время блока

▍Время блока

Время блока (block time) — это константное значение, которое представляет собой приблизительное время, необходимое на добавление блока в блокчейн. Платформа Bitcoin, например, имеет время блока, равное 10 минутам, а время блока Ethereum равняется 13 секундам.

▍Формула сложности Bitcoin

Сложность Bitcoin меняется после добычи каждых 2016 блоков. Для вычисления сложности используется следующая формула:

Теперь займёмся программированием!

Для начала нужно задать время блока. Я использовал тут значение 30 секунд, то есть — 30000 миллисекунд. Я использую именно миллисекунды, так как такое выражение времени лучше подходит для работы с Date.now() .

(Мы работаем сейчас с кодом класса Blockchain .)

Просто для примера я создам собственную систему: сложность будет увеличиваться на 1 если время блока меньше, чем реальное время, за которое был добыт блок. В противном случае она будет уменьшаться на 1.

▍Важное примечание

Учитывая то, как ранее мы проверяли сложность, эта система должна работать нормально. Но лучше проверять сложность с использованием log16(difficulty) , а не самого значения сложности. Мы, поступая так, теперь можем воспользоваться формулой настройки сложности Bitcoin.

Можете, правда, создать и собственную формулу. Но при этом нужно ориентироваться на безопасность и на хорошую производительность решения.

Итоги

Вот исходный код моего проекта на GitHub.

Хочу сказать, что многое узнал о блокчейне из материалов YouTube-канала Simply Explained. Я не написал бы эту статью, если бы не серия учебных видео по блокчейну с этого канала. Я, кроме того, почерпнул кое-что из этой статьи. Рекомендую эти материалы всем, кому интересна тема блокчейна.