基于Solidity的低代碼以太坊微博系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

胡娟，湯海林

（廣東白云學(xué)院大數(shù)據(jù)與計算機學(xué)院，廣東 廣州 510400）

0 引言

區(qū)塊鏈技術(shù)本質(zhì)上是一種基于時間戳的防篡改數(shù)據(jù)庫，可以允許個人、公司、公共機構(gòu)以及其他實體以同步、透明和去中心化的方式驗證交易和更新數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。這種創(chuàng)建和管理數(shù)據(jù)的新機制由于備具透明、安全以及信任增強的優(yōu)點，能夠跨行業(yè)、跨組織地產(chǎn)生影響，將原本孤立的系統(tǒng)變成更開放的系統(tǒng)。以比特幣為代表的數(shù)字貨幣提供了區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的原型，以以太坊為代表的智能合約平臺延伸了區(qū)塊鏈技術(shù)的功能。

1 基本概念

1.1 低代碼開發(fā)平臺[1]

低代碼開發(fā)平臺提供了可視化的界面和預(yù)構(gòu)建的組件，開發(fā)者可以通過拖放和配置來構(gòu)建應(yīng)用程序。低代碼平臺通常提供與以太坊區(qū)塊鏈的集成，開發(fā)者可以通過配置連接到以太坊網(wǎng)絡(luò)，部署智能合約，并與以太坊的節(jié)點進行通信。開發(fā)者能夠在低代碼平臺上輕松地開發(fā)和部署區(qū)塊鏈以太坊微博系統(tǒng)，而無須深入了解底層的區(qū)塊鏈技術(shù)和編寫復(fù)雜的代碼。

1.2 以太坊[2]

以太坊是一個基于區(qū)塊鏈技術(shù)的開源平臺，允許用戶建立和執(zhí)行智能合約，創(chuàng)建去中心化的應(yīng)用程序和數(shù)字資產(chǎn)。

1.3 賬戶和智能合約

以太坊中有兩種類型的賬戶：外部賬戶和合約賬戶[3]。EOA[4]（Externally Owned Account）是以太坊中的外部賬戶，由私鑰控制，可以發(fā)送交易和持有以太幣或其他代幣（Token）。合約賬戶是以太坊中的智能合約賬戶，由智能合約代碼控制，可以執(zhí)行預(yù)定的邏輯和操作，存儲狀態(tài)并與其他合約或外部賬戶進行交互。

智能合約[5]是以太坊上的自動執(zhí)行合約，包含編程邏輯和數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)自動化的交互和資產(chǎn)管理。

1.4 Truffle[6]

Truffle 是一個流行的以太坊開發(fā)框架，用于構(gòu)建、測試和部署智能合約。它使開發(fā)者能夠輕松地開發(fā)、測試和部署以太坊智能合約。

1.5 錢包

以太坊錢包是一種用于存儲、管理和交換以太坊及其相關(guān)代幣的數(shù)字錢包。它允許用戶創(chuàng)建和控制一個或多個以太坊賬戶，并使用安全的方式進行交易、轉(zhuǎn)賬和管理加密資產(chǎn)。常見的以太坊錢包包括MetaMask[7]、MyEtherWallet、Trust Wallet和Ledger等。

2 以太坊微博系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計與業(yè)務(wù)流程

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

這個系統(tǒng)的前端使用HTML5、CSS3 和JavaScript來實現(xiàn)用戶界面。用戶可以通過前端界面瀏覽微博文章并發(fā)表評論。系統(tǒng)還需要一個后端服務(wù)器來處理用戶提交的數(shù)據(jù)和交互。這個后端服務(wù)器應(yīng)該包括以太坊節(jié)點，以便與以太坊網(wǎng)絡(luò)進行通信。在以太坊網(wǎng)絡(luò)上，系統(tǒng)需要部署兩個智能合約，分別是微博注冊合約和微博賬號合約。微博注冊合約負責(zé)驗證用戶身份并創(chuàng)建新的微博賬戶，而微博賬號合約則負責(zé)管理用戶的微博文章和評論。當用戶在前端界面上發(fā)布一篇新的微博文章或發(fā)表評論時，這些數(shù)據(jù)將會被發(fā)送到后端服務(wù)器。服務(wù)器將對用戶進行身份驗證，并將文章或評論存儲在以太坊網(wǎng)絡(luò)上的微博賬號合約中。當其他用戶瀏覽微博或者查看評論時，系統(tǒng)將從以太坊網(wǎng)絡(luò)中讀取數(shù)據(jù)，并將其顯示在前端界面上。整個系統(tǒng)的核心就是以太坊虛擬機（EVM），它允許人們在以太坊網(wǎng)絡(luò)上部署智能合約并與其進行交互。同時，這個系統(tǒng)也需要一定的安全措施，以保護用戶數(shù)據(jù)和身份信息不受攻擊。圖1是該系統(tǒng)的整體架構(gòu)圖。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)流程

