Башир Имран - Блокчейн. Исчерпывающее руководство [2025, PDF, RUS]

От издательства.......................................................................................................18
Над книгой работали.............................................................................................19
Предисловие.............................................................................................................21
Глава 1. Блокчейн. Курс молодого бойца..............................................................26
Развитие блокчейна....................................................................................................26
Прогресс на пути к созреванию............................................................................27
Рост заинтересованности......................................................................................28
Распределенные системы..........................................................................................30
CAP-теорема............................................................................................................32
PACELC-теорема......................................................................................................34
История блокчейна.....................................................................................................35
Биткойн....................................................................................................................36
Электронная наличность.......................................................................................36
Введение в блокчейн..................................................................................................38
Архитектура блокчейна.........................................................................................40
Общие элементы блокчейна.................................................................................42
Как работает блокчейн...........................................................................................46
Преимущества и возможности блокчейна...............................................................48
Ограничения блокчейна........................................................................................50
Типы блокчейна...................................................................................................52
Распределенные реестры......................................................................................53
Общедоступный реестр.........................................................................................53
Публичные блокчейны...........................................................................................54
Приватные блокчейны...........................................................................................54
Полуприватные блокчейны...................................................................................54
Закрытый распределенный реестр......................................................................54
Полностью приватные и проприетарные блокчейны...............................................55
Токенизированные блокчейны.............................................................................55
Нетокенизированные блокчейны........................................................................55
Блокчейны первого уровня...................................................................................56
Блокчейны второго уровня...................................................................................57
Заключение........................................................................................................57
Глава 2. Децентрализация....................................................................................59
Введение в децентрализацию...................................................................................59
Методы децентрализации.....................................................................................64
Избавление от посредников..................................................................................64
Децентрализация на основе состязания.............................................................65
Измерение степени децентрализации................................................................65
Преимущества децентрализации.........................................................................66
Оценка требований................................................................................................68
Децентрализация всей экосистемы.........................................................................69
Хранилище данных................................................................................................70
Коммуникация........................................................................................................71
Вычислительная мощность...................................................................................72
Децентрализация на практике.................................................................................74
Смарт-контракты....................................................................................................74
Автономные агенты...............................................................................................74
Децентрализованные организации.....................................................................74
Децентрализованные автономные организации..............................................75
Децентрализованные автономные корпорации...............................................76
Децентрализованные автономные общества....................................................76
Децентрализованные приложения......................................................................77
Требования к децентрализованным приложениям...............................................78
Операции, проводимые децентрализованными приложениями..............................79
Проектирование ДП...............................................................................................79
Инновационные тенденции......................................................................................81
Децентрализованная сеть.....................................................................................81
Web 1.........................................................................................................................82
Web 2.........................................................................................................................82
Web 3.........................................................................................................................82
Заключение..................................................................................................................83
Глава 3. Симметричное шифрование...............................................................84
Введение в криптографию.........................................................................................85
Возможности криптографии.................................................................................86
Криптографические примитивы..............................................................................88
Примитивы без ключа...........................................................................................88
Примитивы симметричных ключей..................................................................102
Стандарт шифрования AES......................................................................................110
Стандарт шифрования данных...........................................................................110
Принцип работы AES...........................................................................................110
Шифрование и дешифрование с помощью AES...............................................112
Заключение................................................................................................................114
Глава 4. Асимметричное шифрование...........................................................115
Математические основы..........................................................................................115
Асимметричное шифрование.................................................................................117
Открытые и закрытые ключи.............................................................................117
Алгоритмы асимметричной криптографии.....................................................119
Интегрированная схема шифрования...............................................................120
Введение в RSA..........................................................................................................121
Шифрование и дешифрование с помощью RSA..............................................122
Введение в ECC..........................................................................................................124
Математический фундамент ECC......................................................................125
Задача дискретного логарифмирования...........................................................131
Генерация ключей с помощью ECC....................................................................133
Цифровые подписи...................................................................................................136
Алгоритм цифровой подписи RSA.....................................................................137
Генерация цифровых подписей RSA..................................................................138
Алгоритм ECDSA.......................................................................................................139
Создание цифровых подписей ECDSA..............................................................140
Типы цифровых подписей.......................................................................................142
Слепые подписи....................................................................................................143
Мультиподписи.....................................................................................................144
Пороговые подписи..............................................................................................145
Множественная подпись.....................................................................................146
Кольцевые подписи..............................................................................................147
Криптографические конструкции и технология блокчейн................................148
Гомоморфное шифрование.................................................................................148
Разделение секрета..............................................................................................149
Схемы обязательств..............................................................................................149
Доказательства с нулевым разглашением........................................................150
Схемы кодирования.............................................................................................156
