Blockchain für Entwickler - Grundlagen, Programmierung, Anwendung. Inkl. kommentierter Beispiele zum Download

Alles, was Sie als Blockchain-Entwickler wissen müssen

Eine Blockchain ist ein distributed Ledger, dessen Datensätze manipulationssicher gespeichert werden. Was sich zunächst unspektakulär anhört, hat das Potenzial, die Softwareentwicklung verteilter Systeme grundlegend zu verändern. Gerade der Einsatz der Blockchain bei der Kryptowährung Bitcoin zeigt die Wirkung dieser neuen Trend-Technologie.

Machen Sie sich selbst mit den Möglichkeiten der Blockchain vertraut! In diesem Buch lernen Sie die Idee hinter der Blockchain kennen und erfahren, wie Sie die Blockchain technisch umsetzen. Der praxisorientierte Guide erklärt Ihnen von grundlegenden Konzepten über die verschiedenen Konsensmodelle und Datenstrukturen bis zur individuellen Implementierung alles, was Sie als Entwickler über die Blockchain wissen müssen. Inkl. kommentierten Codebeispielen und Projekten zum Download.

• Grundlagen, Konzepte, Codebeispiele für die Blockchain
• Apps auf der Ethereum-Blockchain mit Solidity programmieren
• Datenstruktur, Kryptografie, Konsensmodelle, Smart Contracts, DApps

Aus dem Inhalt:

• Die Blockchain: Geschichte, Hintergründe und Potenzial
• Die Basics: Transaktionen, Kryptographie, Konsensmodelle und Sicherheit
• Die eigene Blockchain erstellen: Datenstrukturen, API, Synchronisation und Verifikation
• Smart-Contract-Programmierung mit Solidity: Anwendungsbeispiele auf der Ethereum-Blockchain
• Smart Contracts testen, debuggen, absichern und administrieren
• Distributed Apps (dApps) entwickeln
• Alternative Technologien: Ripple, NEO, IOTA und mehr

