Як створити блокчейн з нуля за допомогою Go

Вступ

Якщо Web 3.0 і блокчейн стають все більш поширеними з кожним днем, чи знаєте ви, що таке блокчейн? Чи знаєте ви його технічні переваги та варіанти використання?

Мета цього підручника - представити технологію блокчейнів з технічної точки зору, побудувавши її з нуля.

Забудьте все, що ви чули про блокчейн із соціальних мереж. Тепер ви побудуєте блокчейн-систему з нуля, щоб по-справжньому зрозуміти тонкощі цієї рівноправної, розподіленої технології.

Потім визначтеся з його майбутнім та перевагами. Попередження спойлера: ви полюбите програмування програмного забезпечення для блокчейнів.

Як?

Ви будете слідкувати за історією розробника програмного забезпечення, який прагне зробити революцію у своїй локальній панелі, застосувавши технологію блокчейн для своєї платіжної системи.

Незважаючи на те, що блокчейн має кілька незаперечних випадків використання, на даний момент додатком номер один є платежі. Це тому, що банки все ще працюють на неефективній 40-річній інфраструктурі, що працює на файлах CSV та FTP.

Історія містить багато цікавих та інтригуючих фактів про загальну екосистему блокчейну та різні протоколи, такі як Bitcoin, Ethereum та XRP.

Що ви будете будувати, вчитися та робити в цьому підручнику?

  • Ви налаштуєте проект Go на локальній машині без попереднього досвіду роботи GoLang
  • Ви будете генерувати та розповсюджувати свої перші маркери блокчейну
  • Ви будете розробляти базу даних, керовану CLI, у програмі Go з нуля
  • Ви дізнаєтесь, скільки прав користувачі мають у своїх улюблених додатках
  • Ви знайдете основну цінність пропозиції блокчейну
  • Ви зробите свою БД незмінною, використовуючи безпечну криптографічну хеш-функцію

Тож давайте почнемо і переходимо до нашої історії.

Зустріньте головного героя Андрія.

Андрій є власником бару вночі, а вдень розробником програмного забезпечення у маленькому словацькому містечку Бардейов.

Андрію набридло:

  • Програмування надійних, старомодних додатків PHP / Java / Javascript
  • Забувши, скільки грошей йому заборгували друзі та клієнти за всі невиплачені горілчані вистріли ввечері
  • Витрачаючи час на збір і підрахунок монет, повернення купюр і взагалі торкання банківських купюр, виставлених COVID-19
  • Зберігання різних пластикових фішок для настільного футболу, дартсу, більярду та покеру

Андрій хотів би:

  • Майте досконалу історію діяльності та продажів адвокатури, яку можна перевірити, щоб зробити його адвокатом відповідним податковим нормам
  • Перетворіть його бар в автономне, ефективно оплачуване, децентралізоване та безпечне середовище, якому його клієнти можуть довіряти та отримувати прибуток

Його мета - написати просту програму та зберегти всі залишки своїх клієнтів у віртуальній формі.

Андрій ділиться тут своїми думками:

"Кожен новий клієнт дасть мені готівку, і я зарахую їм еквівалентну суму своїх цифрових токенів (монети / криптовалюта). Токени представлятимуть грошову одиницю всередині та поза баром.

Користувачі будуть використовувати жетони для всіх функцій бару: від оплати напоїв, позики та позики своїм друзям, а також гри в настільний теніс, покер та кікер.

Наявність бару, що працює на блокчейнових токенах, призведе до тонн цінності для моїх клієнтів. На відміну від моєї конкуренції та інших барів на цій вулиці, де клієнти витрачають лише гроші та отримують похмілля в обмін, клієнти мого бару, що мають жетони бару, матимуть права акціонерів.

Подібно до володіння значною часткою акцій у такій компанії, як Apple чи Microsoft, клієнти, що мають ці барні токени, зможуть вирішити, як буде працювати бар, голосуючи та приймаючи рішення щодо:

  • ціни на напої
  • години роботи
  • нові функції (телевізор, музичний автомат ...)
  • дизайн інтер’єру та екстер’єру
  • розподіл прибутку
  • тощо

О, це буде мрія програмування!

Я називатиму токени: токени Blockchain Bar, TBB! "

Тепер, коли Андрій поділився своєю мрією, ми почнемо.

Зміст

  • Вимоги
  • Налаштуйте проект
  • 01 | База даних MVP
  • 02 | Мутація глобального стану БД
  • 03 | Монолітна подія проти транзакції
  • 04 | Люди жадібні
  • 05 | Навіщо нам блокчейн
  • 06 | L'Hash de Immutable
  • Наступні кроки

Вимоги

Давайте зануримось у наш підручник. Я рекомендую 2+ роки досвіду програмування на Java / PHP / Javascript або іншій мові, подібній до Go.

If you want to get a good quick intro to go, here's a free course that'll get you started.

You can also complete the official 17 lectures of A Tour Of Go to get familiar with the language syntax and basic concepts (~20 mins).

Why Go?

