区块链技术概览

区块链技术概览

一、区块链主要组织

1、R3区块链联盟（全球顶级金融机构）

用以太坊和微软Azure技术，将11家银行连接至分布式私人账本Corda

源代码 https://github.com/corda/corda

实现语言  Kotlin(JVM)

2、超级账本hyperledger (代表技术极客)

Linux基金会于2015年发起的推进区块链数字技术和交易验证的开源项目。主要实现形式是IBM的开源项目fabric（golang实现）

源代码 

go版本（功能最全）

https://github.com/hyperledger/fabric

c++版本

https://github.com/hyperledger/iroha

python版本（功能很少）

https://github.com/hyperledger/sawtooth-core

浏览器

https://github.com/hyperledger/blockchain-explorer

3、金融区块链联盟(代表国内民间组织)

微众银行、京东金融、华为、恒生电子等民营企业的联盟。

4、China Ledger联盟（代表监管部门）

中国分布式总账基础协议联盟

5、微链盟（区块链微金融产业联盟）

面向网贷行业，聚焦 征信、结算、交易、资产登记、数据共享等。

6、银行间市场区块链技术研究组

大银行之间的联盟

二、主要历史

0、经济学、密码学分布式系统的基础

1976, 哈耶克《货币的非国家化》

1976年，Bailey W. Diffie、Martin E. Hellman《密码学的新方向》

1982, 大卫·乔姆提出了密码学支付系统ECash

1985年，Koblitz和Miller各自独立提出了著名的椭圆曲线加密(ECC)算法

1997年，HashCash方法，也就是第一代POW（Proof of Work）算法出现。

1982年，Lamport提出拜占廷将军问题；

1998年，戴伟（Wei Dai）、尼克·萨博同时提出密码学货币的概念。

1、区块链的第一个时代 2009-2013年（bitcoin）

中本聪用c++实现的比特币的源代码

https://github.com/bitcoin/bitcoin

修改比特币的源代码，自己发行新的货币，特点是：一个货币一个链

2、区块链的第二个时代 2013-2014年（NXT／BTS）

基于比特币发行代币，实现交易所。技术上是扩展了比特币的协议。特点是：新的货币使用原来的比特币区块链。

3、区块链的第三个时代（以太坊）

可编程区块链时代（智能合约），典型数据货币就是以太币。技术上区块链不仅是一个可靠的一致性的数据库，也提供图灵完备的evm，这里的想象空间无限大。

三、基本概念

0、blockchain：技术上是一个全局共享,分布式的，不可篡改的，基于时间的，基于签名的数据库。本质是互联网数据层次的技术。现在的发展趋势是公有链->侧链->联盟链 。

1、Permissioned blockchain networks（联盟链）：有少数的验证节点可以记账（矿工），少数的节点可以创建合约和交易，只处理自己感兴趣的app；可管理；花销少

2、SPV Simplified Payment Verification（简单支付验证），不运行完全节点也可验证支付（使用所有历史块的hash）

3、ecosystem_applications:

协作方式的演变：自建数据中心->租用云平台->自组织的生态系统(解决人和资源的组织的问题)

4、Smart Contracts:除了能进行转账，还能够编程控制，实现的智能合约可以实现自组织和自动化。

5、比特币、以太坊、超级账本 的区别：

比特币：公有链

超级账本(IBM fabric)：联盟链 (Permissioned blockchain)，使用docker来运行合约，没有代币，2B

以太坊：带有evm的公有链

Corda：联盟链

6、Legal Engineering：利用代码保证权力和义务

7、monax hyperledger burrow Ethereum  之间的关系

Ethereum：核心开发者原来是搞比特币的，是技术上对bitcoin的升级

hyperledger： 定义白皮书、黄皮书等标准

burrow：符合ethereum虚拟机标准的，hyperledger的实现

monax：对burrow进一步封装，使得开发和部署智能合约更容易

8、openchain：比特币侧链上的资产实现

使用分区共识，专攻产权登记，代码实现比较简陋（C#实现）

四、技术概述

1、底层区块链技术：

主要有bitcoin、Corda、fabric(hyperledger)、Ethereum、bcos（对ethereum进行了扩展）

bcos是腾讯微众银行搞的东西，7月份刚刚开源。

相关网址：

https://github.com/bitcoin/bitcoin

https://github.com/corda/corda

https://github.com/hyperledger/fabric

https://github.com/ethereum/go-ethereum

https://github.com/bcosorg/bcos

实现语言依次是 c++、Kotlin(JVM)、golang、golang、c++

2、区块链的基本层次结构：

数据层、p2p网络层、共识和激励、合约、应用。

其中数据层主要是block数据结构；共识和激励机制解决谁可以记账，怎么记账，怎么防备攻击，怎么给予奖励等一系列的问题，是整个技术栈的核心；合约层提供了使用区块链的接口，是应用开发人员接触的主要部分。

