COS:从Python-SDK谈谈FISCO BCOS多语言SDK

FISCOBCOS2.0从发布起就自带官方控制台,经过社区持续使用打磨,已经足够强大、完善、友好。社区还有用各种开发语言开发的区块链应用,为满足开发者方便管理区块链节点的需求,目前Python-SDK和Nodejs-SDK已经上架,go语言版本已经在路上。

本文以笔者最熟悉的Python-SDK为例,分享一些SDK开发的点滴,涵盖应用开发流程、协议编解码、网络通信和安全事项等。

FISCOBCOS自带快速搭建特性,五分钟一键搭链后,开发者只需连上区块链节点,写合约、发交易。

控制台和SDK的定位,是帮助用户快速访问区块链,开发测试智能合约,实现业务逻辑。根据“奥卡姆剃刀”原则,设计哲学应尽量轻、模块化、浅层次,不引入多余的功能,不给用户和二次开发者造成额外负担。

客户端控制台和SDK就像一辆操控好、配置精的快车,供开发者和用户驾驭,轻松惬意,尽情驰骋于区块链应用之路。

控制台体验

首先结合从准备环境到调用合约的全流程,体验下控制台,命令行交互界面风格如下:

1.准备环境:

在开始之前,请先通读使用手册和开发文档,根据文档介绍,stepbystep初始化环境,安装依赖库,目前Python-SDK支持linux/mac/windows操作系统。

为了连上区块链节点,需要修改本地配置文件,填写区块链节点的对应网络端口,如果选择Channel协议,则需要配置相应的客户端证书。

2.在线体验:

配置好网络后,可以运行console的get系列命令。试下手感,与FISCOBCOS亲密接触。确认链在正常工作,常用的指令有getNodeVersion、getBlockNumber、getPeers、getSyncStatus等,可以用console的usage或help命令了解所有支持的指令。

3.创建账户:

创建一个新的帐户,即代表自己身份的公私钥对,发送交易时会采用私钥签名。创建的帐户用keystore格式保存在本地文件系统里,用户可以设定密码保护这个文件,注意记住创建帐户时使用的密码。

控制台提供的帐户相关命令是newaccount,showaccount。如果要使用刚创建的新帐户为交易签名,记得把它配置到client_config.py文件的相应位置。

数据:1000万枚MATIC从Polygon Plasma Bridge转到某未知地址:金色财经报道,WhaleAlert监测数据显示,北京时间14:45:11,1000万枚MATIC(约960万美元)从Polygon Plasma Bridge转移到某未知地址。[2023/5/2 14:38:18]

另外,如果账户信息需要高等级保护,则可以进行二次开发。将其放入加密机、TEE等安全区,以及开发秘钥分片、助记词等方案。

4.编写合约:

编写一个智能合约,或者参照SDK里自带的智能合约例子修改定制,实现自己的业务逻辑。本文重点关注solidity智能合约,FISCOBCOS还有一种“预编译合约”,采用C开发,需要和FISCOBCOS底层代码联合编译。

5.编译部署:

对合约进行编译,获得合约的ABI接口文件和BIN二进制代码文件。Python-SDK里有bcos_solc.py文件可帮助开发者简化编译器配置和调用,同时,只要正确配置了合约路径和编译器路径信息,直接运行控制台的部署或调用合约接口指令,也会尝试自动去编译合约,操作体验相当行云流水。

独立部署合约的话,可使用控制台的deploy指令,部署指令成功后会得到新的合约地址。参考命令是./console.pydeploySimpleInfosave,其中SimpleInfo是合约名,最后的"save"为可选,如果指定了"save",则将合约新地址记录到本地文件里,以便后续使用。

6.调用合约:

用call或sendtx命令,指定合约名、合约地址、方法名、对应的参数,调用链上合约。

参考命令./console.pysendtxSimpleInfolastsetbalance100,即选择SimpleInfo合约,指向其最近部署成功的地址,调用setbalance接口,传入参数100。