Алгоритм VRF........................................................................................................157
Заключение................................................................................................................158
Глава 5. Алгоритмы консенсуса........................................................................159
Введение в тему консенсуса....................................................................................159
Отказоустойчивость.............................................................................................160
FLP-невозможность..............................................................................................162
Анализ и проектирование.......................................................................................163
Модель....................................................................................................................163
Процессы................................................................................................................163
Временные допущения........................................................................................164
Классификация..........................................................................................................164
Алгоритмы.................................................................................................................165
Алгоритм CFT........................................................................................................166
Алгоритмы BFT.....................................................................................................171
Выбор алгоритма.......................................................................................................199
Окончательность..................................................................................................200
Скорость, производительность и масштабируемость...........................................200
Заключение................................................................................................................201
Глава 6. Архитектура биткойна.........................................................................202
Знакомство с биткойном.........................................................................................202
Криптографические ключи.....................................................................................204
Закрытые ключи биткойна..................................................................................204
Открытые ключи биткойна.................................................................................205
Адреса.........................................................................................................................206
Типичные адреса сети биткойн..........................................................................207
Расширенные адреса сети биткойн...................................................................209
Транзакции................................................................................................................209
Транзакция coinbase.............................................................................................210
Жизненный цикл транзакции............................................................................211
Структура данных транзакции...........................................................................213
Скриптовый язык.................................................................................................216
Ошибки транзакций.............................................................................................222
Блокчейн.....................................................................................................................223
Структура...............................................................................................................223
Блок генезиса........................................................................................................225
Устаревшие и блоки-сироты...............................................................................225
Вилки......................................................................................................................226
Свойства.................................................................................................................227
Майнеры.....................................................................................................................228
Доказательство выполненной работы (PoW)...................................................230
Системы майнинга...............................................................................................232
Майнинг-пулы.......................................................................................................234
Сеть.............................................................................................................................235
Типы сообщений...................................................................................................236
Клиентское программное обеспечение............................................................241
Фильтры Блума.....................................................................................................242
Кошельки....................................................................................................................244
Заключение................................................................................................................247
Глава 7. Биткойн на практике............................................................................248
Биткойн в реальном мире.......................................................................................248
Платежи в сети биткойн...........................................................................................250
Инновации в сети биткойн......................................................................................252
Предложения по улучшению биткойна.............................................................252
Продвинутые протоколы.....................................................................................254
Расширенные протоколы над биткойном........................................................259
Альткойны от биткойна.......................................................................................262
Установка клиента биткойна...................................................................................263
Типы клиентов и инструментов.........................................................................263
Настройка биткойн-узла......................................................................................264
Запуск узла в тестовой сети................................................................................265
Запуск узла в режиме regtest...............................................................................267
Дальнейшие эксперименты с bitcoin-cli...............................................................269
Использование инструмента командной строки биткойна...................................270
Использование интерфейса JSON-RPC..............................................................271
Использование интерфейса HTTP REST.............................................................273
Программирование биткойна.................................................................................274
Заключение................................................................................................................274
Глава 8. Смарт-контракты...................................................................................276
Знакомство со смарт-контрактами........................................................................276
Определения..........................................................................................................277
Свойства.................................................................................................................278
Применение в реальных условиях.....................................................................280
Рикардианские контракты......................................................................................281
Шаблоны смарт-контрактов....................................................................................285
Оракулы......................................................................................................................287
Программные и сетевые доказательства..........................................................290
Доказательства с помощью аппаратных средств............................................291
Типы оракулов в блокчейне................................................................................294
Сервисы оракулов для блокчейна......................................................................298
Развертывание смарт-контрактов.........................................................................299
The DAO.......................................................................................................................300
Достижения в области технологии смарт-контрактов........................................302
Solana Sealevel.......................................................................................................302
Digital Asset Modeling Language (DAML)............................................................302
Заключение................................................................................................................304
Глава 9. Архитектура Ethereum.........................................................................306
Введение в Ethereum................................................................................................306
Криптовалюта............................................................................................................308
Ключи и адреса..........................................................................................................309
Учетные записи.........................................................................................................313
Транзакции и сообщения.........................................................................................315
Базисное дерево Меркла (MPT)..........................................................................315
Компоненты транзакций.....................................................................................317
Рекурсивный префикс длины.............................................................................321
Газ............................................................................................................................322
Типы транзакций..................................................................................................324
Сообщения.............................................................................................................326
Проверка и выполнение транзакций.................................................................327
