Ethereum Smart Contracts in der Java-Welt

Jan Paul BuchwaldYOPITER GmbH

Java Forum Stuttgart 2017, 06.07.2017

Agenda

1. Einführung:Blockchain, Ethereum Smart Contracts

2. Bewertung:Vorteile, Einsatzmöglichkeiten, Herausforderungen

3. Architektur und Technologien:Clients, Libraries, Integrationsszenarien

Blockchain

"an open, distributed ledger that can record transactions between two parties efficiently and in a verifiable and permanent way.”

Iansiti,Marco;Lakhani,KarimR.(Januar 2017)

Distributed Ledger

NodesMiners

Block n

Hash

Block n-1

Hash Txs

Tx Pool

Block n-2

Hash Txs

Validierung

Neue Transaktionen

ZusammenstellungTransaktionenin neuen Block

Ethereum Factsheet

§ Plattform zur Ausführung von Smart Contracts

§Basierend auf eigener öffentlicher Blockchain

§ Kryptowährung Ether (ETH) als Zahlungsmittel fürRechenleistung

§ Entstehung Ende 2013, produktiv seit 2015

§Open Source Entwicklung gesteuert von EthereumFoundation

Ethereum Smart Contract

§Auf der Ethereum Blockchain ausführbares Programm

§ Eigene Programmiersprachen kompilieren zu Bytecode undABI (Application Binary Interface)§ Solidity (~JavaScript Syntax mit C-Datentypen)§ Serpent (~Python)

§ LLL (~Lisp)

§Bytecode wird in Blockchain gespeichert und von EthereumVirtual Machine (EVM) auf jedem Node ausgeführt

Smart Contract Lebenszyklus

Ethereum Network

SmartContract

Adresse

Bytecode

Zustandsdaten

Contract Owner

Init

Node Node

Self-destruct

Immutable!

Beispiel Contract mit SolidityVariablen

Funktionen

Konstruktor

Contract ABI[

{"constant": true,"inputs": [],"name": "owner","outputs": [

{"name": "","type": "address"

}],"payable": false,"type": "function"

},{

"constant": false,"inputs": [

{"name": "id","type": "address"

}],"name": "store","outputs": [],"payable": false,"type": "function"

},. . .

. . .

{"constant": true,"inputs": [

{"name": "id","type": "address"

}],"name": "statusFor","outputs": [

{"name": "status","type": "uint256"

}],"payable": false,"type": "function"

},. . .]

Vorteile

§Öffentliche, manipulationssichere Datenablage und Ausführungsumgebung§ Vertrauen zwischen unbekannten Transaktionspartnern§ “Trusted 3rd Party” / “Middleman” kann entfallen

§ Keine Zutrittsbarrieren

§ Standardisierte dezentrale Umgebung kann Aufwand füreigene Infrastruktur reduzieren§ Serverless - “Freies Amazon Lambda mit Traceability und

eingebautem Zahlungssystem”

Einsatzmöglichkeiten

§Werttransfer§ Zahlungen/Verrechnung in Ether oder über eigene Kryptowährung§ (Teil-)automatische Zahlungsauslösung über Smart Contract Logik

§Authentizitätsnachweis§ Nutzung privater Schlüssel und Smart Contract Logik als

Identitätsnachweis§ Ablage von Nachweisen aus der realen Welt in der Blockchain

(Provenance)

Anwendungsbeispiel (ideal)Automatische Bezahlung von Paket-Lieferungen nachEmpfangsbestätigung

DeliveriesSmart Contract

Lieferservice

AktualisiertStatus

Empfänger

BestätigtEmpfang,Zahlung

Versender

EthereumNetwork

Status öffentlichund unveränderbarabgelegt

Zahlung

Herausforderung: Wallets und Kosten§ Jede Zustandsänderung/schreibende Operation im Smart Contract

bringt Transaktionskosten mit sich

§ Kosten fallen immer beim Auslöser der Transaktion an

§ Auslöser der Transaktion benötigt Wallet mit Guthaben

Smart Contract

KundeDienstanbieter

Herausforderung: Externe Daten

§ Smart Contract Code kann keine Daten außerhalb der Blockchain abfragen

§ Externe Informationen müssen immer aktiv von außen in den Smart Contract gebracht werden

§ Lösung: Oracles§ Vertrauenswürdiger Mensch oder Dienst ruft Funktion in Smart

Contract auf

Herausforderung: Datenmenge

§Blockchain ist keine Datenbank

§Hohe Gas-Kosten abhängig von§ Länge/Größe des Bytecodes§ Größe und Menge von gespeicherten Daten bei schreibenden

Operationen

§ Zusätzlich Limit für Transaktionsdaten

§ Lösungen: Speichern von Nutzdaten außerhalb der Blockchain, Hashing

Herausforderung: Skalierung

§Hoher Stromverbrauch durch Redundanz: Jeder Knoten§ führt alle Berechnungen durch§ speichert gesamte Blockchain§ validiert alle Transaktionen