交易在链上共识完成后,控制台会自动打印交易回执里的方法返回码、交易Eventlog信息列表等,供用户查看,如果错误,则打印异常信息。

如果一切正常,到此即可基本走通区块链应用之路。

值得一提的是,FISCOBCOS几个语言版本的控制台,都支持按Tab键提示指令和自动完成,帮助使用者流畅无错地操作,提升用户体验。

9,494枚ETH从Peatio转移到未知钱包:金色财经报道,据WhaleAlert监测数据显示,9,494枚ETH(20,060,129 美元)从Peatio转移到未知钱包。[2023/4/14 14:04:35]

再进一步,如果希望有丰富多彩的、可视化交互式页面体验,不妨使用WeBASE中间件平台。

深入了解

整个SDK的模块组合如下,可谓是麻雀虽小五脏俱全。

功能接口

支撑控制台等交互模块的,是已经封装完备、开箱即用的功能接口API,包括:

1.get系列:

诸多的“get”开头的接口,用于获取链上的各种信息,包括区块、交易、回执、状态、系统信息等等。虽然几十个get接口,但其实现逻辑基本一致,都是指定命令字和参数列表,请求和处理回应,实现起来也很快。

2.call:

对应合约的常量方法。所谓常量方法,是指合约里对应代码不修改状态,该请求不会全网广播,仅在指定节点上运行。

3.sendRawTransaction:

构建一个交易,用账户私钥签名,发送到链上,这种交易会被广播,进行共识处理,生成的状态数据会被全网确认。部署新合约这个操作,实际上也是一种交易,只是不需要指定目标合约地址。

相关的是sendRawTransactionGetReceipt,名字很长,在sendRawTransaction基础上增加了获取回执的流程,用于简化从发交易到获取回执的闭环流程。

4.更多:

针对FISCOBCOS的全局系统配置、节点管理、CNS、权限等系统级功能的API,其原理是读写链上的系统合约,详细指令列表见文末。

开发者可以参考控制台和client/bcosclient.py等代码,进行二次开发,实现更多更酷炫的功能。另外,SDK里内置了一系列的开发库和小工具,帮助管理帐户、输出日志、统一异常处理、简单的性能和耗时统计等。

合约开发相关

围绕着合约开发,Python-SDK实现了合约编译部署、合约地址本地化管理、ABI接口文件的管理,支持代码自动生成,一个命令行即可生成供业务端直接使用的代码,如

Gabor Gurbacs:以太坊将其证明机制从POW改为POS是一个很大的变化:金色财经报道,VanEck数字资产策略主管Gabor Gurbacs在社交媒体上称,以太坊是一个2000亿美元的资产。将其证明机制从POW改为POS是一个很大的变化,假设它是一个简单的过渡,完全支持新的链是不成熟的,链的分裂是可能的,有很多利益相关者有不同的利益。[2022/8/1 2:50:44]

pythoncodegen.pycontracts/SimpleInfo.abi。

solidity合约编译后的ABI文件是个好东西。ABI全称是ApplicationBinaryInterface,里面详细描述了合约的接口信息,包括方法名、参数列表和类型、方法类型,以及Eventlog格式定义等等。

对ABI的管理,参见client/datatype_parser.py,加载和解析ABI文件,根据方法名、方法4字节签名、方法类型等维度,灵活查询方法列表和方法定义,并针对方法定义、输入数据等进行编码解码,解析交易返回值、Eventlogs等。

有ABI定义在手,对合约的操控简直是可以随心所欲,开发者读懂了ABI描述,基本就能全面理解一个合约的输入输出,和合约毫无障碍地对话,这种“面向远程接口编程”的思想,很类似WSDL、IDL、ACE、ProtoBuffer和gRPC等经典软件设计。

事实上,整个SDK中最繁琐的是ABI编解码部分,为了兼容EVM,FISCOBCOS在交易处理时沿用了ABI编码,以及兼容RLP协议。

ABI、RLP制定了严格的规范,对基础数据类型、数组和变长数据、函数方法、参数列表等都有特定的编解码方式,否则组件之间无法通信,数据无法解析,虚拟机“不认识”所输入的交易,则不能执行合约。

如果自行手写这里的编解码,即使是熟手也得花不少时间,还要能保证测试通过、保持版本兼容,所幸github上已经有eth-abi、eth-utils、rlp等一系列开源项目,可以引入这些项目且根据具体的需要进行修订,能节约不少工作量,向这些项目作者们致谢,开源就是爽!