Состояние и хранение в блокчейне Ethereum..................................................328
Виртуальная машина Ethereum..............................................................................332
Среда выполнения................................................................................................335
Состояние виртуальной машины.......................................................................335
Блоки и блокчейн......................................................................................................336
Блок генезиса........................................................................................................338
Механизм проверки, обработки и завершения работы над блоком..........................338
Механизм изменения сложности блока..................................................................340
Узлы и майнеры........................................................................................................341
Механизм консесуса.............................................................................................342
Вилки в блокчейне................................................................................................343
Сеть Ethereum............................................................................................................344
Основная сеть........................................................................................................344
Тестовые сети........................................................................................................344
Частные сети..........................................................................................................344
Предварительно скомпилированные смарт-контракты.........................................349
Языки программирования..................................................................................351
Solidity....................................................................................................................351
Байт-код среды выполнения...............................................................................351
Опкоды...................................................................................................................352
Кошельки и клиентские программы......................................................................352
Кошельки................................................................................................................352
Клиент Geth...........................................................................................................353
Легкие клиенты.....................................................................................................353
Вспомогательные протоколы..................................................................................353
Протокол Whisper.................................................................................................354
Протокол Swarm....................................................................................................354
Заключение................................................................................................................355
Глава 10. Ethereum на практике.......................................................................356
Платежи в Ethereum..................................................................................................356
Инновации в Ethereum.............................................................................................358
Бомба сложности..................................................................................................358
EIP-1559..................................................................................................................359
Обновление Merge и будущие обновления.......................................................361
Программирование с Geth.......................................................................................362
Установка и настройка клиента Geth.................................................................362
Создание новой учетной записи в Geth............................................................363
Запрос к блокчейну с помощью Geth.................................................................364
Настройка среды разработки..................................................................................369
Подключение к тестовым сетям.........................................................................369
Создание частной сети.........................................................................................370
Знакомство с IDE Remix...........................................................................................383
Взаимодействие с блокчейном Ethereum с помощью MetaMask................................385
Установка MetaMask.............................................................................................386
Создание и пополнение счета в MetaMask..............................................................387
Использование MetaMask и IDE Remix для развертывания
смарт-контрактов.................................................................................................389
Заключение................................................................................................................403
Глава 11. Инструменты, языки и фреймворки
для разработчиков Ethereum............................................................................404
Языки..........................................................................................................................405
Компилятор Solidity..................................................................................................405
Установка solc........................................................................................................406
Эксперименты с solc.............................................................................................407
Инструменты, библиотеки и фреймворки............................................................409
Node.js.....................................................................................................................409
Ganache...................................................................................................................410
Truffle......................................................................................................................412
Drizzle.....................................................................................................................414
Другие инструменты............................................................................................414
Разработка и развертывание контрактов.............................................................415
Написание смарт-контрактов.............................................................................415
Тестирование смарт-контрактов........................................................................416
Развертывание смарт-контрактов.....................................................................416
Язык Solidity...............................................................................................................416
Функции.................................................................................................................418
Переменные...........................................................................................................422
Типы данных.........................................................................................................424
Управляющие структуры.....................................................................................429
События..................................................................................................................431
Наследование........................................................................................................431
Библиотеки............................................................................................................432
Обработка ошибок................................................................................................433
Заключение................................................................................................................434
Глава 12. Реализация Web3 с применением Ethereum.....................................435
Взаимодействие с контрактами с применением Web3 и Geth............................436
Развертывание контрактов.................................................................................437
Использование solc для генерации ABI и кода.................................................441
Запрос контрактов с помощью Geth..................................................................442
Взаимодействие с Geth с помощью POST-запросов........................................445
Взаимодействие с контрактами с помощью интерфейсов................................447
Установка библиотеки JavaScript web3.js..........................................................447
Создание объекта web3........................................................................................448
Создание JavaScript-файла app.js.......................................................................449
Создание веб-страницы фронтенда..................................................................452
Вызов функций контракта..................................................................................453
Применение веб-страницы фронтенда.............................................................454
Развертывание и работа с контрактами с Truffle.................................................457
Установка и инициализация Truffle...................................................................458
Компиляция, тестирование и миграция с помощью Truffle...................................459
Взаимодействие с контрактом...........................................................................463
Использование Truffle для тестирования и развертывания
смарт-контрактов.................................................................................................465
Развертывание в децентрализованном хранилище с IPFS...................................470
Заключение................................................................................................................472
Глава 13. Жизнь после The Merge....................................................................473
Введение.....................................................................................................................473
Ethereum после The Merge.......................................................................................474
Обновление Beacon Chain....................................................................................476
Интерфейс P2P (работа с сетью).........................................................................490
«Слияние» (The Merge).............................................................................................491
