Публикация Создание приложения Blockchain с помощью C++ впервые появилась на Coinpedia Fintech News
Введение
Технология блокчейн кардинально изменила управление финансами и цепочками поставок, предложив децентрализованные, прозрачные и безопасные механизмы, устраняющие необходимость в посредниках.
Зачем нужно создавать блокчейн-приложение?
Блокчейн-приложения обеспечивают улучшенную целостность и безопасность данных и предоставляют надежную среду для обмена информацией. С помощью блокчейна можно внедрять смарт-контракты и создавать цифровые токены, которые открывают двери для новых экономических моделей, таких как децентрализованные финансы (DeFi) и токенизированные активы и т. д.
Эта статья представляет собой краткий 10-минутный экскурс в мир разработки блокчейна на языке C++.
Основы блокчейна
Блокчейн — это цифровая цепочка, состоящая из отдельных защищенных и защищенных от несанкционированного доступа единиц, называемых блоками. Каждый блок содержит свои метаданные и обозначенную информацию о транзакции. До сих пор мы просто создавали отдельные блоки, верно?! Как бы вы попытались установить связь между каждым блоком осмысленным образом? Ответ заключается в связывании каждого блока с его предыдущим блоком с помощью уникальных случайных криптографических функций, известных как хэш. Каждый блок имеет свой собственный хэш, который является первичным ключом, и вы можете связать все блоки посредством хэширования в хронологическом порядке, образуя цепочку, которая представляет всю историю транзакций в сети.
C++ в блокчейне
C++ — один из самых мощных языков, используемых в блокчейне, благодаря своей скорости, гибкости и контролю. Он творит чудеса при работе со сложными системами, разработкой игр и финансовыми приложениями. Без сомнения, это самый универсальный язык!
C++ блистает в блокчейне по нескольким причинам. Он позволяет разработчикам создавать эффективные системы блокчейна благодаря низкоуровневому управлению памятью, которое обеспечивает точный контроль. Мы все знаем, насколько огромна и безопасна сеть Bitcoin. Представьте, насколько сложным должно быть ее ядро, поскольку ему необходимо обрабатывать бесчисленное количество транзакций. Поэтому для решения этой сложной задачи был выбран C++. Есть несколько важных приложений, разработанных с использованием C++, таких как Bitcoin, Lifecoin, Ripple, Monero и EOS.
Почему C++ — идеальный язык для разработки блокчейна?
Более быстрые вычисления
Высокая производительность
Эффективное управление памятью
Объектно-ориентированные функции
Поддерживает многопоточность
Контроль над системными ресурсами
Независимо от того, являетесь ли вы новичком в блокчейне или стремитесь расширить границы возможного, C++ — это надежный выбор для создания долгосрочных приложений.
Понимание концепций блокчейна с помощью C++
Транзакции: В блокчейне транзакции являются сутью, которая управляет всей системой. Отдельные блоки подобны безопасным хранилищам, которые хранят престижную информацию об обмене и стоимости транзакций вместе с участниками. Эти транзакции являются фундаментальными записями, которые рассказывают историю о том, кто чем обменивался, с кем и когда.
Основы блокчейна, которые вам следует знать
Децентрализация: Децентрализация — причина, по которой блокчейн выделяется во всей технологической сфере. Что такое децентрализация? Это свойство блокчейна, при котором ни одна организация не контролирует всю базу данных. Это делает систему устойчивой к сбоям и препятствует любым видам предвзятости. Каждое устройство-участник (узел) поддерживает копию блокчейна, обеспечивая прозрачность и предотвращая централизованный сбой или манипуляцию.
Неизменяемость: как только вы записываете какие-либо данные в блокчейн, вы не можете изменить их, не изменив последующие блоки. Это делается с помощью криптографического хеширования. Следовательно, все изменения, сделанные однажды, не могут быть отменены, что делает их неизменяемыми.
Механизмы консенсуса: набор протоколов, управляющих всеми потребностями блокчейна. Все узлы в сети должны согласовать методы. Механизмы консенсуса используются для оптимизации узлов и обеспечения того, чтобы все узлы в сети были на одной странице.
До сих пор вы, должно быть, поняли все основы блокчейна, верно? Хватит теории! Давайте теперь перейдем к практической части. Готовы испачкать руки?