交易数据结构相关

在搞定了基础编解码之外,还需要实现FISCOBCOS交易结构,重点注意支持并行处理交易增加的randomid、blocklimit字段,为支持群组特性增加的fiscoChainId和groupId字段,在交易的receipt里增加的交易output等。

2.8亿枚TRX从Poloniex交易所转出,价值1177.7万美元:据Whale Alert数据显示,北京时间09月04日15:19, 2.8亿枚TRX从Poloniex交易所转入TLoxh9开头地址,按当前价格计算,价值约1177.7万美元,交易哈希为:8d0dadb8e67b3aa8b0b7b1c3bda2a0425d1c17bb83022c904ff48200f557dc27。[2020/9/4]

其中,交易的blocklimit定义为“交易生命周期,该交易最晚被处理的块高”,SDK需要定期到链上查询当前块高,以确定当前交易的生命周期。

对于开发者来说,清晰理解交易的输入、交易回执、交易输出(tx.output)是非常重要的。

交易调用合约里的某一个方法时,首先将方法名字和参数类型列表组合,如'set(string,uint256,address)',对这一段文本进行Keccak-256(SHA-3)计算,并截取前4个字节做为“方法签名”,然后对传入的参数,根据类型定义依次进行ABI编码,并和"方法签名"拼接一串二进制数据,做为交易的输入数据。

和交易结构体的其他字段一起再进行RLP编码,并用帐户私钥进行签名,得到一段二进制请求数据,由sendRawTransaction发往节点,节点收到后,立刻返回交易Hash给到客户端。

交易在链上被网络共识确认,处理完成后,通过getTransactionReceipt接口,可以获得交易处理的详细结果。

在交易回执中,以下几个字段尤为关键:

1.contractAddress:

仅在部署合约交易时有效,表示新合约的地址。

2.output:

对应方法的return值,可用于判断业务逻辑的最终处理结果。

3.Logs:

如果在合约代码里,写了一些Eventlog,则receipt的logs字段里可以解码出详细的信息。Eventlog可用于帮助客户端监听、跟踪交易的处理结果,甚至可以帮助开发者调试合约执行过程,相当于在合约里打调试日志。当然,在合约正式发布时,应清除调试的Eventlog,只保留必要的log,避免冗余信息存到链上。

动态 | 5000万枚USDT从Poloniex交易所转入Tether Treasury钱包,价值4960万美元:北京时间07月14日02:20,5000万枚USDT从Poloniex交易所转入Tether Treasury钱包,按当前价格计算,价值约4960万美元,交易哈希为:5f4aed993b7b431025926db5eb0d151c778cb15b41ae7c6e58bf09c0abfc9e74。[2019/7/14]

Python-SDK客户端里内置了解析“方法签名”、交易input/output、receipt.logs等字段的方法。

在使用控制台命令行时,只要是查询交易和回执的指令,在命令行后面附带合约名,也可以自动解析出相关的数据来,例如:./console.pygetTransactionReceipt0x79b98dbb56d2eea289f756e212d5b6e5c08960beaa8ea8331740fdcfaa8dcab1SimpleInfo,最后这个“SimpleInfo”为可选合约名,不需要带后缀,要求在contracts/目录下有SimpleInfo.sol文件。

这个贴心小设计,可以帮助开发者直观探秘区块链交易的脉络,对各种信息一目了然,不会迷失在天书一样的十六进制字符海洋里。

网络协议

最后聊聊FISCOBCOS的两种网络协议:JSONRPC和Channel长连接。

JSONRPC连接没有证书验证和通信加密,建议在本身安全可信的环境里使用,比如本机或内网,一般用于运维管理和统计分析场合。

JSONRPC的格式相当简单通用,各种语言库都内置了JSON编解码以及HTTP请求协议实现,一般不需要自行开发,甚至可以采用curl、telnet等工具进行收发,如:

//Requestcurl-XPOST--data'{"jsonrpc":"2.0","method":"getBlockNumber","params":,"id":1}'http://127.0.0.1:8545|jq//Result{"id":1,"jsonrpc":"2.0","result":"0x1"}