這是一個運行在以太坊上的去中心化的微博系統(tǒng)，去中心化意味著沒有一個中心化機構(gòu)能夠控制用戶發(fā)送的微博。下面介紹微博系統(tǒng)的注冊流程，如圖2所示。

圖2 微博注冊流程圖

第一步，需要先在Truffle中編寫微博注冊智能合約，使用Truffle 工具將其部署到以太坊網(wǎng)絡(luò)中，獲得合約地址。第二步，用戶注冊微博賬號。用戶在界面上填寫個人信息，包括昵稱和以太坊錢包地址，通過界面將這些信息發(fā)送給后端。第三步，后端收到用戶提交的注冊請求后，調(diào)用智能合約的注冊函數(shù)，創(chuàng)建一個微博賬號地址。將微博賬號地址與用戶的以太坊錢包地址進行關(guān)聯(lián)，并將用戶昵稱等信息存儲到數(shù)據(jù)庫中。第四步，返回微博賬號地址給用戶，后端將生成的微博賬號地址返回到前端界面。

3 以太坊微博系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 智能合約

3.1.1 微博賬號合約

1）發(fā)表微博：在發(fā)微博頁面，用戶可以輸入文字、圖片或者視頻等內(nèi)容，發(fā)布到微博上。微博賬號合約會將微博的內(nèi)容保存到以太坊上，以便其他用戶進行查看。

這是一個Content 結(jié)構(gòu)體。該結(jié)構(gòu)體包含了以下字段：text表示微博中的文本內(nèi)容。imageHash表示上傳到IPFS 網(wǎng)絡(luò)上的圖片的哈希值。videoHash表示上傳到IPFS 網(wǎng)絡(luò)的視頻的哈希值。emoji表示微博中使用的表情。timestamp表示微博發(fā)布的時間戳。

該函數(shù)現(xiàn)在接收四個參數(shù)，分別表示微博的文本內(nèi)容、上傳到IPFS 網(wǎng)絡(luò)的圖片和視頻的哈希值以及微博中使用的表情。函數(shù)使用require 函數(shù)來檢查微博的文本內(nèi)容是否符合要求，以確保不會發(fā)布過長的微博。

2）發(fā)表評論：用戶輸入評論的內(nèi)容、表情或圖片，微博賬號合約會將評論的內(nèi)容保存到以太坊上，以便其他用戶可以看到評論。

這段代碼使用require 來確保傳入的微博ID 是有效的。第二個require確保傳入的評論內(nèi)容不能為空，即評論的內(nèi)容長度大于0。在存儲所有微博的映射中，找到目標微博并將評論添加到這個微博的評論數(shù)組中。添加評論時，使用結(jié)構(gòu)體Comment 來表示評論，這個結(jié)構(gòu)體包括兩個屬性，分別是評論者地址和評論內(nèi)容。當函數(shù)執(zhí)行完畢后，這條新評論會被添加到目標微博的評論數(shù)組中，以便其他用戶能看到這條新的評論。

3）發(fā)起打賞：在看微博時，用戶可以通過打賞的方式向?qū)Ψ奖磉_贊賞或支持。用戶輸入打賞的金額，微博賬號合約會將打賞的以太幣轉(zhuǎn)入到被打賞者的賬戶中。

當用戶想要打賞給某個微博作者時，reward 函數(shù)會將打賞的金額從用戶的賬戶上轉(zhuǎn)賬到受打賞的微博賬戶地址上，用于打賞某條微博的作者。這段代碼中的address payable weiboAuthor 是一個可支付的地址變量。ownerOfWeibo(weiboId)函數(shù)的返回值是一個地址，表示微博作者的地址。payable 關(guān)鍵字用于將該地址轉(zhuǎn)換為可支付的地址，以便使用transfer 函數(shù)將用戶打賞的金額轉(zhuǎn)移到該地址，也就是轉(zhuǎn)給受打賞的微博作者。