§ Ethereum Blockchain§ Durchsatz ca. 15 Transaktionen / Sekunde§ Ca. 17 Sekunden Dauer für neuen Block

§ Lösungen: alternative Validierungsmechanismen, Offchain-Transaktionen

Anwendungsbeispiel (real)

DeliveriesSmart Contract

Lieferservice

Empfänger

Versender

EthereumNetwork

Tracking-Anwendung

Server

Status-DB

Öffentlicher Abgleichund Validierung Hashes

Clients und Schnittstellen

Ethereum Client / Node

JSON-RPC

EthereumNetwork

REST LibrariesCLI

geth (Go)Parity (Rust)eth (C++)pyethapp (Python)ethereumjs-lib ( JS)EthereumJ (Java)…

Java-Anwendung mit EthereumJ

Server / Desktop

EthereumNetwork

Java-Anwendung

Nutzer

EthereumJLibrary= Node

EthereumJ

§ Java-Implementierungeines EthereumNodes

§ Kann als Dependency in eigene Anwendungeingebettet werden

Java-Anwendung und Ethereum Node

Server / Desktop

EthereumNode

EthereumNetwork

Java-Anwendung

Nutzer

JSON-RPCweb3j

JSON-RPC Aufruf Ethereum Node

Smart Contract Interaktion in Java: web3j

§ Kommunikation mit Ethereum Node über Java Library

§ Java Klasse als Smart Contract Proxy

web3j Command LineTools zur Generierung

web3j: Aufruf Smart Contract

Decentralized App (DApp)

Server

EthereumNode

EthereumNetwork

Web App

Nutzer

web3.jsBrowser mitWallet

Mist Browser

Browser

MetaMaskChrome Plugin

web3.js

§ JavaScript Library zur Interaktion mit Ethereum Node

web3 = new Web3(new Web3.providers.HttpProvider('http://localhost:8545'));

var abi = '[{"constant":true,"inputs":[] ...';var DeliverablesContract = web3.eth.contract(abi);

var deliverablesContractInstance = DeliverablesContract.at('0xc4ac...');

var deliveryAddress = '0xd4f...';

console.log(deliverablesContractInstance.statusFor(deliveryAddress));

deliverablesContractInstance.delivered(deliveryAddress, {value: 200});

Mobile App – Light Client

EthereumLight Client

EthereumNetwork

Nutzer

Native Android / iOS App

Smartphone

go-ethereumMobile Library(web3j)

Remote Ethereum Node API Services

EthereumNetwork

Mobile App

API Provider

EthereumNode

REST APIWeb App

Anwendung/API/ServiceEtherscan.ioBlockApps STRATOINFURA

Lesend + signierteTransaktionen

Zusammenfassung

§ Ethereum Smart Contracts eignen sich gut alsLösungsbausteine für Werttransfer und öffentlicheAuthentizitätsnachweise

§ Integration in eigene Lösung auf mehreren Ebenen möglich§ Embedded Ethereum Node mit EthereumJ§ Server-seitiger Ethereum Node und web3j Library§ Web App / Decentralized App mit web3js§ Native Mobile App mit Ethereum Light Client und Mobile Library§ Verwendung von Remote Ethereum Node API Services

Vielen Dank!

Jan-Paul Buchwald

YOPITER GmbH Stuttgart

jpb@yopiter.com

https://www.yopiter.com http://blocklab.de

?

Quellenangaben

§ Verwendete Icons: Freepik from www.flaticon.com§ Produkte und Frameworks:

§ Ethereum Wiki https://github.com/ethereum/wiki/wiki§ Oraclize http://www.oraclize.it§ REALITY KEYS https://www.realitykeys.com§ Parity https://parity.io§ MetaMask https://metamask.io§ EthereumJ https://github.com/ethereum/ethereumj§ Web3j https://github.com/web3j/web3j§ Etherscan https://etherscan.io§ BlockApps STRATO http://blockapps.net§ INFURA https://infura.io

Quellenangaben

§ Artikel und Blogs:§ “An entrepreneur, programmer and user walk into a smart contract — The

ultimate Ethereum blockchain startup guide”https://hackernoon.com/an-entrepreneur-programmer-and-user-walk-into-a-smart-contract-the-ultimate-ethereum-blockchain-7b8dbd0c8463

§ “Blockchain – The Next Big Thing for Middleware” https://www.infoq.com/articles/blockchain-middleware

§ “Interfacing with Ethereum Smart Contracts in Java” https://medium.com/yopiter/interfacing-with-ethereum-smart-contracts-in-java-cf39b2e95b4e

Alternative: eth-contract-api

§ Library mit weitererAbstraktion fürEthereumJ und web3j

§Arbeitet ebenfalls mitSmart Contract Proxy Objekten

Decentralized Apps