五、以太坊相关

1、与比特币的区别：

比特币：用私钥加密来发送一个交易，旷工通过工作量证明，一起进行记账。

以太坊：直接的转账和验证-->代码+外存+基于vm的验证；交易->合约

2、基本概念：

外部账户：公钥代表的账户，与比特币类似，以私钥转账或处罚合约。

合约账户：用于合约执行的账户，有自己的永久状态，可以调用其它的合约。在外部账户创建和发布合约时创建。

3、主要组件

Swarm实现了分布式存储，Whisper实现了分布式消息

4、内置货币

以太币：以太坊官方发布的货币，不像比特币只能挖矿产生。1 ether = 10^8 wei 。发布合约和执行合约都需要支付以太币

5、基本控制方式

人->外部账户（激活）->合约账户 

6、spv

简化支付确认（SPV)使用默克尔树的头部的hash来实现

合约执行的过程：检查、扣币、执行合约和消耗币、返回剩余

7、log

log是写在block上，evm不能访问，外部可以访问，

六、以太坊智能合约的抽象

1、编程语言solidity。

2、静态类型、支持继承、库和用户定义类型。runtime不能使用随机数和网络，数据持久化环境是区块链。VM是图灵完备的。

2、区块链整体是基于交易的状态机。

3、transaction=receiver+sender+nonce +value + data +GAS

4、API抽象

1》代码context是所属区块在区块链上的位置和所有可用数据。

2》所有合约继承address类，内部包含balance transfer send

3》所有contract可以使用的全局变量，block msg tx

5、常见的功能

可靠存储数据；

复杂的访问策略；

多个参与方的协调；

七、以太坊相关的编译和安装

solc 编译器

1、 docker镜像方式 (/usr/local/bin/)

docker run ethereum/solc:stable solc --version

solc --optimize --bin sourceFile.sol

2、源代码编译安装

git clone https://github.com/ethereum/solidity.git

cd solidity

mkdir build

cd build

# gcc

yum install centos-release-scl-rh centos-release-scl

yum check-update

yum install devtoolset-3-gcc  devtoolset-3-gcc-c++

source /opt/rh/devtoolset-3/enable

scl enable devtoolset-2 bash

# cmake

sudo yum -y remove cmake

sudo yum -y install cmake3

sudo ln -s /usr/bin/cmake3 /usr/bin/cmake

# boost

tar zxvf boost_1_61_0.tar.gz

sudo ./bootstrap.sh --prefix=/usr/local/include/boost

sudo ./b2 install

# make

cmake .. -DBOOST_ROOT=/usr/local/include/boost && make

编译结果 build/solc/ 

编译和安装geth

yum install golang

git clone https://github.com/ethereum/go-ethereum.git

make all

可执行文件在 build/bin/

c++客户端编译

https://github.com/ethereum/cpp-ethereum

git clone --recursive https://github.com/ethereum/cpp-ethereum.git

yum install leveldb-devel libmicrohttpd-devel

mkdir build; cd build  

cmake ..               

cmake --build .

编译结果在每个子目录中

八、创建以太坊私有链

1、创建和初始化创世块(重要的配置是chainId和nonce)

vi genesis.json

geth --datadir /root/workspace/blockchain/wtm init /root/workspace/blockchain/wtm/genesis.json

2、启动bootnode 

./bootnode --genkey=boot.key 生成bootnode的key文件

./bootnode --nodekey=boot.key

enode://0955c689956db831a134f58a3ad8abf165d08cb1ed892777bd57f58cbbd145bcbc3ff54edfb7d2a1b074b842040362fd80e7dc99ecd497c3deb34cc8d09af13a@10.88.102.203:30301

