2021 區塊鏈開發入門


在我大學的時候,除了學習網頁前端之外,因為課程報告的需要接觸到以太坊(Ethereum),於是開始學寫智能合約,包括它使用的程式語言 solidity。

工作以後鮮少再碰以太坊的相關技術,直到最近想重新把以太坊學起來,故而決定寫這篇文章,讓初次接觸區塊鏈與智能合約的人更好地進入開發者的世界。這篇文章不只面向開發者,同時也希望能夠給對區塊鏈有興趣的人,指引一條清晰、務實且保守的學習路線。

關於區塊鏈

區塊鏈會被廣為人知,無非是因為虛擬貨幣的出現,而虛擬貨幣的鼻祖就是比特幣。在比特幣出現以前,沒有一個能夠在全球網路上通用的數位貨幣;在比特幣出現之後,才真的實現了數位化的貨幣,能夠在全球網路上流通。

這樣的技術性突破,blockchain 的名字從比特幣白皮書中被萃取出來,而這項技術也被更多人拿去做研發以及創新。

區塊鏈這項技術的特性可以簡單概括為兩點:去中心化(decentralized)與不可竄改(immutable)。去中心化有程度上的差別,在公共網路上由世界各地的節點共同維護的區塊鏈,去中心化程度較高;相較之下,私人企業開發由特定節點來驗證交易的區塊鏈,去中心化程度較低。

為什麼是以太坊?

這年頭區塊鏈三個字大行其道,大部分都是為區塊鏈而區塊鏈的商業炒作。容許我獨斷地說,以太坊才是區塊鏈應用的大門。

以太坊是一個非營利組織,也是網路上最大的開源區塊鏈專案。去逛逛以太坊的官網吧。

智能合約

在以太坊區塊鏈中有所謂的智能合約,智能合約能夠部屬到以太坊區塊鏈上,合約即程式碼,放到區塊鏈上就不能再更新,只能執行合約上的程式,持有以太幣的人能夠與合約進行交易。把智能合約想像成是一台自動販賣機,把錢(以太幣)投進去,飲料會掉出來(合約上的程式會被執行)。

在現實生活中,簽訂合約的雙方認為合約有效而且可以被信任,是因為有國家法律來保障,違反合約可能會受到法律制裁;而用以太幣與智能合約互動,認為智能合約可以被信任,是因為智能合約的不可竄改性 - 以太坊虛擬機會毫無偏袒、完全中立、冰冷不帶任何感情地執行智能合約上已經寫好的程式碼。

建立在智能合約之上的虛擬貨幣

談到區塊鏈的應用是一道難題,我們常說「應用」通常是指要能普及於一般市民的日常生活之中,像是智慧型手機之於現代社會一般。

但為什麼說以太坊是區塊鏈的應用?回頭想想,比特幣來自區塊鏈技術,某個人若想打造一款同比特幣一樣的虛擬貨幣,就得模仿比特幣去建造一個自己的虛擬貨幣區塊鏈,一個區塊鏈網路要能夠有效運作並非易事,還需要節點、需要靠人挖礦去驗證交易。此時,若使用以太坊的智能合約,撰寫虛擬貨幣需要的程式碼,將合約部屬到以太坊區塊鏈上,叮咚!他就可以發行自己的虛擬貨幣,根本不必再去建造底層的區塊鏈,也不用想挖不挖礦了。

此時會發現以太坊就像是一個區塊鏈平台,你不需要親手打造區塊鏈網路,即可享有區塊鏈去中心化與不可竄改的特性。與其他智能合約的開發者共同使用以太坊虛擬機 EVM(Ethereum Virtual Machine),在 EVM 上部屬無上限個智能合約。

以太坊是一項基礎建設,底層區塊鏈幫你架設好,開發者便有更多時間去發想應用到網頁、手機、或物連網設備上,以下是一段簡單的智能合約,該合約創造了一個虛擬貨幣簡稱 MAT...

pragma solidity ^0.7.0;

// 這是一個叫做 Token 的合約
contract Token {

    // 貨幣的名稱叫做...
    string public name = "My Awesome Token";

    // 貨幣的代號是...
    string public symbol = "MAT";

    // 貨幣的總供給量
    uint256 public totalSupply = 1000000;

    // 此合約擁有者的地址
    address public owner;

    // 將不同地址映射到不同的貨幣持有量
    mapping(address => uint256) balances;

    // 當合約一部屬上鏈,就執行 constructor 裡的程式,謹此一次,此後就不會再執行
    constructor() {
        balances[msg.sender] = totalSupply;
        owner = msg.sender;
    }

    // 此合約提供的第一個 function,貨幣轉移,填入一個地址和數量即可執行
    function transfer(address to, uint256 amount) external {
        require(balances[msg.sender] >= amount, "Not enough tokens");

        balances[msg.sender] -= amount;
        balances[to] += amount;
    }

    // 此合約第二個 function,查詢持有的數量,填入一個地址就會回傳該地址擁有的貨幣持有量
    function balanceOf(address account) external view returns (uint256) {
        return balances[account];
    }
}