Because like blockchain, it's a fantastic technology for your overall programming career. Go is a trendy language and Go devs are better paid than the average Java/PHP/Javascript positions.

Go is optimized for multi-core CPU architecture. You can spawn thousands of light-weight threads (Go-routines) without problems. It's extremely practical for highly parallel and concurrent software such as blockchain networks.

By writing your software in Go, you achieve nearly C++ level of performance out of the box without killing yourself for that one time you forgot to free up memory.

Go також компілює в двійковий файл, що робить його дуже портативним.

Налаштуйте проект

У цій статті є спеціальне сховище Github з відкритим кодом із повним вихідним кодом, щоб ви могли скомпілювати код і запустити програму на своїй локальній машині.

Якщо ви застрягли в якійсь главі чи певному рядку коду, створіть у цьому сховищі випуск Github, що описує вашу проблему, і я допоможу вам якомога швидше!

↓ Відвідайте сховище Github і дотримуйтесь інструкцій з встановлення ↓

web3coach / the-blockchain-bar-newsletter-edition Вихідний код для перших 7 глав: електронної книги “Шлях програмування блокчейнів”. - web3coach / the-blockchain-bar-newsletter-edition web3coach GitHub

01 | База даних MVP

git checkout c1_genesis_json

Андрій освоїв реляційні бази даних SQL у 90-х. Він знає, як створювати вдосконалені моделі даних і як оптимізувати запити SQL.

It's time for Andrej to catch up with innovation and start building Web 3.0 software.

Luckily, after reading "The Lean Startup" book last week, Andrej feels like he shouldn't over-engineer the solution just yet. Hence, he chooses a simple but effective JSON file for the bar's MVP database.

In the beginning, there was a primitive centralized database.

? Summary

Blockchain is a database.

User 1, Andrej

Monday, March 18.

Andrej generates 1M utility tokens.

In the blockchain world, tokens are units inside the blockchain database. Their real value in dollars or euro fluctuates based on their demand and popularity.

Every blockchain has a "Genesis" file. The Genesis file is used to distribute the first tokens to early blockchain participants.

It all starts with a simple, dummy genesis.json.

Andrej creates the file ./database/genesis.json where he defines that The Blockchain Bar's database will have 1M tokens and all of them will belong to Andrej:

{ "genesis_time": "2019-03-18T00:00:00.000000000Z", "chain_id": "the-blockchain-bar-ledger", "balances": { "andrej": 1000000 } } 

The tokens need to have a real "utility", that is a use case. Users should be able to pay with them from day 1!

Andrej must comply with law regulators (the SEC). It is illegal to issue unregistered security. On the other hand, utility tokens are fine, so right away he prints and sticks a new pricing white p̶a̶p̶e̶r̶ poster on the bar's door.

Andrej assigns a starting monetary value to his tokens so he can exchange them for euro, dollars, or other fiat currency.

1 TBB token = 1€ | Item | Price | | ------------------------- | ------- | | Vodka shot | 1 TBB | | Orange juice | 5 TBB | | Burger | 2 TBB | | Crystal Head Vodka Bottle | 950 TBB | 

Andrej also decides he should be getting 100 tokens per day for maintaining the database and having such a brilliant disruptive idea.

?Fun Facts

Перший генезисний ефір (ETH) на блокчейні Ethereum був створений і розповсюджений серед перших інвесторів та розробників так само, як і комунальний маркер Андрея. У 2017 році, під час буму ICO (початкові пропозиції монет) в мережі блокчейнів Ethereum, засновники проекту написали та представив інвесторам технічні довідки. Довідковий документ - це технічний документ, що викладає складне питання та можливе рішення, покликаний навчити та висвітлити певне питання. У світі blockchains, білий папір служить окреслити характеристики , як цей конкретний blockchain буде виглядати і вести себе , як тільки це проекти developed.Blockchain піднятих між € 10 млн € 300M в Whitepaperidea.у обмін на гроші ("фінансування" ICO) імена інвесторів включатимуться до початкових "балансів генезису", подібно до того, як це робив Андрій. Сподівання інвесторів за допомогою ICO полягають у зростанні вартості монет генезису та в тому, що команди надають окреслений блокчейн. Звичайно, не всі ідеї довідкової інформації втілюються в життя. Великі інвестиції, втрачені через незрозумілі або неповні ідеї, - це те, чому блокчейн отримав негативне висвітлення в ЗМІ протягом усіх цих ICO, і чому деякі все ще вважають його ажіотажем. Але основна технологія блокчейну є фантастичною та корисною, про що ви дізнаєтесь далі в цій книзі. Це просто зловживали деякі погані актори.

? Резюме

Блокчейн - це база даних.

Постачання маркера, початковий баланс користувачів та загальні налаштування блокчейну, які ви визначаєте у файлі Genesis.

02 | Мутація глобального стану БД

git checkout c2_db_changes_txt

Мертва партія

Monday, March 25.