3、启动节点

geth --datadir /root/workspace/blockchain/wtm --identity "Wtmetherum"  --rpc  --rpccorsdomain "*" --port "30303"  --rpcapi "personal,db,eth,net,web3" --bootnodes="enode://0955c689956db831a134f58a3ad8abf165d08cb1ed892777bd57f58cbbd145bcbc3ff54edfb7d2a1b074b842040362fd80e7dc99ecd497c3deb34cc8d09af13a@10.88.102.203:30301" console

4、console中创建账户 

personal.newAccount('123')

eth.accounts

"0xaf588a79cd0b97735541618296ac4dad5fc5e739" 

5、确性节点信息 admin.nodeInfo

enode://a0928b4a39db829721732dfba1e2900474dfe1184463b89f0311b4101a242f5767bc6829dd05f10899beeb03556b4e54303719d3782cfc2217b75ce070c6f80e@[::]:30303

6、打开防火墙 

firewall-cmd --zone=public --add-port=30301-30303/tcp 

7、windows节点 初始化和启动节点

"D:\Program Files\Geth\geth.exe" --datadir D:\block init D:\block\genesis.json

"D:\Program Files\Geth\geth.exe" --datadir D:\block --bootnodes="enode://0955c689956db831a134f58a3ad8abf165d08cb1ed892777bd57f58cbbd145bcbc3ff54edfb7d2a1b074b842040362fd80e7dc99ecd497c3deb34cc8d09af13a@10.88.102.203:30301" console

命令行中添加centos节点

admin.addPeer('enode://a0928b4a39db829721732dfba1e2900474dfe1184463b89f0311b4101a242f5767bc6829dd05f10899beeb03556b4e54303719d3782cfc2217b75ce070c6f80e@10.88.102.203:30303')

8、centos节点中，检查节点，并挖矿

admin.peers

miner.start()

九、以太坊智能合约开发和部署

1、编译solidity代码

https://remix.ethereum.org/#version=soljson-v0.4.18+commit.9cf6e910.js

pragma solidity ^0.4.0;

contract Calc{

  uint count;

  function add(uint a, uint b) returns(uint){

    count++;

    return a + b;

  }

  function getCount() constant returns (uint){

    return count;

  }

}

2、解锁

personal.unlockAccount(eth.accounts[0], '123')

3、提交 (从上面url的web3 deploy中粘贴)

var contract = web3.eth.contract(

[

{

    "constant": false,

    "inputs": [

    {

        "name": "a",

        "type": "uint256"

    },

    {

        "name": "b",

        "type": "uint256"

    }

    ],

    "name": "add",

    "outputs": [{

        "name": "",

        "type": "uint256"

    }],

    "payable": false,

    "stateMutability": "nonpayable",

    "type": "function"

},

{

    "constant": true,

    "inputs": [],

    "name": "getCount",

    "outputs": [{

        "name": "",

        "type": "uint256"

    }],

    "payable": false,

    "stateMutability": "view",

    "type": "function"

}

]

);

var browser_ballot_sol_calc = contract.new

(

{

    from: web3.eth.accounts[0],

    data: '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',

    gas: '4700000'

},

function(e, contract) {

    console.log(e, contract);

    if (typeof contract.address !== 'undefined') {

        console.log('Contract mined! address: ' + 

        contract.address + 

        ' transactionHash: ' + contract.transactionHash);

    }

})

Submitted contract creation              fullhash=0x1df110662cb746c28533cc0b8d70023947f83aa0d500716936592f465307835b contract=0x0A50fb7A7d88D68E40804E304Eb50fEd6c1464B9

txpool.status

4、挖矿确认（提交合约）

miner.start()

提示

Contract mined! address: 0x0a50fb7a7d88d68e40804e304eb50fed6c1464b9 transactionHash: 0x1df110662cb746c28533cc0b8d70023947f83aa0d500716936592f465307835b

5、调用合约

var abi = web3.eth.contract(

[

{

    "constant": false,

    "inputs": [

    {

        "name": "a",

        "type": "uint256"

    },

    {

        "name": "b",

        "type": "uint256"

    }

    ],

    "name": "add",

    "outputs": [{

        "name": "",

        "type": "uint256"

    }],

    "payable": false,

    "stateMutability": "nonpayable",

    "type": "function"

},

{

    "constant": true,

    "inputs": [],

    "name": "getCount",

    "outputs": [{

        "name": "",

        "type": "uint256"

