五分钟搭建你的第一个区块链应用
为什么要学点区块链知识？看看马云在刚刚过去的第二届世界智能大会上怎么说。
言归正传。
提起区块链，人们自然会想到比特币。比特币或许是泡沫或许不是，但比特币背后的区块链技术绝不是泡沫，且极具颠覆力。今天各大科技巨头 都在积累区块链技术和专利。山雨欲来风满楼，区块链技术应用场景的爆发即使不在当下，也近在眼前。区块链开发人员的薪水也已登上了金字塔尖，这才是我们要学习区块链技术的真正原因。
本文将首先介绍比特币和区块链背后的关键技术点，然后解释以太坊智能合约对区块链技术的改进，最后讲解如何使用超级账本项目创建简易的区块链银行转账系统。
从拜占庭将军说起
拜占庭将军（Byzantine Generals Problem）问题，是 Leslie Lamport 1982 年提出用来解释一致性问题的一个虚构模型。拜占庭是古代东罗马帝国的首都，由于地域宽广，守卫边境的多个将军（系统中的多个节点）需要通过信使来传递消息，达成某些一致的决定。但由于将军中可能存在叛徒（系统中节点出错），这些叛徒将努力向不同的将军发送不同的消息，试图会干扰一致性的达成。
拜占庭问题即为在此情况下，如何让忠诚的将军们能达成行动的一致。这是分布式系统核心问题之一。拜占庭问题之所以难解，在于任何时候系统中都可能存在多个提案（因为提案成本很低），并且要完成最终的一致性确认过程十分困难，容易受干扰。但是一旦确认，即为最终确认。
比特币网络中的矿机
比特币网络的唯一功能就是"转账"，该系统中比特币的上限被设定为2100万个。这些比特币是如何被"挖"出来的呢？答案是记账奖励。比特币网络中的矿机（计算机）就是记账员，记账员每完成一次记账就能获得一定的比特币奖励，俗称挖矿收入。
比特币产生速度每4年减半，所以挖矿获得的比特币会越来越少，直到零。之后需要从转账者那里收取转账手续费维系矿机的运转，就像普通商业银行收取用户转账的手续费。
比特币网络中的矿机，其角色等同于拜占庭问题中的将军。当用户发起比特币转账时，矿机就会试图就该交易达成共识，就像拜占庭将军们一样，达成共识需要有矿机发起提案，有矿机进行表决(背书)，在比特币网络中只有发起提案的矿机才能获得挖矿收入。谁会获得发起提案的机会呢？
比特币的区块链网络在设计时提出了创新的 PoW（Proof of Work）算法思路。一个是限制一段时间内整个网络中出现提案的个数（增加提案成本），另外一个是放宽对最终一致性确认的需求，约定好大家都确认并沿着已知最长的链进行拓宽。系统的最终确认是概率意义上的存在。这样，即便有人试图恶意破坏，也会付出很大的经济代价（付出超过系统一半的算力）。
矿机都在争夺提案的机会，他们同时求解同一道数学题，最先交卷的矿机将赢得本次提案的机会。数学题(示意版)如下：
hash (上一个区块的hash值 + 随机数) < 00000000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF
比赛开始后，矿机把上一个区块的hash值加上不断尝试的随机数，重新计算hash，直到hash的结果小于某个值时，求解成功。比特币网络会自动调整求解难度，即调整不等式右边hash值的大小，把提案频率控制在10分钟左右。
以太坊的智能合约
智能合约（Smart Contract）是以太坊中最为重要的一个概念，即以计算机程序的方式来缔结和运行各种合约。最早在上世纪 90 年代，Nick Szabo 等人就提出过类似的概念，但一直依赖因为缺乏可靠执行智能合约的环境，而被作为一种理论设计。区块链技术的出现，恰好补充了这一缺陷。
智能合约作为运行在以太坊虚拟机（Ethereum Virtual Machine，EVM）中的应用，可以接受来自外部的交易请求和事件，通过触发运行提前编写好的代码逻辑，进一步生成新的交易和事件，可以进一步调用其它智能合约。智能合约的执行结果可能对以太坊网络上的账本状态进行更新。这些修改由于经过了以太坊网络中的共识，一旦确认后无法被伪造和篡改。
比特币网络中的转账和以太坊的智能合约，类似功能机和智能手机，前者只能运行预置的软件（比特币网络的转账），后者可以安装各种APP （以太坊的智能合约）。智能手机带来的颠覆无需赘言，同样，只需看一下ICO市场的躁动就能窥见智能合约带来的改变。
私有链和超级账本项目
由IBM和Linux基金会主导的超级账本（Hyperledger）项目，是开发私有链和联盟链的不二之选。该项目下有很多子项目，比如最重要的Fabric项目，提供区块链运行的基础支撑；Composer项目简化了智能合约（Hyperledger中称为chaincode）的开发和部署。
在刚刚结束的ThoughtWorks技术雷达峰会上，ThoughtWorks也将Hyperledger列为推荐的框架。
使用超级账本搭建区块链银行转账系统
该系统的区块链网络部分包括一个CA节点（证书颁发和管理体系），一个Orderer节点（分布式决策中的Proposer），三个Peer节点（用作信用背书）以及三个对应的数据库（存储World State）。另外包含两个业务节点，负责定义并实现业务，并将业务部署在Fabric网络中，同时提供RESTful接口和UI。该系统出于技术演示的目的而创建，所以不具备完整银行应用中的诸多功能，比如账户、密码等权限等。如下图所示：
该区块链系统已同步发布在了 [ 行云趣码开发云平台 ] 的应用工厂，在开始接下来的阅读之前，您可以创建项目并在模板中选择“区块链银行系统”，只需要几分钟，就可将一切部署到云端，快速地感受一下基于区块链技术所构建的应用。
http://factory.cloudtogo.cn/
以下是该系统开发的具体步骤。
一、安装Fabric和Composer准备一台Ubuntu16.04虚拟机，以非root用户执行下面的脚本，安装Fabric和Composer依赖的运行环境。
#!/bin/bash
#./prereqs-ubuntu.sh
# Exit on any failure
set -e
# Array of supported versions
declare -a versions=('trusty' 'xenial' 'yakkety');