В этом разделе мы проведем вас через весь процесс разработки простого блокчейн-приложения. От настройки среды до тестирования и развертывания.
1.Настройка среды разработки C++
Прежде чем начать разработку, необходимо иметь все необходимые условия. В этой главе мы рассмотрим, как можно получить подходящую среду разработки.
Установка компилятора C++
Давайте начнем с понимания того, что такое компилятор.
Компилятор — это важнейший инструмент в разработке программного обеспечения, выступающий в качестве моста между написанным вами кодом, понятным человеку, и машинным кодом, который процессор вашего компьютера может понять и выполнить. В контексте разработки приложений блокчейна на C++ первым шагом будет оснащение себя надежным компилятором C++. Этот инструмент преобразует ваш код C++ в исполняемый машинный код, позволяя вашему приложению блокчейна эффективно работать на различных системах.
Поэтому, чтобы начать разработку, сначала установите совместимый с вашей системой компилятор C++. Ниже приведены популярные компиляторы C++, из которых вы можете выбрать:
GCC (коллекция компиляторов GNU):
Linux/MacOS:
Откройте терминал и введите команды, указанные ниже.
a)Ubuntu/Debian:sudo apt updatesudo apt install build-essentialb)Fedora sudo dnf install gcc gcc-c++c)MacOS(инструменты командной строки)xcode-select –install
Windows: Для пользователей Windows проект MinGW-w64 является отличным выбором, поскольку он представляет собой порт GCC (GNU Compiler Collection) для Windows, предлагая всю мощь GCC в среде Windows.
Шаги по установке:
Загрузите установщик, посетив официальный сайт MinGW-w64.
Запустите установщик после загрузки.
Выберите подходящую архитектуру в соответствии с вашими потребностями
Следуйте инструкциям мастера для завершения.
Обновите систему (это необязательный, но рекомендуемый шаг).
Лязг:
Linux/MacOS: sudo apt install clang (clang также уже установлен в MacOS) Fedora: sudo dnf install clang Windows: Clang можно установить с помощью MinGW или через установщик проекта LLVM
MSVC (Microsoft Visual C++):
MSVC (Microsoft Visual C++) является неотъемлемым компонентом Visual Studio, надежной интегрированной среды разработки (IDE), разработанной корпорацией Microsoft. Visual Studio предоставляет полный набор инструментов для разработки, тестирования и развертывания приложений, а его установка автоматически настроит MSVC в вашей системе.
Проверьте установку, используя следующие команды в терминале или командной строке:
g++ –version # Для GCCclang –version # Для Clangcl # Для MSVC
Выбор IDE
Интегрированная среда разработки (IDE) повышает производительность, предлагая такие инструменты, как автодополнение кода, отладка и управление проектами в едином интерфейсе. Ниже приведены некоторые широко используемые IDE для разработки на C++:
Visual Studio: Загрузите Visual Studio с официального сайта.
И выполните следующие шаги, указанные в таблице ниже:
CLion: Установка и настройка:
CLion — популярная среда разработки, работающая на базе JetBrains, но требующая подписки, однако предоставляющая бесплатные пробные версии.
предоставляет бесплатные пробные версии.
Visual Studio Code: установка и настройка расширений для разработки на C++.
Установка необходимых библиотек
Используйте менеджеры пакетов для установки необходимых библиотек, таких как OpenSSL для криптографических функций. Ниже приведены шаги и различные библиотеки для разных операционных систем и их команды.
Ура, вы успешно настроили среду разработки и можете сразу приступить к выполнению кода в выбранной вами IDE.
2. Создание простого блокчейна с помощью C++
Прежде чем приступить к написанию кода, давайте разберемся с компонентами класса блока.
Компоненты Blockclass
Индекс — это целое число, которое хранит и поддерживает отсортированный порядок блоков в хронологическом порядке.
Временная метка: временная метка хранит момент создания блока в виде строки.
Транзакции: Транзакции хранят информацию об обмене между участниками и состояние блокчейна на тот момент.
Предыдущий хэш и хэш: Предыдущий хэш хранит криптографический хэш предыдущего блока, тогда как хэш представляет собой строку криптографической информации, перемешанную или хэшированную.