  Materialien zum Buch ... 16


  1.  Vorwort ... 17


       1.1 ... Vorwort der Autoren ... 17

       1.2 ... Geleitwort ... 19



  2.  Einführung ... 21


       2.1 ... Was ist die Blockchain? ... 21

       2.2 ... Geschichte der Blockchain ... 29

       2.3 ... Anwendung der Blockchain-Technologie ... 43

       2.4 ... Zusammenfassung ... 65



  3.  Die Basics: So funktioniert eine Blockchain ... 67


       3.1 ... Kryptografische Grundlagen ... 67

       3.2 ... Die Blockchain ... 80

       3.3 ... Die Blockchain 2.0 ... 112

       3.4 ... Alternative Konsensmodelle ... 144

       3.5 ... Sicherheit der Blockchain ... 153

       3.6 ... Zusammenfassung ... 164



  4.  Eine eigene Blockchain erstellen -- Grundfunktionen ... 167


       4.1 ... Transaktionen -- die kleinste Einheit ... 169

       4.2 ... Blockheader -- der Inhalt der Block-ID ... 171

       4.3 ... Die Blöcke verketten ... 173

       4.4 ... Die Blockchain auf die Festplatte speichern ... 175

       4.5 ... Der Genesis Block -- die Entstehung einer Blockchain ... 177

       4.6 ... Ausstehende Transaktionen ... 178

       4.7 ... Die Difficulty einer Blockchain ... 180

       4.8 ... Zeit zu schürfen -- der Miner Thread ... 182

       4.9 ... Zusammenfassung und Ausblick ... 186



  5.  Die Blockchain an eine Web-API anbinden ... 189


       5.1 ... Die Service-Endpunkte der Web-API ... 190

       5.2 ... Deployment der Web-API ... 196

       5.3 ... Transaktionen per Webinterface versenden ... 200

       5.4 ... Einen eigenen Block-Explorer implementieren ... 204

       5.5 ... Zusammenfassung und Ausblick ... 211



  6.  Ein Peer-to-Peer-Netzwerk aufbauen ... 215


       6.1 ... Das Peer-to-Peer-Framework konfigurieren ... 216

       6.2 ... Transaktionen im Netzwerk verteilen ... 219

       6.3 ... Blöcke im Netzwerk verteilen ... 222

       6.4 ... Mehrere Chains parallel verarbeiten ... 224

       6.5 ... Neue Knoten im Netzwerk aufnehmen ... 228

       6.6 ... Zusammenfassung und Ausblick ... 231



  7.  Accounts und Guthaben einführen ... 233


       7.1 ... Die Miner belohnen ... 234

       7.2 ... Die Accounts verwalten ... 238

       7.3 ... Die Accounts integrieren ... 242

       7.4 ... Die Accounts im Block-Explorer einbinden ... 243

       7.5 ... Zusammenfassung und Ausblick ... 249



  8.  Verifikation und Optimierungen umsetzen ... 251


       8.1 ... Transaktionen signieren ... 251

       8.2 ... Die Rahmenbedingungen erzwingen ... 255

       8.3 ... Guthaben sperren und entsperren ... 257

       8.4 ... Mit dem Merkle-Baum die Performance optimieren ... 260

       8.5 ... Den Public Key verkürzen zum Sparen von Speicher ... 263

       8.6 ... Startguthaben über den Genesis Block ermöglichen ... 264

       8.7 ... Weitere Optimierungen bedenken ... 265

       8.8 ... Zusammenfassung und Ausblick ... 267



  9.  Smart Contract Development ... 269


       9.1 ... Einführung ... 270

       9.2 ... Einfache Smart Contracts bei Bitcoin ... 272

       9.3 ... Anspruchsvolle Smart Contracts ... 280

       9.4 ... Zusammenfassung ... 283



10.  Solidity -- Die Grundlagen verstehen ... 285


       10.1 ... Was ist Solidity? ... 285

       10.2 ... Elemente und Speicherbereiche eines Contracts ... 291

       10.3 ... Verfügbare Datentypen ... 300

       10.4 ... Zusätzliche Features von Solidity ... 312

       10.5 ... Vererbungshierarchien von Smart Contracts erstellen ... 314

       10.6 ... Libraries erstellen und verwenden ... 317

       10.7 ... Zusammenfassung und Ausblick ... 321



11.  Solidity -- Details und Herausforderungen ... 325


       11.1 ... Wichtige Details zu Funktionen ... 326

       11.2 ... Gas verstehen und optimieren ... 330

       11.3 ... Den richtigen Exception-Mechanismus wählen ... 333

       11.4 ... Solidity mit Assembly erweitern ... 335

       11.5 ... Leicht verständliche Contracts entwickeln ... 341

       11.6 ... Updatefähige Contracts entwickeln ... 343

       11.7 ... Warum kein Zufallsgenerator sicher ist ... 354

       11.8 ... Daten von außerhalb der Blockchain vertrauen ... 356

       11.9 ... Zeitabhängigkeiten einbauen ... 357