# check the version and extract codename of ubuntu if release codename not provided by user
if [ -z "$1" ]; then
source /etc/lsb-release || \
(echo "Error: Release information not found "; exit 1)
CODENAME=${DISTRIB_CODENAME}
else
CODENAME=${1}
fi
# check version is supported
if echo ${versions[@]} | grep -q -w ${CODENAME}; then
echo "Installing Hyperledger Composer prereqs for Ubuntu ${CODENAME}"
else
echo "Error: Ubuntu ${CODENAME} is not supported"
exit 1
fi
# Update package lists
echo "# Updating package lists"
sudo apt-add-repository -y ppa:git-core/ppa
sudo apt-get update
# Install Git
echo "# Installing Git"
sudo apt-get install -y git
# Install nvm dependencies
echo "# Installing nvm dependencies"
sudo apt-get -y install build-essential libssl-dev
# Execute nvm installation script
echo "# Executing nvm installation script"
curl -o- https://raw.githubusercontent.com/creationix/nvm/v0.33.2/install.sh | bash
# Set up nvm environment without restarting the shell
export NVM_DIR="${HOME}/.nvm"
[ -s "${NVM_DIR}/nvm.sh" ] && . "${NVM_DIR}/nvm.sh"
[ -s "${NVM_DIR}/bash_completion" ] && . "${NVM_DIR}/bash_completion"
# Install node
echo "# Installing nodeJS"
nvm install --lts
# Configure nvm to use version 6.9.5
nvm use --lts
nvm alias default 'lts/*'
# Install the latest version of npm
echo "# Installing npm"
npm install npm@latest -g
# Ensure that CA certificates are installed
sudo apt-get -y install apt-transport-https ca-certificates
# Add Docker repository key to APT keychain
curl -fsSL https://download.docker.com/linux/ubuntu/gpg | sudo apt-key add -
# Update where APT will search for Docker Packages
echo "deb [arch=amd64] https://download.docker.com/linux/ubuntu ${CODENAME} stable" | \
sudo tee /etc/apt/sources.list.d/docker.list
# Update package lists
sudo apt-get update
# Verifies APT is pulling from the correct Repository
sudo apt-cache policy docker-ce
# Install kernel packages which allows us to use aufs storage driver if V14 (trusty/utopic)
if [ "${CODENAME}" == "trusty" ]; then
echo "# Installing required kernel packages"
sudo apt-get -y install linux-image-extra-$(uname -r) linux-image-extra-virtual
fi
# Install Docker
echo "# Installing Docker"
sudo apt-get -y install docker-ce
# Add user account to the docker group
sudo usermod -aG docker $(whoami)
# Install docker compose
echo "# Installing Docker-Compose"
sudo curl -L \
"https://github.com/docker/compose/releases/download/1.13.0/docker-compose-$(uname -s)-$(uname -m)" \
-o /usr/local/bin/docker-compose
sudo chmod +x /usr/local/bin/docker-compose
# Install python v2 if required
set +e
COUNT="$(python -V 2>&1 | grep -c 2.)"