After a week of work, the bar facilities are ready to accept tokens. Unfortunately, no one shows up, so Andrej orders three shots of vodka for himself and writes the database changes on a piece of paper:

andrej-3; // 3 shots of vodka andrej+3; // technically purchasing from his own bar andrej+700; // Reward for a week of work (7x100 per day) 

To avoid recalculating the latest state of each customer's balance, Andrej creates a ./database/state.json file storing the balances in an aggregated format.

New DB state:

{ "balances": { "andrej": 1000700 } } 

Bonus for BabaYaga

Tuesday, March 26.

To bring traffic to his bar, Andrej announces an exclusive 100% bonus for everyone who purchases the TBB tokens in the next 24 hours.

Bing! He gets his first customer called BabaYaga. BabaYaga pre-purchases 1000€ worth of tokens, and to celebrate, she immediately spends 1 TBB for a vodka shot. She has a drinking problem.

DB transactions written on a piece of paper:

andrej-2000; // transfer to BabaYaga babayaga+2000; // pre-purchase with 100% bonus babayaga-1; andrej+1; andrej+100; // 1 day of sun coming up 

New DB state:

{ "balances": { "andrej": 998801, "babayaga": 1999 } } 

?Fun Facts

Проекти Blockchain ICO (початкові пропозиції монет на основі довідок) часто розподіляють токени генезису з різними бонусами, залежно від того, скільки з них ви купуєте і як рано це робите. Команди пропонують в середньому 10-40% бонусів для ранніх "учасників". Слова "інвестор" уникають, тому законодавчі регулятори не вважатимуть токени цінним папером. Проекти спричинять, що їх основний продукт, токени блокчейну, функціонують як "літаючі бали лояльності". Пізніше "учасники" заробили навіть 1000% від своїх інвестицій, продаючи публіці через біржу через кілька місяців.

? Резюме

Блокчейн - це база даних.

Постачання маркера, початковий баланс користувачів та загальні налаштування блокчейну, які ви визначаєте у файлі Genesis.

Баланси Genesis вказують, яким був початковий стан блокчейну, і ніколи не оновлюються згодом.

The database state changes are called Transactions (TX).

03 | Monolithic Event vs Transaction

git checkout c3_state_blockchain_component

Developers used to event-sourcing architecture must have immediately recognized the familiar principles behind transactions. They are correct.

Blockchain transactions represent a series of events, and the database is a final aggregated, calculated state after replaying all the transactions in a specific sequence.

Andrej Programming

Tuesday evening, March 26.

It's a relaxing Tuesday evening for Andrej. Celebrating his first client, he decides to play some Starcraft and clean up his local development machine by removing some old pictures.

Unfortunately, he prematurely pressed enter when typing a removal command path in terminal sudo rm -rf /. Oops.

All his files, including the bar's genesis.json and state.json are gone.

Andrej, being a senior developer, repeatedly shouted some f* words very loudly for a few seconds, but he didn't panic!

While he didn't have a backup, he had something better — a piece of paper with all the database transactions. The only thing he needs to do is replay all the transactions one by one, and his database state will get recovered.

Impressed by the advantages of event-based architecture, he decides to extend his MVP database solution. Every bar's activity, such as individual drink purchases, MUST be recorded inside the blockchain database.

Each customer will be represented in DB using an Account Struct:

type Account string 

Each Transaction (TX - a database change) will have the following four attributes: from, to, value and data.

The data attribute with one possible value (reward) captures Andrej's bonus for inventing the blockchain and increases the initial TBB tokens total supply artificially (inflation).

type Tx struct { From Account `json:"from"` To Account `json:"to"` Value uint `json:"value"` Data string `json:"data"` } func (t Tx) IsReward() bool { return t.Data == "reward" } 

The Genesis DB will remain a JSON file:

{ "genesis_time": "2019-03-18T00:00:00.000000000Z", "chain_id": "the-blockchain-bar-ledger", "balances": { "andrej": 1000000 } } 

All the transactions, previously written on a piece of paper, will be stored in a local text-file database called tx.db, serialized in JSON format and separated by line-break character:

{"from":"andrej","to":"andrej","value":3,"data":""} {"from":"andrej","to":"andrej","value":700,"data":"reward"} {"from":"andrej","to":"babayaga","value":2000,"data":""} {"from":"andrej","to":"andrej","value":100,"data":"reward"} {"from":"babayaga","to":"andrej","value":1,"data":""} 

The most crucial database component encapsulating all the business logic will be State:

type State struct { Balances map[Account]uint txMempool []Tx dbFile *os.File } 

The State struct will know about all user balances and who transferred TBB tokens to whom, and how many were transferred.