Channel协议是FISCOBCOS独有的协议,Channel协议的特点是安全高效,支持双向实时通信,可用于远程调用乃至公网的通信。

如果使用Channel长连接方式,则需要从区块链节点上获取SDK证书,放置到SDK项目的对应路径下,证书详见文末。

这个协议的数据包格式示意图如下,是一种TLV(Tag/Length/Value)风格的扩展实现:

格式说明:

所有整形数编码都是网络序,大端;

Length实际上包含了从第一个字段到最后一个字段的整个数据包的长度;

包头为定长,为(42324)=42字节;

数据体的实际长度根据具体内容而变,字节数为Length-42字节。

Channel长连接通信和数据收发的要点如下:

采用TLSv1.2安全传输,SDK和节点之间需要加载证书,用证书握手、验证后才能建立长连接。

长连接用心跳包维护,需要定期发起心跳包。

数据按包为单位,编码成流数据传输,那么在收发数据时,需要持续从socket流里获取数据,按照数据包的格式,判断长度是否合法,数据是否收全,是否能正确的解析,对“部分收取”的数据,要保留在接受缓冲区里,待收取完成后再进行解析,不能丢弃,否则可能导致解析错误。

Channel协议支持双向通信,SDK可以主动请求节点,节点也可能往SDK推送消息,如区块链系统通知、数据更新通知、AMOP跨机构消息等。

设计异步的、队列化、回调式消息处理机制,根据消息的序列号、指令类型、状态码等维度,正确处理消息。Python-SDK用了多线程以及Promise库,以尽量高速优雅地处理各种消息。

对socke流数据编程有一定经验的开发者,理解这个协议和实现它并不会很难。对Channel协议实现,数据包解析参见client/channelpack.py,通信和数据收发参见client/channelhandler.py。

总结

Python-SDK的开发始于今年6月中旬,写出第一个可用版本只花了一个星期,然后雕琢用户交互细节,以及进行代码优化、文档完善,并进行多轮测试保证质量,团队其他同学实现Nodejs版本SDK的用时也差不多。

总的来说,在有一些基础代码参考的前提下,开发一个FISCOBCOS特定语言版本SDK,还是挺敏捷写意的事情,一点儿也不难,Justforfun。

在各语言版本SDK开发和迭代过程中,FISCOBCOS团队和社区开发者一直保持沟通交流,纳入优质pullrequest,在体验中持续优化。

欢迎社区开发者根据自身使用场景的实际情况,继续完善现有SDK,或贡献更多语言类型的FISCOBCOSSDK,帮助更多开发者顺畅地走在区块链之路上。

最后,感谢杰哥、安总、小白、wheat等同学,以及多位社区开发者对Python-SDK的重要贡献。

参考资料

FISCOBCOS官方控制台:

https://github.com/FISCO-BCOS/console

Python-SDK:

https://github.com/FISCO-BCOS/python-sdk

Nodejs-SDK:

https://github.com/FISCO-BCOS/nodejs-sdk

FISCOBCOS安装:

https://fisco-bcos-documentation.readthedocs.io/zh_CN/latest/docs/installation.html#fisco-bcos

合约开发教程:

https://fisco-bcos-documentation.readthedocs.io/zh_CN/release-2.0/docs/manual/smart_contract.html

WeBASE:

https://fintech.webank.com/webase

ABI:

https://solidity.readthedocs.io/en/latest/abi-spec.html

RLP:

https://github.com/ethereum/wiki/wiki/RLP

交易数据结构:

https://fisco-bcos-documentation.readthedocs.io/zh_CN/release-2.0/docs/design/protocol_description.html

RPC原理:

https://fisco-bcos-documentation.readthedocs.io/zh_CN/release-2.0/docs/design/rpc.html

Channel协议定义:

https://fisco-bcos-documentation.readthedocs.io/zh_CN/release-2.0/docs/design/protocol_description.html#channelmessage-v1

SDK证书:

https://fisco-bcos-documentation.readthedocs.io/zh_CN/release-2.0/docs/manual/certificates.html

AMOP跨机构:

https://fisco-bcos-documentation.readthedocs.io/zh_CN/release-2.0/docs/manual/amop_protocol.html

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