Оглавление

Введение                                                                                                           3

1.       Постановка задачи                                                                                    5

2.       Обзор                                                                                                           6

2.1.   Смарт-контракты    . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        6

2.2.   Блокчейн-платформы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        7

2.3.  Ethereum  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .        8

2.4.   Экспериментальный язык Vyper .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  . . .        9

3.       Существующие решения для Vyper                                                     11

3.1.   Онлайн компиляторы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      11

3.2.       Плагины  к текстовым редакторам    . . . . . . . . . . . . .                12

3.3.   Remix IDE    . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      12

4.       Реализация поддержки языка Vyper                                                    14

4.1.  Intelij Platfrom . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      14

4.2.       Стек технологий и инструменты разработки Vyper .  .  . .      15

4.2.1.   Компилятор    . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .      15

4.2.2.         Тестирование смарт-контрактов .  .  .  .  .  .  .  .  . . .      15

4.2.3.         Статический анализатор смарт-контрактов  .  .  . .      16

4.3.       Архитектура решения и детали реализации  .  .  .  .  .  . . .      16

Заключение                                                                                                     19

Список литературы                                                                                      20

Введение

В 2008 появилась первая криптовалюта — Bitcoin [16]. В её основе лежала новая технология блокчейн, которая быстро завоевала попу- лярность.

Блокчейн — это одна из технологий распределенного хранения дан- ных, состоит из цепочки последовательных блоков, которые связаны между собой с помощью хеширования — каждый блок хранит хэш-код предыдущего блока. Любое изменение данных в блоке ведет к измене- нию хэш-кодов — практически невозможно подделать хранящиеся дан- ные. Можно привести аналогию с бухгалтерской книгой, хранящейся у всех участников сети, в которой нельзя ничего изменять или удалять, можно лишь только добавлять. Блокчейн позволяет безопасно распро- странять или обрабатывать данные между несколькими лицами через потенциально небезопасную сеть, где существуют недобросвестные уз- лы. Также засчет того, что у участников сети есть копия цепочки, то в любой момент каждый может проследить историю всех транзакций.

После создания Bitcoin эту технологию начали активно применять,

и в блокчейн-среде высказывались идеи о том, что область примене- ния технологии значительно шире, чем использование в криптовалю- тах [15]. Так появилась идея смарт-контрактов, которая была впервые реализована в Ethereum [8].

Смарт-контракт (smart contract) — это программируемый объект, который работает поверх блокчейна. Он обеспечивает передачу инфор- мации (цифровых данных) и соблюдение условий контракта обеими сторонами (является аналогом обычных контрактов).

Появление смарт-контрактов расширило сферу применения блок- чейн-технологии [4], но вместе с тем появился ряд проблем [4]. Слож- ный синтаксис и неинтуитивная семантика  языков  программирования, на которых пишутся смарт-контракты, также не облегчают задачу. В частности, эти проблемы являются актуальными для Ethereum — одной из самых  популярных  [1]  платформ  для  написания  смарт-контрактов, в которой присутствует их полноценная поддержка.

В рамках данной платформы для нивелирования указанных про- блем был разработан экспериментальный не Тьюринг-полный язык Vy- per [19]. Он находится в бета-версии и активноразвивается1.

В силу того, что язык совсем новый, находится в бета-версии и часто видоизменяется, его поддержка присутствует лишь в нескольких ме- стах, причем реализована лишь самая базовая функциональность (воз- можность компиляции, подсветка синтаксиса).

Учитывая идеи, заложенные в язык, поддержку со стороны Ethere- um сообщества и разработчиков платформы, Vyper будет набирать по- пулярность и продвигаться сообществом как основной язык для напи- сания смарт-контрактов для этой платформы.

Таким образом, актуальной является задача реализации полноцен- ной поддержку языка в виде плагина для одной из популярных инте- грированных сред разработки (IDE), который бы ускорял и облегчал процесс написания, разработки и развертывания смарт-контрактов в рамках Ethereum.

1текущая версия языка v0.1.0-beta.9

1.        Постановка задачи

Целью данной работы является реализация поддержки языка Vyper для Intelij Platfrom. В рамках курсовой будет осуществлена поддержка инструментов разработки.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

•   провести  исследование  предметной области:

–     исследовать и проанализировать блокчейн-платформу, для которой создан Vyper;

–     провести обзор Vyper и инструментов его разработки;

–     исследовать существующие плагины для языка;

•   изучить и провести анализ IDE, в рамках которой будет реализо- вана поддержка языка;

•   разработать и реализовывать плагин:

–     разработать архитектуру решения;

–     интегрировать компилятор Vyper;

–     интегрировать статический анализатор для анализа контрак- тов;

–     поддержать возможность тестирования смарт-контрактов.