    }],

    "payable": false,

    "stateMutability": "view",

    "type": "function"

}

]

);

instance = abi.at(['0x0a50fb7a7d88d68e40804e304eb50fed6c1464b9'])

1》本地调用方式：

instance.add.call(1,2)

2》区块链调用方式：

personal.unlockAccount(eth.accounts[0], '123')

instance.add.sendTransaction(1, 3, {from:eth.accounts[0]})

6、console命令汇总

admin.addPeer('enode://a0928b4a39db829721732dfba1e2900474dfe1184463b89f0311b4101a242f5767bc6829dd05f10899beeb03556b4e54303719d3782cfc2217b75ce070c6f80e@10.88.102.203:30303')

admin.peers

personal.newAccount('123')

eth.getBalance("0x04c59b370ccd73403410ececa09f319b60aed10a")

personal.unlockAccount(eth.accounts[0], '123')

txpool.status

miner.start()

miner.stop()

eth.getTransaction("0x1df110662cb746c28533cc0b8d70023947f83aa0d500716936592f465307835b")

十、monax安装和开发

1、安装：（monax+docker）

sudo curl -L https://pkgs.monax.io/dl/monax-0.18.0-linux-amd64 >/usr/local/bin/monax

sudo chmod +x /usr/local/bin/monax

docker pull  quay.io/monax/keys

monax init  # 会自动去docker pull

2、基本命令

monax chains start NAME --init-dir ~/.monax/chains/NAME/ACCOUNT

monax chains make test_chain

monax chains start test_chain --init-dir ~/.monax/chains/test_chain/test_chain_full_000

monax ls

monax chains logs test_chain

monax chains stop test_chain

monax chains rm -xfd test_chain

monax clean -yx  # 删除所有自己创建的chain

monax services start keys

monax services start compilers

3、基本介绍

services — 容器服务

chains — develop permissioned chains

pkgs — 合约打包、部署工作（通过ethereum的rpc调用）

keys — 维护钥匙串

monax keys gen

4、开发步骤

1、创建和启动 burrow node

chain_dir=$HOME/.monax/chains/firstchain

chain_dir_this=$chain_dir/firstchain_full_000

monax chains make firstchain --account-types=Root:2,Full:1 --unsafe

monax chains start firstchain --init-dir $chain_dir_this

monax chains start firstchain --init-dir /root/.monax/chains/firstchain/firstchain_full_000/

2、创建、发布和测试contract

addr=$(cat $chain_dir/addresses.csv | grep firstchain_full_000 | cut -d ',' -f 1)

cd /root/.monax/apps/ 

mkdir idi

cd idi

创建 sol和yaml文件

monax pkgs do --chain firstchain --address $addr

3、合约和配置文件例子

写contract， constant 表示只读

pragma solidity ^0.4.0;

contract IdisContractsFTW {

  uint storedData;

  function set(uint x) {

    storedData = x;

  }

  function get() constant returns (uint retVal) {

    return storedData;

  }

}

十一、openchain相关（比特币侧链上的资产实现）

Partionned Consensus:分区共识，专攻产权登记

1、技术实现：

server：

c#实现

client：html web项目

1》交易数据结构 Record Mutation Transaction

2》账本 怎么组织record

a 按着账户区分，每个记录的key是  path:type:name

/p2pkh/mfiCwNxuFYMtb5ytCacgzDAineD2GNCnYo/:ACC:/asset/p2pkh/n15g8F3sVLufwvPmmX7tYPWrGGbGSbcaEB/

b ACC 代表当前余额 DATA 任意的元数据

2、配置server

git clone https://github.com/openchain/docker.git openchain

cd openchain

cp templates/docker-compose-direct.yml docker-compose.yml

mkdir data

cp templates/config.json data/config.json

vi data/config.json

docker-compose up -d

docker logs openchain-server

3、配置web

firewall-cmd --zone=public --add-port=8080-8081/tcp

git clone https://github.com/openchain/wallet.git openchain_wallet

cd openchain_wallet/www

python -m SimpleHTTPServer 8081

4、浏览器测试

http://10.88.102.203:8081

url里面填写 http://10.88.102.203:8080

pwd：

color pass plunge silver stamp churn blind tape category hobby enhance crew

path：

/p2pkh/XfYbJaANf6cDz6PNmpxE4Mx5tJNoSAHNoK/

十二、corda 开发环境搭建：

git clone https://github.com/corda/cordapp-example

cd cordapp-example

export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-1.8.0-openjdk-1.8.0.151-1.b12.el7_4.x86_64/

