区块链

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介绍区块链,搭建私链,智能合约以及开发DAPP。

概念

什么是区块链

广义:

区块链是分布式数据存储,点对点传输,共识机制,加密算法等计算机技术的新型应用模式。

狭义:

区块链是数据库的一种,它拥有大量的记录,并将这些记录全部存放在区块内,每个区块通过加密签名,链接到下一个区块。人们可以像使用账本一样使用区块链,可以共享,也可以被拥有适当权限的人查阅,通俗的说,区块链其实就是公开的分布式账簿系统。

挖矿

区块链需要存储记录,那么为什么要帮别人免费存储?——奖励

即参与记录的机器,当对信息进行加密时,满足一定的条件时,就会得到一定的奖励。这个加密计算的过程,叫做挖矿。而运行计算的程序,称为矿机。

智能合约

一个智能合约是一套以数字形式定义的承诺(promises),包括合约参与方可以在上面执行这些承诺的协议。一个合约由一组代码(合约的函数)和数据(合约的状态)组成,通常运行在以太坊虚拟机上。当满足一定的条件时,自动履行并通知用户。

以太坊

目前最大的区块链开发者平台

视频学习:尚硅谷_区块链以太坊核心技术

geth搭建以太坊私链

以太坊私有链搭建

一台电脑上部署多个节点。

安装go-ethereum

# 下载代码
git clone https://github.com/ethereum/go-ethereum.git

# 进入目录
cd go-ethereum

# 切换分支
git checkout v1.9.9

# 编译打包
make all

# 移动到可执行目录
cp build/bin/geth /usr/local/bin
cp build/bin/puppeth /usr/local/bin

创建节点目录

由于在一台电脑上部署多个节点,所以需要创建多个目录来保存各自节点的账号、区块链数据。

mkdir eth
cd eth
mkdir node1
mkdir node2

创建节点目录

创建账号

为每个节点各自创建一个账号。执行 account new 命令后会提示你输入密码,也可以不输入直接回车跳过即可,生成账号后会给出对应的地址,记录下新生成的账号地址,方便后续配置创世块使用。如果没记住也可以通过 eth.accounts 命令查询。

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

创建账号

配置创世块

创世块是区块链中的第一个区块,可以通过 puppeth 来生成创世区块,puppeth 是 geth 中自带的工具,不用单独安装,运行 puppeth 命令后会提示你输入私链的名称。

配置创世块

初始化节点

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

初始化节点

启动节点

# 启动第一个
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

# 启动第二个
geth --datadir node2/data \
 --networkid 15 \
 --rpc --rpcaddr 0.0.0.0 --rpcport 18545 \
 --port 60606 \
 --nodiscover \
 --allow-insecure-unlock \
 console

参数含义:

建立节点之间的连接

在各个节点的 console 输入 admin.nodeInfo.enode ,可以分别得到节点信息。

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 中输入对 node1 的连接:

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

在 node1 的 console 中验证 node2 是否成功建立连接:

> 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

开启挖矿

在 node2 开启挖矿:

> 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"

解锁挖矿用户,再挖矿:

> 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] 🔨 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 上也开启挖矿(因为只有2个节点,必须同时挖才行):

> 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] 🔨 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

正常挖矿

DAPP

基于区块链的APP

remix

remix IDE

启用插件

启用插件

投票合约

投票合约

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:

部署

投票:

投票

证件存储合约

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;
    }

}

合约部署:

证件存储合约

truffle

Truffle使开发者从智能合约和 DApp 模板开始,构建越来越复杂的应用程序。

安装命令行工具:

npm install -g truffle

创建项目

# 创建目录
mkdir egova-dapp
cd egova-dapp

# 初始化环境
truffle unbox metacoin

创建项目

如下是对项目结构的说明:

接下来进行合约的编译,部署等操作见文档即可。

web3.js

nodejs 项目使用 web3.js 更方便。

下面采用 koa 框架搭建服务端,在 truffle 的基础上搭建。

web3js项目接口

编译合约

采用 truffle 进行编译

truffle compile

编译文件会写入 build/constracts/ 目录下。

搭建koa

这里不详细展开,只介绍 nodejs 与区块链交互部分。

与区块链交互

项目中,server/blockchain.js 是封装的 web 接口。

// web3js实例对象
const web3 = require('../util/web3');
// 这里是获取到编译后的合约,即上面 build/constracts/ 目录下的 IDCard.json 文件
const { compiledContract } = require('../util/contract');
const config = require('../config');

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

// 服务接口
const svr = {
    deploy: async (data) => {
        // 部署合约
        const instance = await contract.deploy({
            data: compiledContract.bytecode,
          	// 数组的参数,会传入部署的合约的构造函数,我这里就是 IDCard 合约
            arguments: [data],
        }).send({
          	// 部署合约的账号
            from: config.eth.from,
            value: 0,
        });
        return instance._address
    },
    display: async (address) => {
        // 引用存在的合约
        const instance = new web3.eth.Contract(compiledContract.abi, address);
        // 调用合约方法
        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,
        }
    }
};

接口测试

部署合约:

部署合约

查看信息:

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。

安装命令行工具

依赖

<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项目使用

配置Web3j:

/**
 * Web3j配置
 *
 * @author 奔波儿灞
 * @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 奔波儿灞
 * @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 先编译 .sol 文件成 json

打包代码:

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

复制到工程

测试合约部署:

/**
 * 测试Web3j
 *
 * @author 奔波儿灞
 * @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);
            }
        }));
    }

}

测试结果