It's constructed by reading the initial user balances from genesis.json file:

func NewStateFromDisk() (*State, error) { // get current working directory cwd, err := os.Getwd() if err != nil { return nil, err } genFilePath := filepath.Join(cwd, "database", "genesis.json") gen, err := loadGenesis(genFilePath) if err != nil { return nil, err } balances := make(map[Account]uint) for account, balance := range gen.Balances { balances[account] = balance } 

Afterwards, the genesis State balances are updated by sequentially replaying all the database events from tx.db:

 txDbFilePath := filepath.Join(cwd, "database", "tx.db") f, err := os.OpenFile(txDbFilePath, os.O_APPEND|os.O_RDWR, 0600) if err != nil { return nil, err } scanner := bufio.NewScanner(f) state := &State{balances, make([]Tx, 0), f} // Iterate over each the tx.db file's line for scanner.Scan() { if err := scanner.Err(); err != nil { return nil, err } // Convert JSON encoded TX into an object (struct) var tx Tx json.Unmarshal(scanner.Bytes(), &tx) // Rebuild the state (user balances), // as a series of events if err := state.apply(tx); err != nil { return nil, err } } return state, nil } 

The State component is responsible for:

  • Adding new transactions to Mempool
  • Validating transactions against the current State (sufficient sender balance)
  • Changing the state
  • Persisting transactions to disk
  • Calculating accounts balances by replaying all transactions since Genesis in a sequence

Adding new transactions to Mempool:

func (s *State) Add(tx Tx) error { if err := s.apply(tx); err != nil { return err } s.txMempool = append(s.txMempool, tx) return nil } 

Persisting the transactions to disk:

func (s *State) Persist() error { // Make a copy of mempool because the s.txMempool will be modified // in the loop below mempool := make([]Tx, len(s.txMempool)) copy(mempool, s.txMempool) for i := 0; i < len(mempool); i++ { txJson, err := json.Marshal(s.txMempool[i]) if err != nil { return err } if _, err = s.dbFile.Write(append(txJson, '\n')); err != nil { return err } // Remove the TX written to a file from the mempool // Yes... this particular Go syntax is a bit weird s.txMempool = append(s.txMempool[:i], s.txMempool[i+1:]...) } return nil }

Changing, Validating the state:

func (s *State) apply(tx Tx) error { if tx.IsReward() { s.Balances[tx.To] += tx.Value return nil } if tx.Value > s.Balances[tx.From] { return fmt.Errorf("insufficient balance") } s.Balances[tx.From] -= tx.Value s.Balances[tx.To] += tx.Value return nil } 

Building a Command-Line-Interface (CLI)

Tuesday evening, March 26.

Andrej wants to have a convenient way to add new transactions to his DB and list the latest balances of his customers. Because Go programs compile to binary, he builds a CLI for his program.

The easiest way to develop CLI based programs in Go is by using the third party github.com/spf13/cobra library.

Andrej initializes Go's built-in dependency manager for his project, called go modules:

cd $GOPATH/src/github.com/web3coach/the-blockchain-way-of-programming-newsletter-edition

go mod init github.com/web3coach/the-blockchain-way-of-programming-newsletter-edition

The Go modules command will automatically fetch any library you reference within your Go files.

Andrej creates a new directory called: cmd with a subdirectory tbb:

mkdir -p ./cmd/tbb

Inside he creates a main.go file, serving as the program's CLI entry point:

package main import ( "github.com/spf13/cobra" "os" "fmt" ) func main() { var tbbCmd = &cobra.Command{ Use: "tbb", Short: "The Blockchain Bar CLI", Run: func(cmd *cobra.Command, args []string) { }, } err := tbbCmd.Execute() if err != nil { fmt.Fprintln(os.Stderr, err) os.Exit(1) } } 

The Go programs are compiled using the install cmd:

go install ./cmd/tbb/...

go: finding github.com/spf13/cobra v1.0.0 go: downloading github.com/spf13/cobra v1.0.0 go: extracting github.com/spf13/cobra v1.0.0

Go will detect missing libraries and automatically fetch them before compiling the program. Depending on your $GOPATH the resulting program will be saved in the $GOPATH/bin folder.

echo $GOPATH

/home/web3coach/go

which tbb

/home/web3coach/go/bin/tbb

You can run tbb from your terminal now, but it will not do anything because the Run function inside the main.go file is empty.

The first thing Andrej needs is versioning support for his tbb CLI program.

Next to the main.go file, he creates a version.go command:

package main import ( "fmt" "github.com/spf13/cobra" ) const Major = "0" const Minor = "1" const Fix = "0" const Verbal = "TX Add && Balances List" var versionCmd = &cobra.Command{ Use: "version", Short: "Describes version.", Run: func(cmd *cobra.Command, args []string) { fmt.Printf("Version: %s.%s.%s-beta %s", Major, Minor, Fix, Verbal) }, } 

Compiles and runs it:

go install ./cmd/tbb/...

tbb version

Version: 0.1.0-beta TX Add && Balances List

Perfect.

