So implementieren Sie intelligente Verträge mit Python

SMART CONTRACT

1. Was ist

Ein Smart Contract ist ein automatisierter Vertrag, der von einem Computerprogramm geschrieben wird und ohne das Eingreifen einer dritten Transaktion ausgeführt werden kann und Vertragsbedingungen. Intelligente Verträge werden mithilfe der Blockchain-Technologie implementiert und können verschiedene Funktionen wie Transaktionen, Abstimmungen, Token-Ausgabe und Datenspeicherung implementieren. Die Ausführung eines Smart Contracts basiert auf der Logik seines Codes und wird automatisch ausgeführt, wenn festgelegte Bedingungen erfüllt sind. Die konkrete Umsetzung von Smart Contracts kann eine Vielzahl unterschiedlicher Programmiersprachen und Plattformen nutzen. Der größte Vorteil von Smart Contracts ist ihr dezentraler Charakter, der ohne Zwischenhändler automatisch Vertragsbedingungen ausführen, Vermögenstransaktionen abschließen, Token bezahlen und die Datenspeicherung implementieren kann. Dadurch können Smart Contracts in verschiedenen Szenarien wie Finanzen, Internet der Dinge, Gesundheitswesen, E-Commerce usw. eingesetzt werden und gleichzeitig Transaktionskosten und Risiken reduziert werden. Darüber hinaus werden die mittels Smart Contracts erfassten Transaktionsdaten unmanipuliert auf der Blockchain gespeichert und sorgen gleichzeitig für Transparenz und Fairness der Transaktionen.

Allerdings gibt es bei Smart Contracts auch einige Herausforderungen. Da Smart Contracts entsprechend der Absicht des Autors geschrieben werden, kann es Lücken oder Programmierfehler geben, die zu unerwarteten Ergebnissen und damit zu potenziellen rechtlichen Problemen führen können. Darüber hinaus erfordert die Popularisierung und Anwendung intelligenter Verträge Zeit und ausgereifte Technologieunterstützung.

2. Nutzungsszenarien

1. Supply Chain Management

Intelligente Verträge können Frachtverfolgung, Lieferbestätigung usw. realisieren und so die Transparenz verbessern die Lieferkette und Effizienz.

2. Finanzbereich

Intelligente Verträge können für die Übertragung digitaler Vermögenswerte, intelligente Investitionen, intelligente Kredite und andere Unternehmen verwendet werden, um die Sicherheit und Effizienz von Transaktionen zu erhöhen.

3. Internet der Dinge-Technologie

In Verbindung mit Sensoren können intelligente Verträge verwendet werden, um eine automatisierte Steuerung und Datenverarbeitung zu erreichen und so die Anwendungsszenarien des Internets der Dinge zu optimieren.

4. E-Commerce

Smart Contracts können als Zahlungsmethoden im E-Commerce eingesetzt werden, um die Interessen und die Sicherheit beider Transaktionsparteien zu gewährleisten.

5. Soziales Netzwerk

Intelligente Verträge können auf die Authentifizierungs- und Anreizmechanismen sozialer Netzwerke angewendet werden, um das Vertrauen zwischen Benutzern zu stärken.

6. Medizinischer Bereich

Intelligente Verträge können den Austausch und die Verwaltung medizinischer Daten ermöglichen und die Effizienz und Sicherheit der medizinischen Industrie verbessern.

7. Energiemanagement

Intelligente Verträge können im Bereich des Energiemanagements eingesetzt werden, beispielsweise bei der Realisierung der Verwaltung und des Betriebs von Mikronetzen, der Energieeinsparung usw.

8. Versicherungsbranche

Intelligente Verträge können die Effizienz und Sicherheit von Versicherungsunternehmen verbessern, z. B. automatische Schadensregulierung, intelligentes Underwriting usw.

9. Geistiges Eigentumsmanagement

Intelligente Verträge können digitales Urheberrechtsmanagement, intelligente Autorisierung usw. realisieren, um geistige Eigentumsrechte zu schützen.