Шардинг......................................................................................................................502
Перспективы развития Ethereum...........................................................................512
Заключение................................................................................................................514
Глава 14. Hyperledger...........................................................................................515
Проекты в рамках Hyperledger................................................................................516
Распределенные реестры....................................................................................516
Библиотеки............................................................................................................519
Инструменты.........................................................................................................520
Специальные приложения..................................................................................521
Эталонная архитектура Hyperledger......................................................................522
Принципы разработки Hyperledger...................................................................524
Hyperledger Fabric......................................................................................................527
Ключевые концепции..........................................................................................527
Компоненты..........................................................................................................532
Приложения...........................................................................................................535
Механизм консенсуса...........................................................................................538
Жизненный цикл транзакции............................................................................539
Fabric 2.0.....................................................................................................................541
Новое управление жизненным циклом чейнкода..............................................541
Новые шаблоны применения чейнкодов..........................................................543
Заключение................................................................................................................544
Глава 15. Токенизация..........................................................................................546
Токенизация на блокчейне......................................................................................547
Преимущества токенизации...............................................................................547
Недостатки токенизации.....................................................................................549
Типы токенов.............................................................................................................551
Взаимозаменяемые токены................................................................................551
Невзаимозаменяемые токены............................................................................552
Стабильные токены..............................................................................................553
Security-токены.....................................................................................................554
Процесс токенизации...............................................................................................554
Предложения токенов..............................................................................................555
Первичные размещения монет..........................................................................555
Предложения security-токенов...........................................................................557
Первичное биржевое предложение...................................................................557
Предложения токенов акций..............................................................................557
Децентрализованное автономное первичное размещение монет...........................558
Другие предложения токенов.............................................................................558
Стандарты токенов...................................................................................................559
ERC-20.....................................................................................................................560
ERC-223...................................................................................................................560
ERC-777...................................................................................................................560
ERC-721...................................................................................................................561
ERC-884...................................................................................................................561
ERC-1400.................................................................................................................561
ERC-1404.................................................................................................................562
ERC-1155.................................................................................................................562
ERC-4626.................................................................................................................563
Создание токена ERC-20..........................................................................................564
Создание контракта на Solidity..........................................................................564
Развертывание контракта на виртуальной машине Remix JavaScript.....................569
Добавление токенов в MetaMask........................................................................574
Перспективные концепции.....................................................................................576
Токеномика/экономика токенов........................................................................576
Инженерная разработка токенов.......................................................................577
Таксономия токенов.............................................................................................577
Заключение................................................................................................................578
Глава 16. Корпоративный блокчейн...............................................................579
Корпоративные решения и блокчейн....................................................................580
Факторы успеха.....................................................................................................581
Ограничивающие факторы.................................................................................582
Требования.................................................................................................................584
Приватность..........................................................................................................585
Производительность............................................................................................586
Управление доступом..........................................................................................587
Дополнительные требования..............................................................................587
Корпоративный блокчейн в сравнении с публичным блокчейном...........................591
Архитектура корпоративного блокчейна..............................................................592
Проектирование корпоративных решений на блокчейне.......................................595
TOGAF.....................................................................................................................595
Метод разработки архитектуры (ADM).................................................................596
Блокчейн в облаке.................................................................................................599
Доступные корпоративные блокчейн-платформы..................................................601
Проблемы корпоративных блокчейнов.................................................................603
Взаимозаменяемость...........................................................................................603
Недостаточная стандартизация.........................................................................603
Соответствие требованиям.................................................................................604
Бизнес-задачи.......................................................................................................605
Блокчейн VMware......................................................................................................605
Компоненты..........................................................................................................605
Протокол консенсуса............................................................................................606
Архитектура...........................................................................................................607
Блокчейн VMware для Ethereum...............................................................................609
Quorum..................................................................................................................610
Архитектура...........................................................................................................610
Криптография.......................................................................................................613
Приватность..........................................................................................................613
Управление доступом с помощью прав доступа......................................................618
Производительность............................................................................................619
Подключаемый консенсус...................................................................................620
Настройка сети Quorum с помощью IBFT.............................................................620
Установка и запуск Quorum Wizard ...................................................................621
Запуск приватной транзакции...........................................................................624
Подключение Geth к узлам..................................................................................624
Просмотр транзакции в Cakeshop......................................................................627
Дальнейшие исследования с помощью Geth.......................................................628
Другие проекты Quorum..........................................................................................632
Плагин Remix.........................................................................................................632
Подключаемая архитектура................................................................................632