Identically to the version.go file, he creates a balances.go file:

func balancesCmd() *cobra.Command { var balancesCmd = &cobra.Command{ Use: "balances", Short: "Interact with balances (list...).", PreRunE: func(cmd *cobra.Command, args []string) error { return incorrectUsageErr() }, Run: func(cmd *cobra.Command, args []string) { }, } balancesCmd.AddCommand(balancesListCmd) return balancesCmd } 

The balances command will be responsible for loading the latest DB State and printing it to the standard output:

var balancesListCmd = &cobra.Command{ Use: "list", Short: "Lists all balances.", Run: func(cmd *cobra.Command, args []string) { state, err := database.NewStateFromDisk() if err != nil { fmt.Fprintln(os.Stderr, err) os.Exit(1) } defer state.Close() fmt.Println("Accounts balances:") fmt.Println("__________________") fmt.Println("") for account, balance := range state.Balances { fmt.Println(fmt.Sprintf("%s: %d", account, balance)) } }, } 

Andrej verifies if the cmd works as expected. It should print the exact balances defined in the Genesis file because the tx.db file is still empty.

go install ./cmd/tbb/...

tbb balances list

Accounts balances: __________________ andrej: 1000000 

Works well! Now he only needs a cmd for recording the bar's activity.

Andrej creates ./cmd/tbb/tx.go cmd:

func txCmd() *cobra.Command { var txsCmd = &cobra.Command{ Use: "tx", Short: "Interact with txs (add...).", PreRunE: func(cmd *cobra.Command, args []string) error { return incorrectUsageErr() }, Run: func(cmd *cobra.Command, args []string) { }, } txsCmd.AddCommand(txAddCmd()) return txsCmd } 

The tbb tx add cmd uses State.Add(tx) function for persisting the bar's events into the file system:

func txAddCmd() *cobra.Command { var cmd = &cobra.Command{ Use: "add", Short: "Adds new TX to database.", Run: func(cmd *cobra.Command, args []string) { from, _ := cmd.Flags().GetString(flagFrom) to, _ := cmd.Flags().GetString(flagTo) value, _ := cmd.Flags().GetUint(flagValue) fromAcc := database.NewAccount(from) toAcc := database.NewAccount(to) tx := database.NewTx(fromAcc, toAcc, value, "") state, err := database.NewStateFromDisk() if err != nil { fmt.Fprintln(os.Stderr, err) os.Exit(1) } // defer means, at the end of this function execution, // execute the following statement (close DB file with all TXs) defer state.Close() // Add the TX to an in-memory array (pool) err = state.Add(tx) if err != nil { fmt.Fprintln(os.Stderr, err) os.Exit(1) } // Flush the mempool TXs to disk err = state.Persist() if err != nil { fmt.Fprintln(os.Stderr, err) os.Exit(1) } fmt.Println("TX successfully added to the ledger.") }, } 

The tbb tx add cmd has 3 mandatory flags: --from, --to and --value.

cmd.Flags().String(flagFrom, "", "From what account to send tokens") cmd.MarkFlagRequired(flagFrom) cmd.Flags().String(flagTo, "", "To what account to send tokens") cmd.MarkFlagRequired(flagTo) cmd.Flags().Uint(flagValue, 0, "How many tokens to send") cmd.MarkFlagRequired(flagValue) return cmd 

The CLI is done!

Andrej migrates all transactions from paper to his new DB:

tbb tx add --from=andrej --to=andrej --value=3

tbb tx add --from=andrej --to=andrej --value=700

tbb tx add --from=babayaga --to=andrej --value=2000

tbb tx add --from=andrej --to=andrej --value=100 --data=reward

tbb tx add --from=babayaga --to=andrej --value=1

Read all TXs from disk and calculate the latest state:

tbb balances list

Accounts balances: __________________ andrej: 998801 babayaga: 1999 

Bar data successfully restored! Phew, what a night!

About the Cobra CLI library

The good thing about the Cobra lib for CLI programming is the additional features it comes with. For example, you can now run: tbb help cmd and it will print out all TBB registered sub-commands with instructions on how to use them.

 tbb help The Blockchain Bar CLI Usage: tbb [flags] tbb [command] Available Commands: balances Interact with balances (list...). help Help about any command tx Interact with txs (add...). version Describes version. Flags: -h, --help help for tbb Use "tbb [command] --help" for more information about a command. 

?Fun Facts

Випадкова втрата даних клієнтів - звичайна субота в корпоративному світі в наші дні. Blockchain виправляє це шляхом децентралізації зберігання даних. Фокус, який Андрій вклав у програму, пропустивши перевірку балансу для TX, позначених як винагорода. Біткойн та Ефіріум працюють однаково. Залишок рахунку, який видобув блок, несподівано зростає як предмет загальної інфляції пропозиції токенів, що впливає на весь ланцюг. Загальна пропозиція біткойнів обмежена 21 млн BTC. Ви дізнаєтесь більше про "видобуток" та "блоки" в розділах 7 і 10. Компоненти State і Mempoolне є унікальними для цієї програми. Андрій вибрав імена та дизайн, щоб відповідати спрощеній моделі go-Ethereum, щоб ви мали змогу зазирнути до основного вихідного коду Ethereum.

? Резюме

Блокчейн - це база даних.

Поставка токенів, початковий баланс користувачів та глобальні налаштування блокчейну визначаються у файлі Genesis.

Баланси Genesis вказують, яким був початковий стан блокчейну, і ніколи не оновлюються згодом.

Зміни стану бази даних називаються транзакціями (TX).

Транзакції - це події старої моди, що представляють дії в системі.