2.        Обзор

В этой секции описаны особенности смарт-контрактов, приведено описание известных блокчейн-платформ, в которых присутствуют смарт-контракты. Рассмотрена платформа Ethereum и язык Vyper.

2.1.      Смарт-контракты

Смарт-контракт (smart contract) — это программируемый объект, который работает поверх блокчейна. В нем содержится набор правил и условий, на которых участники согласны взаимодействовать друг с другом. Если условия соблюдены, смарт-контракт автоматически вы- полняется после соответствующего запроса или транзакции. Смарт- контракты призваны минимизировать доверие третьим сторонам. Они также хранятся в блокчейне, что гарантирует их неизменяемость.

В сравнении с обычными,нецифровыми контрактами, они обладают рядом плюсов:

•   независимость и низкая стоимость — нет необходимости поиска специалиста, который проведет сделку;

•   безопасность и надежность — условия нельзя изменить, так как все хранится в распределенном реестре в шифрованном виде и продублировано на других узлах сети;

•   автоматизация процесса сделок и точность – обычные контрак- ты содержат много форм, в которых человек может допустить ошибку.

Наряду с вышеописанными плюсами присутствуют и минусы:

•   неопределенность правового статуса;

•   сложность написания;

•   отсутствие понимания работы смарт-контрактов со стороны ко- нечного пользователя.

2.2.      Блокчейн-платформы

На сегодняшний день существует несколько платформ, поддержи- вающих смарт-контракты [7]: Ethereum [20], Tezos [12], Hyperledger Fab- ric [10], Corda [13] и др. Самой большойкапитализацией из рассмотрен- ных платформ обладает Ethereum [1] (технически, можно сказать, что в Bitcoin есть примитивные смарт-контракты2). По количеству активных пользователей(адреса без нулевого счета) Ethereum обогнал [6] Bitcoin, что свидетельствует о том, что эта платформа является одной из са- мых популярных и востребованных. Ethereum позволяет создавать по- верх блокчейна любые произвольные децентрализованные приложения (Dapps3), также присутствует возможность создания децентрализован- ных автономных организаций (DAO4). В Corda присутствует схожие по своей структуре и функциональности распределенные приложения, называемые CorDapps, но эта платформа нацелена на финансовый сек- тор и не является публичной5, что также справедливо и по отношению к Hyperledger Fabric. Многообещающей платформой является Tezos, в которой используется формальная верификация смарт-контрактов, но она лишь недавно вышла из бета-тестирования и еще не прошла про- верку временем.

Суммируя вышесказанное, платформа Ethereum обладает самой боль-

шой капитализацией, в ней присутствует больше всего активных поль- зователей и эта платформа является полностью публичной. Стоит отме- тить, что это первая платформа, в которойпоявились смарт-контракты. В частности, поэтому в интернете у Ethereum большое сообщество и она хорошо документирована.

Таким образом, поддержка языка для данной платформы в рамках интегрированной среды разработки является наиболее актуальной.

2Примером может служить мультиподпись

3Dapps — программные приложения, которые работают поверх децентрализованной платформы

4Отличительной особенностью DAO является то, что они управляются программным кодом (смарт- контракты), не контролируются ни одной властью и не могут быть закрыты

5транзакции происходят в свободном порядке и никем не контролируются, нет ограничений на доступ к данным и сети

2.3.      Ethereum

Ethereum[20] — это платформа для создания децентрализованных приложений на базе блокчейна, которые используют смарт-контракты. Смарт-контракты, в основном, пишутся на языках высокого уровня (сейчас основным языком служит Solidity6), комплирующихся в коды операций для виртуальной среды (Ethereum Virtual Machine), в рамках которой они изолированно исполняются. Этот язык Тьюринг-полный, в отличие от bitcoin-script 7. В рамках платформы пользователи могут создавать контракты и вызывать их функции посредством осуществ- ления транзакций. Транзакции валидируются другими узлами сети. И пользователи, и контракты могут хранить внутреннюю валюту (ether) и отправлять или принимать ее от других контрактов или пользователей. Контракты дополнительно могут хранить какую-то информацию, необ- ходимую для логики их исполнения. Также существует несколько высо- коуровневых языков, которые транслируются в коды виртуальной ма- шины Ethereum. Mutan (golang-подобный язык, который не поддержи- вается с 2015 года), LLL (lisp-подобный язык, еще поддерживается, но сложен в использовании), Serpent (python-подобный язык) и упомяну- тый выше Solidity (javascript-подобный, контрактно-ориентированный язык).