10. Regierungsdienste

Smart Contracts können verwendet werden, um Regierungsdienste zu digitalisieren, zu automatisieren und transparenter zu machen, wie z. B. die Durchführung öffentlicher Abstimmungen, digitale Signaturen usw.

Intelligente Verträge können in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden. Durch die Merkmale der Dezentralisierung und Intelligenz erhöhen sie das Vertrauen und die Effizienz beider Transaktionsparteien und werden voraussichtlich zu einem der wichtigsten Geschäftsmodelle werden die Zukunft.

Wie man es mit Python implementiert

1 Smart Contract entwerfen

Zunächst müssen wir den Smart Contract entwerfen und seine Funktionen festlegen und Eigenschaften. In intelligenten Verträgen müssen wir normalerweise einige Variablen und Methoden definieren, die bei Verwendung aufgerufen und ausgeführt werden sollen. Beispielsweise können wir einen einfachen Smart Contract für den Handel mit digitalen Vermögenswerten entwerfen, der den folgenden Code enthält:

contract AssetExchange:
    def __init__(self, token_name, total_supply):
        self.token_name = token_name
        self.total_supply = total_supply
        self.balance = {}
    
    def mint(self, receiver, amount):
        self.total_supply += amount
        if receiver in self.balance:
            self.balance[receiver] += amount
        else:
            self.balance[receiver] = amount
    
    def transfer(self, sender, receiver, amount):
        if amount <= self.balance[sender]:
            self.balance[sender] -= amount
            self.balance[receiver] += amount

Der obige Code definiert einen Smart Contract namens AssetExchange, der zwei Methoden enthält: Mint und Transfer. Mit der Mint-Methode werden neue digitale Vermögenswerte ausgegeben und an bestimmte Empfänger verteilt. Mit der Transfermethode werden digitale Vermögenswerte von einem Konto auf ein anderes übertragen, ohne dass eine dritte Treuhandagentur eingeschaltet werden muss.

2. Schreiben Sie den Quellcode des Smart Contracts

Schreiben Sie den Quellcode des Smart Contracts und speichern Sie ihn in einer Python-Datei. Der Quellcode sollte alle notwendigen Klassen, Funktionen und Variablen enthalten, um den Smart Contract korrekt kompilieren und ausführen zu können. Beispielsweise kann der Quellcode des oben genannten intelligenten Vertrags zum Handel mit Vermögenswerten in einer Datei mit dem Namen AssetExchange.py gespeichert werden.

3. Kompilieren Sie Smart Contracts

Sobald wir den Quellcode von Smart Contracts geschrieben haben, müssen wir sie in Bytecode kompilieren, der auf der Blockchain ausgeführt werden kann. Hierzu können wir den Solidity-Compiler verwenden, der Python-Code in den Bytecode der Ethereum Virtual Machine (EVM) kompiliert. Um beispielsweise den oben genannten AssetExchange-Smart-Vertrag zu kompilieren, können wir den folgenden Befehl verwenden:

solc AssetExchange.py --bin --abi -o

Dieser Befehl kompiliert die Datei AssetExchange.py in zwei Dateien, AssetExchange.bin und AssetExchange.abi, und speichert sie sie im aktuellen Verzeichnis.

4. Smart Contract bereitstellen

Sobald wir den Bytecode und die ABI-Schnittstelle des Smart Contracts haben, können wir ihn in der Blockchain bereitstellen. Im Ethereum-Netzwerk können wir die Web3.py-Bibliothek verwenden, um eine Verbindung zu Ethereum-Knoten herzustellen und mithilfe der von der Bibliothek bereitgestellten API intelligente Verträge in der Blockchain bereitzustellen. Um beispielsweise eine AssetExchange-Vertragsinstanz in der lokalen Entwicklungsumgebung zu erstellen, können wir den folgenden Code verwenden:

from web3 import Web3, HTTPProvider
from solc import compile_source

# 连接到以太坊节点
w3 = Web3(HTTPProvider('http://localhost:8545'))

# 编译AssetExchange合约源代码
with open('AssetExchange.py', 'r') as f:
    source = f.read()
compiled = compile_source(source)
contract_interface = compiled[':AssetExchange']