Code Навчальний кодекс

Фіксуємо: 5d4b0b

Поговоримо про жадібність.

04 | Люди жадібні

git checkout c4_caesar_transfer

Типова ділова жадібність

Середа, 27 березня.

BabaYaga вклала трохи занадто багато. Вона забула, що її квартирна плата за оренду була за рогом, і у неї немає грошей. БабаЯга називає свого власника квартири Цезаря.

BabaYaga: Hey Caesar, I am sorry, but I don't have the cash to pay you the rent this month…

Caesar: Why not?

BabaYaga: The Blockchain Bar ICO offered a massive bonus, and I purchased 2000€ worth of tokens for just 1000€. It was a great deal!

Caesar: What the heck are you talking about? What is an ICO? What on earth are tokens? Can you pay me in some other way?

BabaYaga: Oh, not again. I can give you 1000 TBB tokens worth 1000€, and you can use them in the bar to pay for your drinks! Let me call the bar owner, Andrej, and make the transfer!

Caesar: All right... I will take it.

Andrej performs the transfer, but decides to charge an extra 50 TBB tokens for his troubles. He doesn't want to, BUT the bar shareholders who invested in him a few years ago are forcing him to generate profit as soon as possible.

BabaYaga won't notice this relatively small fee most likely anyway, Andrej tells himself. In the end, only he has the DB access.

// Rent payment

tbb tx add --from=babayaga --to=caesar --value=1000

// hidden fee charge

tbb tx add --from=babayaga --to=andrej --value=50

// new reward for another day of maintaining the DB

tbb tx add --from=andrej --to=andrej --value=100 --data=reward

?Fun Facts

Варіантом використання блокчейну номер один є банківська справа. Багато блокчейнових проектів спрямовані на оптимізацію внутрішнього та міжнародного обміну грошей через різні валютні коридори (XRP). Інші проекти зосереджені на свободі та самосуверенній ідентичності (SSI) - цифровому русі, який визнає, що людина повинна володіти та контролювати свою ідентичність та гроші без втручаються адміністративних органів чи інших централізованих посередників. SSI дозволяє людям взаємодіяти в цифровому світі з такою ж свободою та здатністю довіри, як і в автономному світі. (Біткойн / Ефіріум) Ось декілька цікавих фактів, чому блокчейн ідеально підходить для заміни поточної банківської інфраструктури вашого банку. Хороше у віртуальних токенах - це їх мінливість - тобто їх здатність торгуватися, при цьому кожен блок може бути таким самим корисним, як і наступний.Виконання передачі з облікового запису на обліковий запис можна здійснити, просто змінивши стан бази даних. Криптовалюти можна торгувати цілодобово 7. Ви не можете торгувати акціями безпосередньо. Вам потрібно пройти брокера, який бере участь у відсотках від загальної суми трансакції як комісія (від 1-3% до 7% середньорічного прибутку). Міжнародний банківський переказ займає від 3 до 10 робочих днів і може коштувати 5% переданої вартості! Якщо ви надсилаєте 10 000 доларів, можливо, вам доведеться заплатити до 500 доларів. Технологія, що виникла протягом останніх 40 років? Файли FTP + CSV. Чи вважаєте ви, що фондовий ринок чесний? Банки, індекси та акції є централізованими та контролюються урядами та приватними групами Уолл-стріт. Вільний ринок? Уолл-стріт контролює, наскільки можуть підскочити / впасти ціни за один день. Як приклад, Уолл-стріт зупинив торгівлю "S&P 500 Index"після падіння на 7%, щоб захистити своїх інвесторів та хедж-фонди від втрати грошей від людей, що продають свої акції протягом березня 2020 року після новин COVID. Потім FED надрукував трильйони доларів для себе, щоб підтримати ціну акцій. Якщо ви розробник, який любить економити гроші і уникати боргів, ваші заощадження просто втратили цінність за ніч на поки невідомий відсоток. Багато країн отримують негативні врожаї, незвідану територію з невідомими наслідками. Що це означає? Незабаром вам доведеться заплатити банку, щоб зберегти свої заощадження. Інфляція в кращому випадку. Вас змушують витрачати свої гроші на підтримку системи, яку ви не контролюєте.FED надрукував трильйони доларів для себе, щоб підтримати ціну акцій. Якщо ви розробник, який любить економити гроші і уникати боргів, ваші заощадження просто втратили цінність за ніч на поки невідомий відсоток. Багато країн отримують негативні врожаї, незвідану територію з невідомими наслідками. Що це означає? Незабаром вам доведеться заплатити банку, щоб зберегти свої заощадження. Інфляція в кращому випадку. Вас змушують витрачати свої гроші на підтримку системи, яку ви не контролюєте.FED надрукував трильйони доларів для себе, щоб підтримати ціну акцій. Якщо ви розробник, який любить економити гроші і уникати боргів, ваші заощадження просто втратили цінність за ніч на поки невідомий відсоток. Багато країн отримують негативні врожаї, незвідану територію з невідомими наслідками. Що це означає? Незабаром вам доведеться заплатити банку, щоб зберегти свої заощадження. Інфляція в кращому випадку. Вас змушують витрачати свої гроші на підтримку системи, яку ви не контролюєте.Вас змушують витрачати свої гроші на підтримку системи, яку ви не контролюєте.Вас змушують витрачати свої гроші на підтримку системи, яку ви не контролюєте.

