Блокчейн: архитектура, криптовалюты, инструменты разработки, смарт-контракты

Издание будет полезно в первую очередь разработчикам, желающим использовать мощь распределенных систем в своей работе

Скачать в формате PDF

Содержание книги “Блокчейн: архитектура, криптовалюты, инструменты разработки, смарт-контракты”

Над книгой работали.

Предисловие.

Глава 1. Блокчейн. Курс молодого бойца.

Развитие технологии блокчейн ;

Распределенные системы;

История блокчейна и валюты биткойн:

Электронные деньги;

Блокчейн:

• Определение блокчейна;

Общие элементы блокчейна:

• Как устроен блокчейн;
• Как в блокчейне накапливаются блоки;

Достоинства и недостатки блокчейна;

Уровни блокчейновой технологии;

Возможности блокчейна;

Типы блокчейна:

Распределенные реестры;

Технология распределенных реестров;

Публичные блокчейны. Приватные блокчейны:

• Полуприватные блокчейны;
• Сайдчейны;
• Закрытый распределенный реестр;

Разделяемый реестр;

Полностью приватные и проприетарные блокчейны;

Токенизированные блокчейны;

Нетокенизированые блокчейны.

Консенсус:

Механизм консенсуса;

Типы механизмов консенсуса;

Консенсус в блокчейне;

САР-теорема и блокчейн.

Заключение.

Глава 2. Децентрали

Децентрализация с помощью блокчейна.

Методы децентрализации:

Избавление от посредников.

Децентрализация на основе состязания.

Пути децентрализации:

Как происходит децентрализация;

Пример использования критериев децентрализации.

Блокчейн и полная децентрализация экосистемы

Хранилище данных.

Коммуникация.

Вычислительная мощность и децентрализация

Смарт-контракты:

Децентрализованные организации:

Децентрализованные автономные организации.

Децентрализованные автономные корпорации.

Децентрализованные автономные общества.

Децентрализованные приложения.

Требования к децентрализованным приложениям.

Операции, проводимые лецентрализованными приложениями.

• Примеры ДП.

Платформы для децентрализации:

Ethereum.

MaidSafe.

Lisk.

Заключение

Глава 3. Симметричное шифрование

Работа с утилитой командной строки ОpenSSL.

Введение.

Математика

• Множество.
• Группа.
• Поле
• Конечное поле.
• Порядок.
• Абелева группа.
• Простые поля.
• Кольцо.
• Циклическая группа.
• Модульная арифметика.

Криптография

Конфиденциальность

Целостность.

• Аутентификация. Аутентификация сущности.
• Аутентификация происхождения данных.

Неотказуемость.

Подотчетность.

Базовые элементы криптографии.

Симметричная криптография:

• Потоковые шифры.
• Блочные шифры

Стандарт шифрования данных (DES).

Стандарт шифрования AES.

• Как работает AES

Заключение.

Глава 4. Шифрование с открытым ключом

Асимметричное шифрование.

Целочисленная факторизация;

Дискретное логарифмирование;

Эллиптические кривые;

Открытые и закрытые ключи

Система RSA:

• Шифрование и дешифрование с помощью RSA.
• Эллиптическая криптография.

Проблема дискретного логарифмирования в ЕСC:

• RSA с использованием OpenSSL;
• Пара ключей в RSA: открытый и закрытый ключи;
• Шифрование и дешифрование;
• ECC с использованием OpenSSL.

Функции хеширования:

• Сжатие данных случайной длины и представление их в форме установленного размера;
• Простота вычислений;
• Вычислительная неразрешимость;
• Вторичная числительная неразрешимость;
• Устойчивость к коллизиям;
• Резюме сообщения;
• Алгоритмы безопасного хеширования;
• Деревья Меркла;
• Деревья Patricia;
• Распределенные хеш-таблицы (DHT)
• Цифровые подписи.

Алгоритм цифровой подписи RSA:

• Подписать и зашифровать.
• Зашифровать и подписать

Алгоритм ECDSA:

• Как создать цифровую подпись в ОреSSL;
• ЕСDSA при использовании OpenSSL;
• Гомоморфное шифрование Алгоритм Signcryption;
• Доказательства с нулевым разглашением;
• Слепые подписи;
• Схемы кодирования;

Финансовые рынки и торговля.