Заключение................................................................................................................633
Глава 17. Масштабируемость.............................................................................634
Что такое масштабируемость?................................................................................634
Трилемма блокчейна............................................................................................635
Методы улучшения масштабируемости..................................................................638
Роллапы..................................................................................................................652
Заключение................................................................................................................678
Глава 18. Конфиденциальность блокчейна................................................................679
Конфиденциальность...............................................................................................680
Анонимность.........................................................................................................680
Конфиденциальность...........................................................................................681
Методы достижения конфиденциальности..........................................................682
Уровень 0................................................................................................................683
Приватность с использованием нулевого знания........................................................694
Пример...................................................................................................................713
Заключение................................................................................................................720
Глава 19. Безопасность блокчейна...........................................................................721
Безопасность..............................................................................................................721
Уровни блокчейна и атаки.......................................................................................724
Аппаратный уровень............................................................................................725
Сетевой уровень....................................................................................................726
Уровень блокчейна...............................................................................................727
Уровень приложений блокчейна........................................................................733
Интерфейсный уровень.......................................................................................738
Атаки на блокчейны уровня 2.................................................................................741
Криптографический уровень..............................................................................743
Инструменты и механизм анализа безопасности...............................................747
Формальная верификация..................................................................................749
Безопасность смарт-контрактов........................................................................755
Solgraph..................................................................................................................758
Моделирование угроз...............................................................................................758
Регулирование и соблюдение законов...................................................................761
Заключение................................................................................................................761
Глава 20. Децентрализованная идентификация......................................................763
Идентичность............................................................................................................763
Цифровая идентичность..........................................................................................764
Централизованная модель идентификации...........................................................765
Модель федеративной идентификации.................................................................766
Модель децентрализованной идентификации.......................................................771
Суверенная идентичность...................................................................................772
Компоненты SSI....................................................................................................773
Идентичность в Ethereum........................................................................................789
Идентичность в мире Web3, DeFi и Metaverse......................................................790
Проекты блокчейна с SSI-спецификой..................................................................793
Hyperledger Indy, Aries, Ursa и AnonCreds..........................................................794
Другие проекты.....................................................................................................794
Некоторые другие инициативы..........................................................................795
Проблемы...................................................................................................................795
Заключение................................................................................................................796
Глава 21. Децентрализованные финансы...................................................................797
Введение.....................................................................................................................797
Финансовые рынки...................................................................................................799
Торговля.................................................................................................................800
Биржи......................................................................................................................801
Применение блокчейна в финансах......................................................................805
Страхование...........................................................................................................805
Расчеты по сделкам..............................................................................................805
Профилактика финансовых преступлений..............................................................806
Платежи..................................................................................................................808
Децентрализованные финансы..............................................................................810
Свойства DeFi........................................................................................................812
Уровни DeFi...........................................................................................................812
Примитивы DeFi...................................................................................................814
Сервисы DeFi.........................................................................................................815
Преимущества DeFi..............................................................................................831
Uniswap...................................................................................................................833
Обмен токена.........................................................................................................833
Пул ликвидности Uniswap...................................................................................834
Заключение................................................................................................................837
Глава 22. Возможности блокчейна и его будущее.................................................838
Сценарии использования........................................................................................838
IoT...........................................................................................................................839
Архитектура IoT........................................................................................................840
Уровень физических объектов............................................................................841
Уровень устройств................................................................................................841
Сетевой уровень....................................................................................................842
Уровень управления.............................................................................................842
Уровень приложений...........................................................................................842
Преимущества конвергенции IoT и блокчейна...................................................843
Практическая реализация IoT на основе блокчейна...........................................846
Настройка Raspberry Pi........................................................................................848
Настройка первого узла.......................................................................................851
Настройка узла Raspberry Pi................................................................................851
Установка Node.js..................................................................................................852
Сборка электронной схемы.................................................................................854
Создание и запуск контракта на Solidity...........................................................855
Правительство...........................................................................................................860
Пограничный контроль.......................................................................................860
Выборы...................................................................................................................863
Идентификация граждан.....................................................................................864
Здравоохранение......................................................................................................865
Медиа..........................................................................................................................866
Блокчейн и ИИ...........................................................................................................867
Некоторые намечающиеся тенденции..................................................................869
Некоторые проблемы...............................................................................................872
Заключение................................................................................................................875
Предметный указатель........................................................................................877