⚒ Study Code

Commit: 00d6ed

05 | Why We Need Blockchain

git checkout c5_broken_trust

BabaYaga Seeks Justice

Thursday, March 28.

BabaYaga enters the bar for her birthday.

BabaYaga: Hey, Andrej! Today is my birthday! Get me your most expensive bottle!

Andrej: Happy birthday! Here you go: Crystal Head Vodka. But you need to purchase one additional TBB token. The bottle costs 950 tokens, and your balance is 949.

BabaYaga: What?! My balance is supposed to be 999 TBB!

Andrej: The funds transfer to Caesar you requested last week cost you 50 tokens.

BabaYaga: This is unacceptable! I would never agree to such a high fee. You can't do this, Andrej. I trusted your system, but you are as unreliable as every other business owner. Things must change!

Andrej: All right, look. You are my most loyal customer, and I didn't want to charge you, but my shareholders forced me.

Let me re-program my system and make it completely transparent and decentralized. After all, if everyone were able to interact with the bar without going through me, it would significantly improve the bar's efficiency and balance the level of trust!

  • Ordering drinks would take seconds instead of minutes
  • The customers who forgot their wallets at home could borrow or lend tokens to each other
  • I wouldn't have to worry about losing the clients data (again) as everyone would have a copy of it
  • The database would be immutable, so once everyone would agree on a specific state, no one else can change it or maliciously modify the history. Immutability would help with yearly tax audits as well!
  • If shareholders wanted to introduce new fees or raise the current ones, everyone involved in the blockchain system would notice and have to agree with it. The users and business owners would even have to engage in some decentralized governance system together, based on voting, probably. In case of a disagreement, the users walk away with all their data!

BabaYaga: Well, it certainly sounds good, but is this even possible?

Andrej: Yes, I think so. With a bit of hashing, linked lists, immutable data structure, distributed replication, and asymmetric cryptography!

BabaYaga: Я не маю уявлення про те, що ти щойно сказав, але піди та зроби свою відчайдушну справу, Андрію!

?Цікаві факти

Майнери Bitcoin і Ethereum також отримують нагороди кожні ~ 15 хвилин за роботу серверів блокчейнів (вузлів) і перевірку транзакцій. Кожні 15 хвилин один майнер Bitcoin отримує 12,5 BTC (100 тис. Доларів на момент написання цієї сторінки) для покриття вартості своїх серверів + Мережа біткойнів споживає стільки ж електроенергії, скільки вся країна Австрія. На його частку припадає 0,29% річного споживання електроенергії у світі. Щорічно вона споживає 76,84 ТВт-год, виробляючи 36,50 Мт вуглецевого сліду СО2 (Нова Зеландія). Чому? Ви дізнаєтесь більше пізніше (у розділі 11), де ви запрограмуєте алгоритм видобутку біткойнів з нуля! PS: Наш алгоритм буде споживати трохи менше електроенергії :)

? Резюме

Closed software with centralized access to private data allows for just a handful of people to have a lot of power. Users don’t have a choice, and shareholders are in business to make money.

Blockchain developers aim to develop protocols where applications' entrepreneurs and users synergize in a transparent, auditable relationship. Specifications of the blockchain system should be well-defined from the beginning and only change if its users support it.

Blockchain is a database. The token supply, initial user balances, and global blockchain settings are defined in a Genesis file. The Genesis balances indicate what was the original blockchain state and are never updated afterwards.

The database state changes are called Transactions (TX). Transactions are old fashion Events representing actions within the system.

⚒ Study Code

Commit: 642045

06 | L'Hash de Immutable

git checkout c6_immutable_hash

The technical difficulty starts with this section! The concepts will only get more challenging but at the same time, very exciting. Buckle up :)

How to Program an Immutable Database?

Friday, March 29.

If Andrej wants to figure out how to program an immutable DB, he has to realize why other database systems are mutable by design.

He decides to analyze an all-mighty MySQL DB Table:

| id | name | balance | | -- | -------- | ------- | | 1 | Andrej | 998951 | | 2 | BabaYaga | 949 | | 3 | Caesar | 1000 |

In MySQL DB, anyone with access and a good enough reason can perform a table update such as:

UPDATE user_balance SET balance = balance + 100 WHERE id > 1 

Updating values across different rows is possible because the table rows are independent, mutable, and the latest state is not apparent.

Яка остання зміна БД? Останній стовпець змінено? Останній рядок вставлено? Якщо так, то як Андрій може знати, який рядок нещодавно був видалений? Якби рядки та стан таблиці були тісно пов'язані, залежно, тобто, оновлення рядка 1 породило б абсолютно нову, іншу таблицю, Андрій досяг би своєї незмінності.

Як ви можете зрозуміти, чи змінився якийсь байт у базі даних?