Nonce: Целое число, используемое в алгоритме консенсуса Proof of Work (PoW). Действует как счетчик, который увеличивается для поиска допустимого хеша, соответствующего целевой сложности. Nonce имеет решающее значение для процесса майнинга в PoW, где майнеры соревнуются, чтобы найти nonce, который генерирует хеш с определенным количеством начальных нулей.
Давайте теперь реализуем все функции в коде:
class Block {public: int index; std::string timestamp; std::vector<Transaction> transaction; std::string previousHash; std::string hash; int nonce; // Для PoW // Конструктор Block(int idx, std::string time, std::vector<Transaction> txs, std::string prevHash) { index = idx; timestamp = time; transaction = txs; previousHash = prevHash; nonce = 0; hash = calculateHash(); // Хэш текущего блока } // Метод вычисления хеша блока std::string calculateHash() { std::stringstream ss; ss << index << timestamp << previousHash << nonce; // Добавить данные транзакции и любые дополнительные сведения к вычислению хэша return sha256(ss.str()); // Заполнитель для фактической хэш-функции} // Метод для майнинга блока void mineBlock(int difficulty) { std::string target(difficulty, ‘0’); // Создать строку целевого хеша while (hash.substr(0, difficulty) != target) { nonce++; hash = calculateHash(); } }};
После того, как вы закончите с определением blockclass и его атрибутов, вы можете перейти дальше и создать блок генезиса. Блок генезиса — это первый блок в блокчейне, который необходимо инициализировать, и он имеет индекс, равный нулю. После определения блока генезиса вы можете продолжить и добавить новые блоки в свой блокчейн, используя метод addblock(). Ниже вы можете найти код:
класс Blockchain {public: std::vector<Block> chain; Blockchain() { chain.push_back(createGenesisBlock()); } Блок createGenesisBlock() { return Block(0, “01/01/2024”, “Genesis Block”, “0”); } Блок getLatestBlock() { return chain.back(); } void addBlock(Block newBlock) { newBlock.previousHash = getLatestBlock().hash; newBlock.hash = newBlock.calculateHash(); chain.push_back(newBlock); }};
Создайте и проверьте транзакцию. Каждая транзакция имеет свой собственный идентификатор, предопределенный конструктор, а также информацию об отправителе и получателе вместе с суммой. После создания транзакции ее необходимо проверить с помощью метода validateTransaction().
класс Транзакция {public: std::string отправитель; std::string получатель; double сумма; std::string transactionID; // Конструктор Транзакция(std::string snd, std::string rcp, double amt, std::string txID) { отправитель = snd; получатель = rcp; сумма = amt; transactionID = txID; } // Метод проверки транзакции bool validateTransaction() { // Реализация логики проверки return true; // Заполнитель }};
3.Реализация механизмов консенсуса в C++
До сих пор вы завершили 25% процесса построения. Теперь вы двигаетесь вперед и внедряете механизмы консенсуса для своего блока, который является основой всего приложения.
Доказательство работы
Proof of Work (PoW) — это механизм консенсуса, с помощью которого участники сети блокчейн/майнеры должны найти решение сложной вычислительной математической задачи, прежде чем они смогут добавить новый блок в цепочку. По сути, это процесс нахождения определенного числа, называемого nonce, которое объединяется с данными блока, его хешем и другими данными для генерации значения хеша, которое начинается с определенного количества начальных нулей. Это делает процесс эффективным и защищает сеть от вредоносных атак.