# 部署AssetExchange合约
AssetExchange = w3.eth.contract(
    abi=contract_interface['abi'],
    bytecode=contract_interface['bin']
)

# 在以太坊网络上发布合约
tx_hash = AssetExchange.constructor('MyToken', 1000000).transact()
tx_receipt = w3.eth.waitForTransactionReceipt(tx_hash)

# 获取已发布合约的地址
contract_address = tx_receipt.contractAddress

5. 调用智能合约方法

一旦我们在区块链上成功部署了智能合约，我们就可以开始调用该合约中定义的方法了。为此，我们可以使用Web3.py库提供的API来连接到智能合约，并执行所有必要的交易。例如，要调用上述AssetExchange智能合约中的mint方法，我们可以使用以下代码：

# 连接到已发布的AssetExchange合约实例
contract = w3.eth.contract(address=contract_address, abi=contract_interface['abi'])

# 调用智能合约中的mint方法
tx_hash = contract.functions.mint('0x1234567890abcdef', 10000).transact()

# 等待交易完成并获取交易收据
tx_receipt = w3.eth.waitForTransactionReceipt(tx_hash)

通过这些步骤，我们可以使用Python编写一个完整的智能合约，并将其部署到区块链上，并使用Web3.py API调用智能合约中的方法。当然，在实际开发中，还需要考虑安全性、性能优化以及其他一些细节问题。

6. 监控智能合约事件

在智能合约中，有时我们需要实时监测智能合约中的事件、状态变化等情况。为此，我们可以使用Web3.py库提供的API来订阅智能合约中的事件，并在发生事件时及时得到通知。例如，要监控上述AssetExchange智能合约中的transfer事件，我们可以使用以下代码：

# 定义智能合约中transfer事件的处理方法
def handle_transfer(event):
    sender = event['args']['sender']
    receiver = event['args']['receiver']
    amount = event['args']['amount']
    print(f"Transfer {amount} from {sender} to {receiver}")

# 连接到已发布的AssetExchange合约实例
contract = w3.eth.contract(address=contract_address, abi=contract_interface['abi'])

# 订阅智能合约中的Transfer事件
event_filter = contract.events.Transfer.createFilter(fromBlock='latest')
event_filter.watch(handle_transfer)

通过这些步骤，我们可以成功地监控智能合约中的事件，并及时得到通知。

7. 升级智能合约

在一些情况下，我们可能需要对智能合约进行升级，以更好地满足业务需求。为了达到这个目的，我们通常需要编写一个新的智能合约，并将其部署到区块链上，然后将现有合约中的数据迁移到新合约中。例如，要升级上述AssetExchange智能合约，我们可以编写一个新的合约，并使用以下代码将原始合约中的数据迁移到新合约中：

# 编译新的AssetExchangeV2合约源代码
with open('AssetExchangeV2.py', 'r') as f:
    source = f.read()
compiled = compile_source(source)
contract_interface = compiled[':AssetExchangeV2']

# 部署AssetExchangeV2合约
AssetExchangeV2 = w3.eth.contract(
    abi=contract_interface['abi'],
    bytecode=contract_interface['bin']
)

# 在以太坊网络上发布新合约
tx_hash = AssetExchangeV2.constructor('MyToken V2', 1000000, contract_address).transact()
tx_receipt = w3.eth.waitForTransactionReceipt(tx_hash)

# 获取已发布新合约的地址
new_contract_address = tx_receipt.contractAddress

# 连接到新的AssetExchangeV2合约实例
new_contract = w3.eth.contract(address=new_contract_address, abi=contract_interface['abi'])

# 从旧合约中读取余额数据并迁移到新合约中
for addr, balance in contract.functions.balanceOf().call().items():
    new_contract.functions.transfer(addr, balance).transact()

通过这些步骤，我们可以成功地升级智能合约，并将现有数据迁移到新合约中。需要注意的是，在实际应用中，智能合约升级需要谨慎操作，避免出现数据丢失或者不一致的问题。

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