       11.10 ... Zusammenfassung und Ausblick ... 359



12.  Smart Contracts testen und debuggen ... 363


       12.1 ... Contracts mit Remix testen ... 364

       12.2 ... Debugging mit Remix ... 366

       12.3 ... Einführung in das Truffle Framework ... 368

       12.4 ... Unittests mit Truffle implementieren ... 372

       12.5 ... Integrationstests mit Truffle implementieren ... 377

       12.6 ... Mit dem Truffle Framework debuggen ... 381

       12.7 ... Zusammenfassung und Ausblick ... 382



13.  Smart Contracts schützen und absichern ... 385


       13.1 ... Allgemeine Sicherheitsempfehlungen ... 385

       13.2 ... Ether in Contracts schmuggeln ... 388

       13.3 ... Arithmetische Overflows und Underflows ... 391

       13.4 ... Mit DelegateCalls den Zustand manipulieren ... 393

       13.5 ... Reentrancy-Angriffe durchführen ... 396

       13.6 ... Denial-of-Service-Angriffe durchführen ... 399

       13.7 ... Gas-Siphoning-Angriffe beachten ... 401

       13.8 ... Zusammenfassung und Ausblick ... 404



14.  Smart Contracts deployen und managen ... 407


       14.1 ... MetaMask einrichten und Accounts verwenden ... 408

       14.2 ... Contracts mit Remix und MetaMask deployen ... 409

       14.3 ... Contracts mit dem Truffle Framework deployen ... 411

       14.4 ... Code auf Etherscan veröffentlichen ... 418

       14.5 ... Einen eigenen Knoten aufsetzen und verwenden ... 420

       14.6 ... Contracts manuell kompilieren, linken und deployen ... 422

       14.7 ... Contracts nach dem Deployment managen ... 424

       14.8 ... Zusammenfassung und Ausblick ... 426



15.  Standards, Libraries und Design Patterns ... 429


       15.1 ... ERC-173 Contract Ownership Standard ... 429

       15.2 ... ERC-165 Standard Interface Detection ... 432

       15.3 ... ERC-20 Token Standard ... 436

       15.4 ... ERC-721 Non-Fungible Token Standard ... 440

       15.5 ... Die Libraries von OpenZeppelin nutzen ... 445

       15.6 ... Design Patterns verwenden ... 446

       15.7 ... Zusammenfassung und Ausblick ... 450



16.  Decentralized Applications entwickeln ... 453


       16.1 ... Was ist eine Decentralized Application? ... 453

       16.2 ... Der Entwicklungsprozess einer DApp ... 455

       16.3 ... Das Backend Ihrer ersten DApp entwickeln ... 457

       16.4 ... Das Frontend Ihrer ersten DApp entwickeln ... 460

       16.5 ... Ihre erste DApp auf Swarm deployen ... 463

       16.6 ... ENS-Domains für die eigene DApp einrichten ... 467

       16.7 ... Zusammenfassung und Ausblick ... 471



17.  Ihre erste DApp mit Drizzle zur DAO erweitern ... 475


       17.1 ... Was ist Drizzle? ... 476

       17.2 ... Was ist eine DAO, und was wird benötigt? ... 478

       17.3 ... Die DApp, um einen Governance Contract erweitern ... 479

       17.4 ... Das Frontend mit Drizzle und React umsetzen ... 480

       17.5 ... Die Drizzle-DApp zentral oder dezentral deployen ... 492

       17.6 ... Zusammenfassung und Ausblick ... 494



18.  Dezentrale Autonome Initiale Coin Offerings umsetzen ... 497


       18.1 ... Was ist ein DAICO? ... 497

       18.2 ... Die Contracts eines DAICO implementieren ... 501

       18.3 ... Die passende DApp zu Ihrem DAICO entwerfen ... 510

       18.4 ... Zusammenfassung und Ausblick ... 517



19.  Supply Chains mit Smart Contracts ergänzen ... 519


       19.1 ... Ideen, Visionen und Problemlösungen ... 520

       19.2 ... Assets mit dem ERC-721 Token Standard tracken ... 521

       19.3 ... web3j: die Web3 Java Ethereum DApp API ... 522

       19.4 ... Ein Command Line Interface für Asset Tracker bauen ... 527

       19.5 ... Zusammenfassung und Ausblick ... 532



20.  Ausblick: Zukunftstechnologien ... 535


       20.1 ... Vyper -- Smart Contracts für jedermann? ... 535

       20.2 ... NEO -- der chinesische Klon von Ethereum ... 539

       20.3 ... EOS -- der stärkste Wettbewerber zu Ethereum? ... 541

       20.4 ... Ripple -- die Zukunft der Banken? ... 544

       20.5 ... IOTA -- das dezentrale Internet der Dinge ... 548

       20.6 ... Zusammenfassung ... 554



  Literaturverzeichnis ... 557


  Index ... 559