if [ ${COUNT} -ne 1 ]
then
sudo apt-get install -y python-minimal
fi
# Install unzip, required to install hyperledger fabric.
sudo apt-get -y install unzip
# Print installation details for user
echo ''
echo 'Installation completed, versions installed are:'
echo ''
echo -n 'Node: '
node --version
echo -n 'npm: '
npm --version
echo -n 'Docker: '
docker --version
echo -n 'Docker Compose: '
docker-compose --version
echo -n 'Python: '
python -V
# Print reminder of need to logout in order for these changes to take effect!
echo ''
echo "Please logout then login before continuing.”
上述脚本执行完成后，退出并重新登录。执行下面的脚本，安装Composer（Composer会安装并启动Fabric网络）。
#!/bin/bash
#./install-composer.sh
npm install -g composer-cli
npm install -g composer-rest-server
npm install -g generator-hyperledger-composer
npm install -g yo
npm install -g composer-playground
mkdir ~/fabric-dev-servers && cd ~/fabric-dev-servers
curl -O https://raw.githubusercontent.com/hyperledger/composer-tools/master/packages/fabric-dev-servers/fabric-dev-servers.tar.gz
tar -xvf fabric-dev-servers.tar.gz
cd ~/fabric-dev-servers
./downloadFabric.sh
./startFabric.sh
./createPeerAdminCard.sh
此时执行docker ps可以看到Fabric网络运行的容器。
二、创建业务网络、编写业务代码（chaincode）并打包
1. 规划业务网络
$ yo hyperledger-composer
> Y
> Business Network
> test-bank
> Basic Bank App
> jack
> jack@cloudtogo.cn
> [ enter ]
> test
> No: generate a populated sample network
$ cd ~/test-bank
$ rm test/logic.js
2. 编写业务代码，把的内容修改成models/test.cto的内容修改成
namespace test
asset Account identified by accountId {
o String accountId
--> Customer owner
o Double balance
}
participant Customer identified by customerId {
o String customerId
o String firstName
o String lastName
}
transaction AccountTransfer {
--> Account from
--> Account to
o Double amount
}
把lib/logic.js的内容修改成：
function accountTransfer(accountTransfer) {
if (accountTransfer.from.balance < accountTransfer.amount) {
throw new Error ("Insufficient funds");
}
accountTransfer.from.balance -= accountTransfer.amount;
accountTransfer.to.balance += accountTransfer.amount;
return getAssetRegistry('test.Account')
.then (function (assetRegistry) {
return assetRegistry.update(accountTransfer.from);
})
.then (function () {
return getAssetRegistry('test.Account');
})
.then(function (assetRegistry) {
return assetRegistry.update(accountTransfer.to);
});
}
3. 更新ACL并打包成可部署的格式
$ vim permissions.acl
> :%s/SampleParticipant/Customer/g
> :%s/SampleTransaction/AccountTransfer/g
> :%s/SampleAsset/Account/g
> :qw
$ composer archive create -t dir -n .
三、部署到Fabric网络
$ composer network install --card PeerAdmin@hlfv1 --archiveFile test-bank@0.0.1.bna
$ composer network start --networkName test-bank --networkVersion 0.0.1 \
--card PeerAdmin@hlfv1 --networkAdmin admin --networkAdminEnrollSecret adminpw --file networkadmin.card
$ composer card import --file networkadmin.card
$ composer network ping --card admin@test-bank
四、生成RESTful API
$ composer-rest-server
> admin@test-bank
> always use namespaces
> N
> N
> Y
> N
至此整个区块链银行转账系统部署完成，访问http://vmip:3000/explorer即可创建用户和账户以及发起转账操作。 本文在编写过程中参考了如下文章，在此对作者深表感谢。
https://www.hyperledger.org/projects/fabric
https://www.hyperledger.org/projects/composer
https://medium.freecodecamp.org/ultimate-end-to-end-tutorial-to-create-an-application-on-blockchain-using-hyperledger-3a83a80cbc71
https://medium.com/hyperlegendary/setting-up-a-blockchain-business-network-with-hyperledger-fabric-composer-running-in-multiple-bfbe4e38b6c6
https://medium.com/kokster/simpler-setup-for-hyperledger-fabric-on-kubernetes-using-docker-in-docker-8346f70fbe80
https://chainhero.io/2018/03/tutorial-build-blockchain-app-2/#install-instantiate-the-chaincode