Несмотря на то, что Solidity является узкоспециализированным язы-

ком (DSL для написания смарт-контрактов), он сложен по своей струк- туре и обладает неинтуитивной семантикой. Также Solidity Тьюринг- полный (для многих сценариев смарт-контрактов не нужна Тьюринг- полнота). В частности, и из-за этого возникает большое количество ошибок и уязвимостей [5] при написании смарт-контрактов, которые могут стоить огромных денег. [2, 3] служат лишь их яркими приме- рами. Стоит, однако, заметить, что существуют фреймворки [14, 11], которые пытаются формально верифицировать смарт-контракты, что позволяет снизить количество уязвимостей в коде.

В частности, этим обуславливается появление экспериментального

def  lookup ( name :    bytes [ 1 0 0 ] )     > address : re turn   s e l f . r e g i s t r y [ name ]

языка Vyper8 [17], создатели которого попытались избавиться от недо- статков Solidity.

2.4.      Экспериментальный язык Vyper

Vyper — это python-подобный, контрактно-ориентированный язык программирования. Начат разрабатываться в 2017 году создателем Ethereum платформы Виталием Бутериным как решение проблем с многочисленными уязвимостями в смарт-контрактах.

При разработке и дизайне языка было принято во внимание несколь- ко идей. Во-первых, смарт-контракты, написанные на языке, должны быть легкочитаемыми и простыми для понимания не только специали- стами в этой сфере, но и для людей, имеющих малый опыт в данной области. Также синтаксис и семантика языковых конструкций должны быть просты и однозначны. Во-вторых, язык должен быть реализован таким образом, что написание безопасного кода было естественно и не предполагало никаких усилий со стороны конечного пользователя, т.е написание контрактов, которые содержат уязвимости, было бы трудно- реализуемо в рамках языка. В-третьих, для реализации функциональ- ности смарт-контрактов не нужна Тьюринг-полнота9

8Viper — Изначальное название языка

9До сих пор ведутся споры, действительно ли нужны Тьюринг-полные смарт-контракты [9]

В результате идей заложенных в язык, в Vyper присутствуют силь- ная типизация, поддержка чистых функций10, верхняя оценка границы потребляемого газа11 при выполнении функций и др. Отсутствуют же, например, рекурсия, бесконечные циклы, наследование классов, пере- грузка методов и операторов и др.

Python-подобность языка обуславливается не только легкочитаемо- стью, простотой синтаксических конструкций и низким порогом вхож- дения, но и тем, что пользователи, пишущие на python, могут легко на- чать писать смарт-контракты — имеет стратегическое значение в при- влечении новых пользователей к платформе.

Таким образом, в силу принципов и идей, заложенных в Vyper, а также его набирающую популярность вместе с поддержкой со сторо- ны Ethereum сообщества, становится актуальной задача комплексной поддержки языка в рамках IDE.

10Ограниченная, есть возможность пометить функцию декоратором, что запретит изменять внут- реннее состояние контракта в результате исполнения метода

11Каждая команда, которая исполняется в рамках виртуальной машины Ethereum, имеет стоимость, выраженную в газе. Она не только формирует рыночные отношения, но и позволяетввести ограничение на исполнение программного кода, что позволяет частично обойти проблему останова

4.2.3.      Статический анализатор смарт-контрактов

На сегодняшней день статический анализ vyper-кода присутству- ет только в SmartCheck28, поэтому было решено интегрировать его в плагин. Несмотря на то, что он написан на java (т.е существует воз- можность напрямую использовать методы), было решено использовать docker. Данное решение обусловлено в первую очередь проблемой с ин- теграцией (перекрывающиеся зависимости статического анализатора и самой платформы — XSLT-процессор). Преимуществом может служить то, что обновления для пользователя будут происходить незаметно (бу- дет обновляться лишь образ).

Для взаимодействия с docker была выбрана библиотека spotify-docker- client, которая предоставляет всю необходимую функциональность. Су- ществуют и другие библиотеки, но функциональность везде идентич- ная.

Недостатками данных решений служат накладные расходы, связан- ные с запуском docker-контейнеров. Также пользователю необходимо иметь установленный docker.

4.3.      Архитектура решения и детали реализации

На рисунке 1 представлена диаграмма части архитектуры плагина, в которой реализована заявленная функциональность.