Торговля;

Обмен;

• Ордеры и их свойства.
• Системы электронной доставки и управления ордерами.
• Атрибуты сделки.
• Базовый финансовый инструмент.
• Основные атрибуты.
• Экономические атрибуты.
• Атрибуты продажи.
• Контрагент.

Жизненный цикл сделки.

Торговля на опережение.

Рыночные манипуляции.

Заключение

Глава 5. Знакомство с биткойном

Биткойн

Определение биткойна;

Биткойн – взгляд с высоты птичьего полета;

Отправка платежа другому пользователю;

Цифровые ключи и адреса.

Закрытые кли Bitcoin;

Открытые ключи и Bitcoin;

Адреса в Bitcoin:

• Кодирование Base58Check.
• Косметические адреса.

Транзакции

Цикл жизни транзакции:

• Комиссия транзакций.
• Пулы транзакций.

Структура данных транзакции:

• Метаданные.
• Вводы.
• Выводы.
• Верификация.
• Скриптовый язык.
• Распространенные опкоды.

Типы транзакций

• Транзакции Coinbase.
• Контракты.

Верификация транзакций.

• Гибкость транзакции.

Блокчейн:

Структура блока;

Структура заголовка блока;

Блок генезиса.

Майнинг:

Задачи майнеров;

Награды майнинга;

Доказательство работы (PoW);

Алгоритм майнинга;

Частота хеширования;

Системы майнинга:

• Центральный процессор;
• Графический процессор
• FPGA.
• ASIC.

Майнинг-пулы.

Заключение

Глава 6. Сеть и платежи Bitcoin

Сеть Bitcoin.

Кошельки.

Недетерминированные кошельки;

Детерминированные кошельки;

Иерархические детерминированные кошельки;

Мозговые кошельки;

Бумажные кошельки;

Аппаратные кошельки;

Онлайн-кошельки;

Мобильные кошельки:

• Мобильный кошелек faxx.

Платежи биткойнами;

Инновации в Bitcoin.

• Предложения по улучшению Bitcoin (BIP)
• Продвинутые протоколы;
• Сегрегированный свидетель (Segwit).
• Bitcoin Cash.
• Bitcoin Unlimited.
• Bitcoin Gold.
• Инвестирование в биткойны и продажа биткойнов.

Заключение.

Глава 7. Клиенты и API Bitcoin.

Установка Bitcoin:

Типы основных клиентов Bitcoin

• Bitcoind.
• Bitcoin-cli.
• Bitcoin-gt.

Настройка узла Bitcoin;

Настройка исходного кода;

Настройка файла bitcoin.conf;

Запуск узла в тестовой сети.

Запуск узла в режиме regtest.

Экспериментирование с Bitcoin-cli.

Программирование Bitcoin и интерфейс командной строки.

Заключение:

Глава 8. Альтернативные криптовалюты

Теоретические основы.

Альтернативы Proof of Work:

• Доказательство хранения.
• Подтверждение доли владения (POS).

Различные типы долей

• Доказательство возраста монеты;
• Доказательство депозита (POD);
• Доказательство уничтожения (РоB);
• Доказательство активности (PDA);
• Нетрадиционные задачи.

Настройка сложности и алгоритм перенаправления:

• Гравитационный колодец Кимото (KGW).
• Dark Gravity Wave.
• DigiShield..
• MIDAS

Ограничения Bitcoin.

Приватность и анонимность.

• Протоколы смешивания.
• Сторонние протоколы смешивания.
• Неотъемлемая анонимность.

Расширенные протоколы на Bitcoin.

• Цветные монеты.
• Контрагент.

Разработка альтернативных криптовалют:

• Алгоритмы консенсуса.
• Алгоритмы хеширования.
• Алгоритмы настройки сложности.
• Время между блоками.
• Награды блоков.
• Частота разделения награды.
• Размер блока и размер транзакции.
• Частота процента.
• Возраст монеты.
• Общее число монет.

Namecoin

Обмен Namecoin;

Получение Namecoin;

Генерирование записей Namecoin.

Litecoin.

Primecoin.

Обмен Primecoin

Руководство по майнингу.