gradlew deployNodes

kotlin-source/build/nodes/runnodes

十三、bcos开发环境

1、编译

https://github.com/bcosorg/bcos

sudo yum install -y nodejs 

sudo npm install -g cnpm --registry=https://registry.npm.taobao.org

sudo cnpm install -g babel-cli babel-preset-es2017

echo '{ "presets": ["es2017"] }' > ~/.babelrc  

#install solc

wget https://github.com/ethereum/solidity/releases/download/v0.4.13/solc-static-linux

sudo cp solc-static-linux  /usr/bin/solc

sudo chmod +x /usr/bin/solc

#install console

sudo cnpm install -g ethereum-console

#install deps

sudo yum -y install cmake3

sudo yum install -y openssl openssl-devel

#chmod +x scripts/install_deps.sh

#./scripts/install_deps.sh

yum install -y leveldb-devel libmicrohttpd-devel

yum install -y curl-devel libmicrohttpd-devel gmp-devel

yum install miniupnpc

tar -jxvf boost_1_65_1.tar.bz2

cd boost_1_65_1                

./bootstrap.sh

./b2 install    # 目录是/usr/local/boost

cd ..

#build bcos

mkdir -p build

cd build/

cmake3 -DEVMJIT=OFF -DTESTS=OFF -DMINIUPNPC=OFF ..

make -j2

make install

cd ..

cd ./tool

cnpm install

ldd eth/bcoseth # 检查需要的so

echo '/usr/local/include/boost/lib' > /etc/ld.so.conf.d/libboost-x86_64.conf

cp build/bcoseth /usr/local/bin/bcoseth

2、生成公钥（节点

mkdir -p /mydata/nodedata-1/

mkdir -p /mydata/nodedata-1/data/

mkdir -p /mydata/nodedata-1/log/

mkdir -p /mydata/nodedata-1/keystore/

bcoseth --gennetworkrlp  /mydata/nodedata-1/data/network.rlp

得到公钥 '559337ca6936564cba935f77c0398bcf5525f235a231e6a5ef23b3153d484c8ff25fb1918871c6a17e0603a68b6db459ebcd8608ac45c76e5f80bfa081d70a9e'

修改genesis.json 

"initMinerNodes":[""] 为这个值

修改config.json

"NodeextraInfo":Nodeid 为这个值

3、管理员钥匙对

cd tool

cnpm install

node accountManager.js

输出：

privKey : 0xaf52310f39389629b7ee032e8e23a440a2a93cfc706dea687741481fda606cf5

pubKey : 0x5d5fb070d907a5658972b50cc63fcd1dc116e387cf8cdde09bb196b77c3dd576b4f50e5bbd5742c5e678d98a4ff3ef11fae9e6626743fcee4dd4e436718cb7d9

address : 0xe50d2d5bbc7d86e758a5be55d5a2580b1d7f122b

将公钥pubKey更新到创世块文件genesis.json的god字段。

4、启动

cp genesis.json config.json log.conf /mydata/nodedata-1/

cd /mydata/nodedata-1/

bcoseth --genesis ./genesis.json --config ./config.json

tail -f /mydata/nodedata-1/log/trace_log* | grep "|eth"

5、部署合约

cd tool

cnpm install

vim config.js

修改（上面生成的god账户）

privKey:"af52310f39389629b7ee032e8e23a440a2a93cfc706dea687741481fda606cf5",

account:"0xe50d2d5bbc7d86e758a5be55d5a2580b1d7f122b"

babel-node deploy.js HelloWorld

HelloWorld合约地址 0xcad8f9dc9695e0ce8a8557cf41c73f70a0cc83c0

6、调用 

babel-node demoHelloWorld.js

7、使用 console

ethconsole /mydata/nodedata-1/data/geth.ipc

web3.eth.getBlock(1,console.log)

web3.eth.getTransaction('0x32e0709333c03146757f4a241f2616cdfbb17eb45fcb69bb22f9537f4bd4e04c',console.log)

web3.eth.getTransactionReceipt('0x32e0709333c03146757f4a241f2616cdfbb17eb45fcb69bb22f9537f4bd4e04c',console.log)

web3.eth.getCode

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