4）提現(xiàn)打賞：將接收到的以太幣從智能合約的地址中轉(zhuǎn)移到一個外部的以太坊錢包地址中的過程。

這段代碼根據(jù)選擇的weiboId 獲取對應(yīng)的微博信息，并存儲在weibo 變量中。使用require 函數(shù)判斷該用戶在該微博上的打賞金額是否大于0，如果不是則拋出異常，表示沒有打賞金額可以提現(xiàn)。如果存在打賞金額，將該用戶在該微博上的打賞金額存儲到amount 變量中，將其在_donations 映射中的值清零，表示已經(jīng)提現(xiàn)過了。根據(jù)amount 計算手續(xù)費（Gas），并將手續(xù)費金額存儲在fee 變量中。計算扣除手續(xù)費之后的凈金額netAmount，如果小于等于0，則拋出異常，表示手續(xù)費過高，不可以提現(xiàn)。使用payable 關(guān)鍵字將凈金額netAmount 轉(zhuǎn)賬到該微博用戶的地址。使用payable 關(guān)鍵字將手續(xù)費fee 轉(zhuǎn)賬到微博管理員地址。

3.1.2 微博注冊合約

1）注冊微博賬號：用戶向微博注冊合約發(fā)送一個注冊請求，包含了用戶名和密碼等信息。微博注冊合約會根據(jù)傳入的參數(shù)，創(chuàng)建一個新的微博賬號合約，并將賬號合約的地址返回給用戶。

WeiboRegistration 是一個智能合約，用于注冊微博賬號。User 結(jié)構(gòu)體定義了每個用戶的屬性。每個用戶有一個用戶名（username）、密碼（password）、微博以太坊地址（weiboAddress）、注冊狀態(tài)（isRegistered）和注冊時間（registrationTime）。

mapping(address=＞User) public users 是一個映射（mapping），將用戶的以太坊地址映射到對應(yīng)的User結(jié)構(gòu)體，實現(xiàn)了以太坊地址到用戶信息的查找功能。

register 函數(shù)用于注冊微博賬號。它接受三個參數(shù)：用戶名（_username）、密碼（_password）和微博以太坊地址（_weiboAddress）。在函數(shù)體內(nèi)，通過require語句對輸入進行驗證。確保用戶名和密碼非空，微博以太坊地址有效且不為零地址，并且調(diào)用者的地址還未注冊過微博賬號。如果驗證通過，將用戶信息存儲在users映射中，使用調(diào)用者的以太坊地址作為鍵。用戶信息包括用戶名、密碼、微博以太坊地址、注冊狀態(tài)和注冊時間。效果如圖3所示。

圖3 注冊微博賬號頁面效果圖

3.1.3 部署微博注冊智能合約

在Truffle中只要部署微博注冊合約就可以了，微博賬號合約可以通過前端頁面進行部署。在部署微博注冊合約之前，需要編寫遷移腳本，內(nèi)容如下：

首先，引入需要使用的智能合約WeiboRegistration 和ExternalAPI。

之后，定義了一個異步函數(shù)，該函數(shù)將用來部署合約。

這些信息由用戶在界面上提供。通過deployer.deploy()，將WeiboRegistration 合約部署到區(qū)塊鏈上，并使用externalAPI.address 作為參數(shù)傳遞給合約的構(gòu)造函數(shù)。然后，使用WeiboRegistration.deployed()獲取已部署的合約實例。

部署成功之后，就可以在低代碼平臺編寫前端應(yīng)用了。由于前端應(yīng)用的編程并不復(fù)雜，這里不再詳述。

4 結(jié)束語

基于Solidity 的低代碼以太坊微博系統(tǒng)是為了解決傳統(tǒng)微博系統(tǒng)中存在的中心化管理[8]、數(shù)據(jù)安全性和透明性不足等問題而設(shè)計的。在設(shè)計這樣的架構(gòu)時，需要考慮一些重要的因素。首先是安全性問題，因為區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化和不可篡改特性[9]，智能合約一旦部署就無法更改，因此必須保證智能合約代碼的安全性。其次是性能問題，因為以太坊網(wǎng)絡(luò)的交易速度和吞吐量受限，可能會影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度和并發(fā)能力。因此，在設(shè)計和實現(xiàn)時需要考慮這些問題，從而保證系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。