Zcash.

Обмен Zcash.

Руководство по майнингу

• Генерирование адресов.
• Майнинг на графическом адаптере.
• Первичное предложение монет (Initial Coin Offerings-ICO).
• Жетоны ERC20э

Заключение.

Глава 9. Смарт-контракты

История.

Определение.

Рикардианские контракты.

Шаблоны смарт-контрактов;

Оракулы;

Умные оракулы;

Запуск смарт-контрактов в блокчейне;

DAO;

Заключение.

Глава 10. Знакомство с Ethereum.

Введение.

Желтый документ.

• Полезные математические символы.

Блокчейн Ethereum.

Ethereum с высоты птичьего полета

Сеть Ethereum:

• Mainnet.
• Testnet.
• Частная сеть.

Компоненты экосистемы Ethereum.

Ключи и адреса;

Учетные записи;

• Виды учетных записей;

Транзакции и сообщения.

• Транзакция с созданием контракта.
• Транзакция с вызовом сообщения.
• Сообщения.
• Вызовы.
• Проверка и выполнение транзакций.
• Промежуточное состояние транзакции.
• Хранение состояния в блокчейне Ethereum.
• Глобальное состояние
• Состояние учетной записи.
• Квитанции.

Криптовалюта Ether: токены EТC и ЕТН

Виртуальная машина Ethereum:

• Среда выполнения.
• Состояние виртуальной машины.
• Функция итератора.

Смарт-контракты.

• Стандартные контракты.

Заключение.

Глава 11. Ethereum. Продолжение

Языки программирования.

• Байт-код среды выполнения:
• Команды и их назначение.
• Арифметические опера.
• Логические операции.
• Криптографические операции.
• Информация об окружении.
• Информации о блоке.
• Операции со стеком, памятью, хранилищем и потоком выполнения.
• Операции сохранения.
• Операции дублирования.
• Операции замены.
• Журнальные операции.
• Системные операции.

Блоки и блокчейн:

• Начальный блок.
• Механизм проверки блоков.
• Сложность блока.
• Газ.

Планирование комиссии:

• Ответвления в блокчейне.
• Узлы и майнеры.

Ethash:

• Кошельки и клиентские программы
• API интерфейсы, инструменты и децентрализованные приложения.

Вспомогательные протоколы.

• Whisper.
• Swarm.

Масштабируемость, безопасность и другие вызовы.

Торговля и инвестиции.

Заключение

Глава 12. Среда разработки Ethereum

Тестовые сети.

Подготовка частной сети:

Идентификатор сети;

Файл с начальным блоком;

Директория с данными;

• Флаги и их на значение.
• Статические узлы.

Запуск частной сети.

Запуск клиента Mist в частной сети.

Развертывание контрактов с помощью Mist.

Обозреватель блоков для частных локальных сетей Ethereum

Заключение

Глава 13. Инструменты разработки и фреймворки

Языки программирования.

Компиляторы:

• Компилятор Solidity (solc);
• Интегрированные среды разработки.
• Инструменты и библиотеки;
• Ganache;
• MetaMask;
• Truffle;
• Разработка и развертывание контрактов.

Язык программирования Solidity

Типы:

• Примитивные типы;
• Литералы;
• Перечисления;
• Функции;
• Ссылочные типы;
• Глобальные переменные;
• Управляющие конструкции;
• Структура исходного файла Solidity

Заключение

Глава 14. Введение в Web3

Web3.

Развертывание контрактов;

POST-запросы;

Клиентская сторона на основе HTML и JavaScript:

• Установка web3.js.

Фреймворки для разработки:

• Truffle.
• Оракулы.
• Развертывание в децентрализованном хранилище с использованием IPFS.
• Распределенные журналы.

Заключение

Tneea 15. Hyperledger.

Проекты, входящие в состав Нурerledger.

• Fabric;
• Sawtooth Lake;
• Iroha;
• Burrow;
• Indy;
• Explorer;
• Cello;
• Composer;
• Quilt;

Hyperledger как протокол:

Эталонная архитектура.

Hyperledger Fabric: требования и архитектурные решения:

• Модульный подход.
• Сохранность личных данных и конфиденциальность.
• Масштабируемость.
• Предсказуемые транзакции.
• Проверка подлинности.
• Проверяемость.
• Интероперабельность.
• Переносимость.
• Гибкие запросы.