В C++ вы можете реализовать Proof of Work, добавив атрибут proof и метод proof of work в класс Block. Вот как это можно сделать:
#include <iostream>#include <sstream>#include <ctime>#include <string>#include <vector>#include <openssl/sha.h>использование пространства имен std;string sha256(const string str) { unsigned char hash[SHA256_DIGEST_LENGTH]; SHA256_CTX sha256; SHA256_Init(&sha256); SHA256_Update(&sha256, str.c_str(), str.length()); SHA256_Final(hash, &sha256); stringstream ss; for(int i = 0; i < SHA256_DIGEST_LENGTH; i++) { ss << hex << setw(2) << setfill(‘0’) << (int)hash[i]; } return ss.str();}class Block {public: int index; string data; string previousHash; string hash; long proof; time_t timestamp; Block(int idx, string d, string prevHash) { index = idx; data = d; previousHash = prevHash; timestamp = time(nullptr); proof = 0; hash = calculateHash(); } string calculateHash() const { stringstream ss; ss << индекс << временная метка << данные << предыдущийХеш << доказательство; return sha256(ss.str()); } void proofOfWork(int difficulty) { string target(difficulty, ‘0’); do { proof++; hash = calculateHash(); } while (хеш.substr(0, difficulty) != target); }};класс Blockchain {public: vector<Block> chain; int difficulty; Blockchain(int diff) { трудность = diff; chain.emplace_back(Block(0, “Genesis Block”, “0”)); } void addBlock(string data) { Block newBlock(chain.size(), data, chain.back().hash); newBlock.proofOfWork(difficulty); если (isValidProof(newBlock)) { chain.push_back(newBlock); } } bool isValidProof(const Block& block) const { return block.hash.substr(0, difficulty) == string(difficulty, ‘0’); }};
В приведенном выше фрагменте кода мы видим, что сначала нам нужно добавить доказательство и хэш в блок. Затем, определить сложность доказательства и майнить его. После этого вы можете проверить доказательство.
4. Создание простого API блокчейна с помощью C++
API — интерфейс прикладного программирования — это инструмент, который позволяет различным программным приложениям взаимодействовать друг с другом. API в блокчейне упрощают взаимодействие с предопределенными данными блокчейна, поэтому разработчики могут быстро создавать приложения без необходимости знать всю базовую структуру сети. API помогают интегрировать блокчейн с другими платформами, такими как веб-приложения или мобильные приложения. Следовательно, API необходимы для обеспечения эффективной разработки и интеграции.
Настройка среды API
Установите и настройте инструменты, необходимые для создания API на C++, как указано в таблице ниже:
Создание API
#include <cpprest/http_listener.h>#include <cpprest/json.h>#include «blockchain.h»используя пространство имен web;используя пространство имен http;используя пространство имен utility;используя пространство имен http::experimental::listener;Блокчейн blockchain(4); // уровень сложности 4void handleGet(http_request request) { json::value response = json::value::array(); int i = 0; for (auto& block : blockchain.chain) { json::value block_json; block_json[U(“index”)] = json::value::number(block.index); block_json[U(“data”)] = json::value::string(block.data); block_json[U(“previousHash”)] = json::value::string(block.previousHash); block_json[U(“hash”)] = json::value::string(block.hash); block_json[U(“proof”)] = json::value::number(block.proof); block_json[U(“timestamp”)] = json::value::number(block.timestamp); response[i++] = block_json; } request.reply(status_codes::OK, response);}void handlePost(http_request request) { request.extract_json().then([&](json::value requestData) { auto data = requestData[U(“data”)].as_string();blockchain.addBlock(data);request.reply(status_codes::OK, U(“Блок успешно добавлен”));}).wait();}int main() {http_listener listener(U(“http://localhost:8080”));listener.support(methods::GET, handleGet);listener.support(methods::POST, handlePost);try {listener.open().wait();cout << “Прослушивание на http://localhost:8080” << endl;while (true);} catch (exception const& e) {cerr << e.what() << endl; }return 0;}
handleGet извлекает весь блокчейн в формате JSON.
handlePost добавляет новый блок в блокчейн, используя данные из запроса POST.
Запуск и тестирование приложения
Запуск приложения
Как только вы закончите с основными функциями кода в соответствии с циклом разработки ПО, вам нужно перейти к самому важному и неизбежному этапу компиляции и тестирования всего приложения. Это наиболее важно для подтверждения того, что компоненты в приложении работают так, как и ожидалось.
Скомпилируйте код:g++ -o blockchain_api blockchain_api.cpp -lboost_system -lcrypto -lssl -lcpprestЗапустите исполняемый файл:./blockchain_api
Приведенный выше код запускает сервер API по адресу http://localhost:8080.