直接進入開發領域 - 線上編輯器 Remix

Remix 是開發智能合約的線上編輯器,進入Remix官網,點選 Create New File 以後,把上方程式碼複製貼上。在左側欄位中有 solidity compiler 的選項,確認一下左側欄第一列顯示的版本,調成 0.7.0(上方程式碼使用的版本),就可以按下下方 compile 的按鈕,將智能合約「編譯」成 bytecode(給機器讀的語言)。

接著我們要部屬合約到區塊鏈上,首先到左側欄位點選 DEPLOY & RUN TRANSACTIONS 的選項,可以看到環境是 javascript VM,這是指現在要部屬到的測試用虛擬機。按下下方的按鈕 Deploy 即可將合約「部屬」到 javascript VM 上。成功部屬後,你會發現 ACCOUNT 所持有的以太幣,從 100 變成 99.9999...,我們得知部屬智能合約需要花費一點點以太幣。

左側下方會有 Deployed Contracts,點開來就會列出合約上可供呼叫的函式,點那些函式就能與剛剛部屬上去的智能合約進行互動了。

有些函式呼叫會引發交易,所以需要以太幣,有些則不用。在 ACCOUNT 的地方可以展開來,它提供許多的地址(address),也就是錢包,每個錢包裡面預設給你 100 顆以太幣,試著用那些地址去操作智能合約,你就能慢慢體會什麼是建立在以太坊之上的虛擬貨幣了。

真正的開發者世界

實際上開發智能合約只能算是以太坊開發的其中一部分,其他包括以太坊區塊鏈擴容方案、節點驗證等等又是另一個開發領域了,那部份我就沒有研究太多。而智能合約的開發是比較接近應用層面的,透過網頁前端或手機應用程式,與智能合約進行互動,稱作 Dapp(Decentralized App) 的開發,也象徵著網際網路走向 web3.0 的時代。

學習 solidity 語言,除了看硬生生的官方文件之外,我推薦去玩cryptozombies,我本身就是從這款網頁遊戲中學習這門語言,聽說是連小孩子都能輕易學習的教材。

除了學 solidity 之外,網路上還有很多方便的開發工具,開發者主要是運用這些工具做測試、自動化部屬、串接前端等等。許多網路上的教學文章會使用 Truffle + Ganache + web3.js 來建置開發環境。但我在這裡推薦另一款開發環境的架構,如果是新手直接從hardhat開始也是非常適合的,hardhat 的教學文章寫得清楚完整,本篇文章使用的程式碼也是從hardhat-hackathon-boilerplate這個專案而來。hardhat 使用的開發環境是 Waffle + Hardhat + ethers,它幫你把開發環境處理的簡單又舒服,讓開發者可以專注在開發智能合約上。

OpenZeppelin是很有名的智能合約套件庫,開發時可以引入它的智能合約。智能合約很講究安全性,稍微沒寫好就可能被駭客鑽漏洞,虛擬貨幣就被盜走了!OpenZeppelin 提供的 SafeMath很常被引入到專案,對新手來說看 OpenZeppelin 的合約也是很好的學習管道。此外,官方也建了一個學習網站ethernaut,主要在教導如何寫出安全性夠強的智能合約,可惜網站在我寫這篇文章的時間一直處於維修不能用的狀態。

最後再介紹一款實際上線的智能合約專案:Argent。它是一款運用智能合約來做虛擬貨幣錢包的公司,除了使用他們的錢包之外,也可以看看他們的智能合約是怎麼寫的,感受一下專業的程式碼架構與寫法。

小結

這篇文章希望能幫助到想了解區塊鏈這項技術的人,同時也想呈現一個智能合約的開發生態系,你大可以不必花太多力氣去了解密碼學、挖礦、節點、共識機制等等五花八門的專有名詞;反之,你可以專注在智能合約的開發,或回到本質去思考去中心化的用意、以及為什麼不可竄改的特性那麼重要。

智能合約除了做虛擬貨幣之外,也能夠做投票系統,原本以貨幣為起始點的區塊鏈技術,是智能合約的出現擴大了區塊鏈更具彈性的用途,這圈子需要更多的開發者來探勘這片新大陸。

尤其鼓勵人文社會科學的人才,無論是哲學、政治、經濟、或社會等來自各方領域,試著撇開人工智慧主導的科技未來,與之截然不同的另一種形式,人類社會能否與機器合作共存,創造更有效率的市場、更公平的治理方式?


延伸閱讀:激進市場 (Radical Markets: Uprooting Capitalism and Democracy for a Just Society)

#區塊鏈 #智能合約 #solidity #以太坊 #ethereum #虛擬貨幣 #cryptocurrency






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