Fabric:

Hyperledger Fabric:

• Сервисы членства;
• Сервисы блокчейна;
• Сервисы консенсуса;
• Распределенный журнал.

Sawtooth Lake:

• POET;
• Семейства транзакций;
• Консенсус в Sawtooth;
• Среда разработки для Sawtooth Lake.

Corda

• Архитектура.
• Компоненты.
• Среда разработки для Corda.

Заключение

Глава 16. Альтернативные блокчейны

Блокчейны.

Kadena;

Ripple;

• Транзакции.
• Interledger.

Stellar;

Rootstock:

• Сайдчейн.
• Драйвчейн.

Quorum:

• Менеджер транзакций.
• Криптоанклав.
• Механизм ОuorumChain.
• Менеджер сети.

 

Tezos.

Storj.

MaidSafe.

BigchainDB.

MultiChain.

Tendermint:

• Ядро Tendermint;
• Протокол сокета Tendermint (TMSP);

Платформы и фреймворки.

Eris.

Заключение.

Глава 17. Блокчейн – вне сферы валют

Интернет вещей.

Уровень физических объектов;

Уровень устройства;

Сетевой уровень;

Уровень управления;

Прикладной уровень;

Эксперимент блокчейна интернета вещей;

• Настройка первого узла.
• Настройка узла Raspberry Pi.
• Цепь.

Государственные услуги:

• Пограничный контроль.
• Голосование.
• Идентификация населения (ID карты).
• Прочие услуги.

Здравоохранение;

Финансы

• Страхование.
• Расчет после сделок.
• Предотвращение финансовых преступлений.
• Медиа.

Заключение

Глава 18. Масштабируемость и другие вызовы

Масштабируемость:

Плоскость сети;

Плоскость консенсуса;

Плоскость хранения;

Плоскость вида;

Увеличение размера блока;

 

Уменьшение интервала блока;

Инвертируемые таблицы поиска Bloom;

Шардинг;

Каналы состояния;

Приватный блокчейн;

Доказательство доли владения;

Сайдчейны:

• Сабчейны.
• Цепи-деревья.
• Распространение блоков.
• Bitcoin-NG.
• Plasma.

Приватность

Обфускация неразличимости;

Гомоморфное шифрование;

Доказательства с нулевым разглашением;

Каналы состояния;

Безопасное многостороннее вычисление;

Применение аппаратного обеспечения для конфиденциальности;

CoinJoin;

Конфиденциальные транзакции;

MimbleWimble;

Безопасность:

• Безопасность смарт-контрактов

Заключение.

Глава 19. Текущая и дальнейшая перспективы Блокчейны специфических приложений (ASBC)

Новые тенденции:

Блокчейны специфических приложений (ASBC);

Корпоративные блокчейны;

Приватные блокчейны;

Стартапы;

Высокий исследовательский интерес;

Стандартизация;

Улучшения;

Реальные реализации;

Консорциумы;

Ответы на технические вызовы;

Сближение;

Образование в сфере блокчейн технологий;

Трудоустройство;

Исследования и криптографии;

Новые языки программирования;

Аппаратные исследования и разработка;

Исследования в формальных методах и безопасности;

Альтернативы блокчейнам;

Взаимодействие сетей;

Блокчейн как сервис;

Действия по уменьшению расхода электричества.

Другие вызовы:

Регулирование;

Темная сторона.

Исследования блокчейна:

Смарт-контракты.

Проблемы централизации.

Ограничения в криптографических функциях

Алгоритмы консенсуса.

Масштабируемость.

Код обфускации.

Примечательные проекты

Zcash на Ethereum.

CollCo.

Cello

Qtum.

Bitcoin-NG

Solidus.

Hawk.

Town-Crier.

SETLCoin.

TEEChan.

Falcon.

Bletchley.

Casper.

Прочие инструменты

Расширение Solidity для Microsoft Visual Studio.

MetaMask.

Stratis.

Embark

DAPPLE

Meteor.

uPort.

INFURA.

Сближение с другими отраслями.

Будущее.

Заключение.

Предметный указатель