Тестирование с помощью Postman
Протестируйте конечные точки API с помощью Postman или curl:
Добавить блок:
Метод: ПОСТ
URL-адрес: http://localhost:8080
Тело: формат JSON
{ «data»: «Это новый блок»}
Просмотреть блокчейн:
Метод: ПОЛУЧИТЬ
URL-адрес: http://localhost:8080
Пример добавления блока и просмотра блокчейна с использованием API, созданного на C++.
void handleGet(http_request request) { json::value response = json::value::array(); int i = 0; for (auto& block : blockchain.chain) { json::value block_json; block_json[U(“index”)] = json::value::number(block.index); block_json[U(“data”)] = json::value::string(block.data); block_json[U(“previousHash”)] = json::value::string(block.previousHash); block_json[U(“hash”)] = json::value::string(block.hash); block_json[U(“proof”)] = json::value::number(block.proof); block_json[U(“timestamp”)] = json::value::number(block.timestamp); response[i++] = block_json; } request.reply(status_codes::OK, response); }void handlePost(http_request request) { request.extract_json().then([&](json::value requestData) { auto data = requestData[U(“data”)].as_string();blockchain.addBlock(data);request.reply(status_codes::OK, U(“Блок успешно добавлен”)) }).wait();}
Функция handlePost обрабатывает добавление блока, извлекая данные из тела JSON и добавляя новый блок в блокчейн.
Функция handleGet извлекает весь блокчейн и отправляет его обратно в виде ответа JSON.
6.Живой пример создания приложения блокчейна с помощью C++
Пошаговое выполнение
Шаг 1: Создайте класс Block с необходимыми атрибутами, используя синтаксис C++.
#include <iostream>#include <ctime>#include <string>#include <sstream>#include <vector>#include <openssl/sha.h>используя пространство имен std;класс Block {public: int index; string data; string previousHash; string hash; длинное доказательство; time_t timestamp; Block(int idx, const string& data, const string& prevHash) : index(idx), data(data), previousHash(prevHash), proof(0), timestamp(time(nullptr)) { hash = calculateHash(); } string calculateHash() const { stringstream ss; ss << index << timestamp << data << previousHash << proof; return sha256(ss.str()); } void proofOfWork(int difficulty) { string target(difficulty, ‘0’); do { proof++; hash = calculateHash(); } while (hash.substr(0, difficulty) != target); }private: string sha256(const string& input) const { unsigned char hash[SHA256_DIGEST_LENGTH]; SHA256_CTX sha256; SHA256_Init(&sha256); SHA256_Update(&sha256, input.c_str(), input.size()); SHA256_Final(hash, &sha256); stringstream ss; для (int i = 0; i < SHA256_DIGEST_LENGTH; i++) { ss << hex << setw(2) << setfill(‘0’) << (int)hash[i]; } return ss.str(); }};
Шаг 2: Реализуйте метод calculateHash.
#include <iostream>#include <sstream>#include <iomanip>#include <openssl/sha.h>class Block {public: int index; std::string data; std::string previousHash; std::string hash; long proof; time_t timestamp; Block(int idx, const std::string& data, const std::string& prevHash) : index(idx), data(data), previousHash(prevHash), proof(0), timestamp(time(nullptr)) { hash = calculateHash(); } std::string calculateHash() const { std::stringstream ss; ss << index << timestamp << data << previousHash << proof; return sha256(ss.str()); }private: std::string sha256(const std::string& input) const { беззнаковый символьный хэш[SHA256_DIGEST_LENGTH]; SHA256_CTX sha256; SHA256_Init(&sha256); SHA256_Update(&sha256, input.c_str(), input.size()); SHA256_Final(хэш, &sha256); std::stringstream ss; for (int i = 0; i < SHA256_DIGEST_LENGTH; i++) { ss << std::hex << std::setw(2) << std::setfill(‘0’) << (int)hash[i]; } return ss.str(); }};
Шаг 3: Определите класс Blockchain и инициализируйте его с помощью генезис-блока.
класс Blockchain {public: Blockchain(int difficulty) : difficulty(difficulty) { chain.emplace_back(Block(0, “Genesis Block”, “0”)); } void addBlock(const string& data) { Block newBlock(chain.size(), data, chain.back().hash); newBlock.proofOfWork(difficulty); chain.push_back(newBlock); } const Block& latestBlock() const { return chain.back(); } vector<Block> chain;private: int difficulty;};
Шаг 4: Реализуйте метод calculateHash.