Незмінність через хеш-функції

Хешування - це процес отримання вхідного рядка довільної довжини та отримання хеш-рядка фіксованої довжини. Будь-яка зміна вводу призведе до нового, іншого хешу.

package main import ( "crypto/sha256" "fmt" ) func main()  99896  

Спробуйте: //play.golang.org/p/FTPUa7IhOCE

Андрій також вимагає певного рівня безпеки для своєї бази даних, тому він вирішує використовувати криптографічну хеш-функцію з такими властивостями:

  • він детермінований - одне і те ж повідомлення завжди призводить до одного і того ж хешу
  • it is quick to compute the hash value for any given message
  • it is infeasible to generate a message from its hash value except by trying all possible messages
  • a small change to a message should change the hash value so extensively that the new hash value appears uncorrelated with the old hash value
  • it is infeasible to find two different messages with the same hash value

Implementing the DB Content Hashing

Saturday Evening, March 30.

Andrej modifies the Persist() function to return a new content hash, Snapshot, every time a new transaction is persisted.

type Snapshot [32]byte 

The Snapshot is produced by this new sha256 secure hashing function:

func (s *State) doSnapshot() error { // Re-read the whole file from the first byte _, err := s.dbFile.Seek(0, 0) if err != nil { return err } txsData, err := ioutil.ReadAll(s.dbFile) if err != nil { return err } s.snapshot = sha256.Sum256(txsData) return nil } 

The doSnapshot() is called by the modified Persist() function. When a new transaction is written into the tx.db file, the Persist() hashes the entire file content and returns its 32 bytes "fingerprint" hash.

From this moment, everyone can 100% confidently and securely refer to any particular database state (set of data) with a specific snapshot hash.

⚓Practice time

1/4 Run the tbb balances list cmd and check the balances are matching.

tbb balances list

Account balances at 7d4a360f465d... | id | name | balance | | -- | -------- | ------- | | 1 | Andrej | 999251 | | 2 | BabaYaga | 949 | | 3 | Caesar | 1000 |

2/4 Remove the last 2 rows from ./database/tx.db and check the balances again.

tbb balances list

Account balances at 841770dcd3... | id | name | balance | | -- | -------- | ------- | | 1 | Andrej | 999051 | | 2 | BabaYaga | 949 | | 3 | Caesar | 1000 | 

3/4 Reward Andrej for the last 2 days (from 28th to 30th of March):

Reward Transaction 1:

tbb tx add --from=andrej --to=andrej --value=100 --data=reward

Persisting new TX to disk: {"from":"andrej","to":"andrej","value":100,"data":"reward"} New DB Snapshot: ff2470c7043f5a34169b5dd38921ba6825b03b3facb83e426 TX successfully persisted to the ledger. 

Reward Transaction 2:

tbb tx add --from=andrej --to=andrej --value=100 --data=reward

Persisting new TX to disk: {"from":"andrej","to":"andrej","value":100,"data":"reward"} New DB Snapshot: 7d4a360f468b837b662816bcdc52c1869f99327d53ab4a9ca TX successfully persisted to the ledger. 

4/4 Run the tbb balances list cmd and ensure the balances and the snapshot hash is the same as at the beginning.

tbb balances list

Account balances at 7d4a360f465d... | id | name | balance | | -- | -------- | ------- | | 1 | Andrej | 999251 | | 2 | BabaYaga | 949 | | 3 | Caesar | 1000 | 

Done!

Because the cryptographic hash function sha256 produces the same output (given the same inputs (current tx.db and 2x tbb tx add)), if you follow the exact steps on your own computer, you will generate the exact same database state and hashes!

? Summary

Closed software with centralized access to private data puts only a few people to the position of power. Users don’t have a choice, and shareholders are in business to make money.

Blockchain developers aim to develop protocols where applications' entrepreneurs and users synergize in a transparent, auditable relation. Specifications of the blockchain system should be well defined from the beginning and only change if its users support it.

Blockchain is an immutable database. The token supply, initial user balances, and global blockchain settings you define in a Genesis file. The Genesis balances indicate what was the original blockchain state and are never updated afterwards.

The database state changes are called Transactions (TX). Transactions are old fashion Events representing actions within the system.

The database content is hashed by a secure cryptographic hash function. The blockchain participants use the resulted hash to reference a specific database state.

⚒ Study Code

Commit: b99e51

Next steps

You finished the first few chapters! Congratulations!

█▒▒▒▒▒▒▒▒▒ 10%

But this was just a quick warm-up. Blockchain is a very challenging and extensive technology, and you would need an entire book explaining how to build the full system and all of its components from scratch - so I wrote one.

You can continue reading in the next free chapter in my newsletter version of "The Blockchain Way of Programming" eBook.

07 | The Blockchain Programming Model

  • Improving Performance of an Immutable DB
  • Batch + Hash + Linked List ⇒ Blocks
  • Migrating from TX.db to BLOCKS.db

Learning: You redesign and refactor your MVP database into a blockchain architecture.

Continue in the tutorial: //web3.coach#book

Thanks for reading!