Модуль gui представляет собой набор UI компонент, которые отоб- ражаются перед пользователем при различных сценариях использова- ния плагина. Более конкретно, он содержит в себе набор форм,которые появляются в результате взаимодействия пользователя с функциональ- ностью статического анализатора, компилятора и утилитой vyper-run.

26https://github.com/ethereum/vyper/issues/1417 27https://github.com/status-im/vyper-debug/pull/19

28Статический анализатор для Solidity кода с помощью нахождения паттернов в контрактах; недавно появилась поддержка Vyper [18]

•   поддержана возможность быстрого тестирования контрактов че- рез vyper-debug;

•   реализована альфа-версия плагина.

Дополнительным артефактом курсовой может служить совместная обзорная статья Survey on blockchain technology, consensus algorithms, and alternative distributed technologies, которая была принята для пуб- ликации в материалах конференции SEIM 2019 (РИНЦ). Также было найдено несколько ошибок в реализации компилятора и предложены возможные улучшения 31, исправлены ошибки с некорректной работой утилиты vyper-run в vyper-debug27.

Ближайшей целью в рамках разработки плагина является поддерж- ка возможности взаимодействия с Ethereum сетью и его публикация в JetBrains Plugins Repository.

31https://github.com/ethereum/vyper/issues/1359, https://github.com/ethereum/vyper/issues/1417

Список литературы

[1]     Access mode: https://cryptolization.com/ (online; accessed: 2018- 12-14).

[2]     300m in cryptocurrency accidentally lost forever  due  to  bug. – Access mode: https://www.theguardian.com/technology/2017/ nov/08/cryptocurrency-300m-dollars-stolen-bug-ether (online; accessed: 2018-12-14).

[3]     A 50 million hack just showed that  the  dao  was all  too human. – Access mode: https://www.wired.com/2016/06/50-million-hack-just-showed-dao-human/ (online; accessed: 2018-12-14).

[4]     Alharby Maher,  Moorsel  Aad.   Blockchain-based   Smart   Contracts:  A   Systematic   Mapping   Study.  –        Fourth  International  Conference on Computer Science and  Information  Technology  (CSIT-2017). – 2017. – Accessed:2018-12-14. Access mode:https://arxiv.org/pdf/ 1710.06372.pdf.

[5]     Atzei Nicola, Bartoletti Massimo, Cimoli Tiziana. A survey of attacks on ethereum smart contracts (sok) // International Conference on Principles of Security and Trust /Springer. – 2017. – P. 164–186.

[6]     Avan-Nomayo Osato. Ethereum Surpasses  Bitcoin  in  Number  of  Active Addresses. – Access mode:https://ethereumworldnews.com/ ethereum-surpasses-bitcoin-in-number-of-active-addresses/ (online; accessed: 2018-05-31).

[7]     Bartoletti Massimo, Pompianu Livio. An Empirical Analysis of Smart Contracts: Platforms, Applications, and Design Patterns // Financial Cryptography Workshops. – Vol. 10323 of Lecture Notes in Computer Science. – Springer, 2017. – P. 494–509.

[8]     Buterin    Vitalik.    Ethereum:     A    next-generation     smart    contract and  decentralized  application  platform. –  2014. –  Accessed:  2018-

12-14.   Access   mode:    https://github.com/ethereum/wiki/wiki/ White-Paper.

[9]     Do Smart Contract Languages Need to be Turing Complete?  / Marc Jansen, Farouk Hdhili, Ramy Gouiaa, Ziyaad Qasem. – 2019. – 03.

[10]      Elli Androulaki Artem Barger Vita Bortnikov, other. Hyperledger Fabric: A Distributed Operating System for PermissionedBlockchains. – 2018. – Accessed:2018-12-14. Access mode: https://arxiv.org/pdf/1801.10228.pdf.

[11]      Formal Verification of Smart Contracts:  Short  Paper  / Karthikeyan Bhargavan, Antoine Delignat-Lavaud, Cédric Fournet et al. // PLAS@CCS. – ACM, 2016. – P. 91–96.

[12]      Goodman L.M. Tezos — a self-amending crypto-ledger White  paper.  – 2014. – Accessed:2018-12-14. Access mode: https://tezos.com/ static/papers/white_paper.pdf.

[13]      Hearn Mike. Corda: A distributed ledger. – 2016. – Accessed:2018- 12-14. Access mode: https://www.corda.net/content/ corda-technical-whitepaper.pdf.

[14]      K framework evm-semantics. – Access mode: https://github.com/ kframework/evm-semantics.