#include <iostream>#include <sstream>#include <iomanip>#include <openssl/sha.h>class Block {public: int index; std::string data; std::string previousHash; std::string hash; long proof; time_t timestamp; Block(int idx, const std::string& data, const std::string& prevHash) : index(idx), data(data), previousHash(prevHash), proof(0), timestamp(time(nullptr)) { hash = calculateHash(); } std::string calculateHash() const { std::stringstream ss; ss << index << timestamp << data << previousHash << proof; return sha256(ss.str()); }private: std::string sha256(const std::string& input) const { беззнаковый символьный хэш[SHA256_DIGEST_LENGTH]; SHA256_CTX sha256; SHA256_Init(&sha256); SHA256_Update(&sha256, input.c_str(), input.size()); SHA256_Final(хэш, &sha256); std::stringstream ss; for (int i = 0; i < SHA256_DIGEST_LENGTH; i++) { ss << std::hex << std::setw(2) << std::setfill(‘0’) << (int)hash[i]; } return ss.str(); }};
Шаг 5: Определите класс Blockchain и инициализируйте его с помощью генезис-блока.
class Blockchain {public: Blockchain(int difficulty) : difficulty(difficulty) { chain.emplace_back(Block(0, “Genesis Block”, “0”)); } void addBlock(const string& data) { Block newBlock(chain.size(), data, chain.back().hash); newBlock.proofOfWork(difficulty); chain.push_back(newBlock); } const Block& latestBlock() const { return chain.back(); } vector<Block> chain;private: int difficulty;};
Шаг 6: Настройте среду API для обработки запросов с использованием подходящей библиотеки C++.
#include <cpprest/http_listener.h>#include <cpprest/json.h>использование пространства имен web;использование пространства имен web::http;использование пространства имен web::http::experimental::listener;класс BlockchainAPI {public: BlockchainAPI(const string& address, Blockchain& blockchain) : listener(http_listener(U(address))), blockchain(blockchain) { listener.support(methods::GET, std::bind(&BlockchainAPI::handleGet, this, std::placeholders::_1));listener.support(methods::POST, std::bind(&BlockchainAPI::handlePost, this, std::placeholders::_1));void start() {listener.open().wait(); cout << “API блокчейна запущено…” << endl; }Private:http_listener listener; Blockchain& blockchain;void handleGet(http_request request) {json::value response = json::value::array();int i = 0;for (const auto& block : blockchain.chain) {json::value block_json;block_json[U(“index”)] = json::value::number(block.index);block_json[U(“data”)] = json::value::string(block.data);block_json[U(“previousHash”)] = json::value::string(block.previousHash);block_json[U(“hash”)] = json::value::string(block.hash);block_json[U(“proof”)] = json::value::number(block.proof);block_json[U(“timestamp”)] = json::value::number(block.timestamp);response[i++] = block_json; } request.reply(status_codes::OK, response); }void handlePost(http_request request) {request.extract_json().then([&](json::value requestData) {string data = requestData[U(“data”)].as_string();blockchain.addBlock(data);request.reply(status_codes::OK, U(“Блок успешно добавлен”));}) . wait () ; }} ;
Шаг 7: Протестируйте приложение, создав новый блок и проверив блокчейн с помощью Postman или curl.
Main:int main() { Blockchain blockchain(4); // Уровень сложности BlockchainAPI api(“http://localhost:8080”, blockchain); api.start(); return 0;}Testing:curl -X POST http://localhost:8080 -H “Content-Type: application/json” -d ‘{“data”:”Это новый блок”}’
Начало разработки блокчейна с использованием C++ — это больше, чем просто кодирование; речь идет о создании основополагающих элементов децентрализованных систем, которые могут произвести революцию в различных отраслях.
Подводя итог, мы рассмотрели все: от основ программирования на C++ для блокчейна до развертывания и тестирования приложения.
Завершив этот модуль, вы сможете более подробно изучить такие концепции оптимизации, как масштабируемость, методы обеспечения безопасности, расширенные механизмы консенсуса и смарт-контракты.
Оставайтесь любознательными, постоянно учитесь и продолжайте программировать. Пусть ваш вклад определит будущее технологий!
