Blockchain für Entwickler - Was steckt wirklich dahinter?

Blockchain für Entwickler - Was steckt wirklich dahinter?

In zehn Jahren werden wir Blockchains so selbstverständlich nutzen wie heute Datenbanken - und das nicht wegen seltsamer Crypto-Währungen, die bereits heute schon mehr an Tulpenkrise als an seriöses Software-Engineering denken lassen. In dieser Session präsentieren Manuel Rauber und Ingo Rammer die konkreten technischen Motivationen, Hintergründe und Zusammenhänge, die den Hype überstehen werden. Sie lernen die fundamentalen Elemente, Arten und Betriebsmodi von öffentlichen und privaten Blockchains kennen und werden wissen, warum Smart Contracts weder "smart" noch "Contracts", sondern einfach Regeln zur Prüfung von replizierten Transaktionen sind. Manuel und Ingo werden das Thema nicht nur abstrakt und theoretisch behandeln, sondern an konkreten Codebeispielen auf Basis von aktuellen Blockchain-Entwicklertechnologien.

GitHub: https://github.com/thinktecture/blockchain-tendermint-sample

667fbca1f58bc0215c744b5ae8f8e5d2?s=128

Manuel Rauber

April 17, 2018
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Transcript

  1. 2.

    Ingo Rammer Gründer und Geschäftsführer der Thinktecture AG Mein Fokus:

    Blockchain Technologien für B2B-Verwendung Manuel Rauber Consultant bei Thinktecture AG @ingorammer, @manuelrauber ingo.rammer@thinktecture.com, manuel.rauber@thinktecture.com https://thinktecture.com
  2. 3.
  3. 6.

    • Prozesstransparenz für Kunden und Geschäftspartner • Nachverfolgbarkeit von digitalen

    und physischen Gütern (nicht nur Cryptowährungen à Markenartikel, Medikamente, ...) • Mit IoT-Daten: Position des Containers, ... • Revisionssicherheit • Möglichkeit für Read-Only Zugriffe von Auditoren • ... und alles ohne zentrale Stellen! Neue Use Cases
  4. 8.

    Telco A Telco B 0151-123 123 123 Max Mustermann 1.1.1911

    0151-123 123 123 Max Mustermann 1.1.1911 Fax, Email, Brief, ... SMS, Email, Brief, ...
  5. 9.

    Telco A Telco B Fax, Email, Brief, ... Haben wir

    nie bekommen Haben noch keine Info von Telco A! Daten waren fehlerhaft Wurde ohne Gründe abgelehnt Vertrag existiert nicht Diese Nummer ist nicht bei uns Falscher Name für diese Nummer Ja, die Nummer haben wir bereits portiert Sollte eigentlich schon gehen Ne, also da kann ich Ihnen nicht weiterhelfen! Ne, also da kann ich Ihnen nicht weiterhelfen! ?
  6. 10.

    • 3.437 gemeldete Telekommunikationsunternehmen • 31% aller Anfragen bei Bundesnetzagentur

    (19.000 Fälle, 3.000 Eskalationen) • 300.000 EUR Bußgelder in 2016 Quelle: Jahresbericht 2016 der Bundesnetzagentur, Seite 62 ff. (https://goo.gl/cPQcXV) Umfang des Problems
  7. 11.

    • Punkt-zu-Punkt Web Services statt Fax, Email, Brief? Klassische Lösung

    #1 – Punkt zu Punkt Telco A Telco B Telco C Telco E Telco H Telco G Telco D Telco F • Anzahl an Schnittstellen: n * (n-1) /2 • Keine Prozesstransparenz von außen
  8. 12.

    • Zentralisierte Prozesskoordination (zB Lösung von 2002) • Single Point

    of Failure • Kann monopolunterstützend/diskriminierend sein (zB Kosten) Klassische Lösung #2 – Zentralisiert Telco A Telco B Telco C Telco E Telco H Telco G Telco D Telco F Koordinator
  9. 13.

    • Unabhängige Akteure • Unterschiedliche Vertrauensstellungen • Wunsch nach Transparenz,

    zB durch vertrauenswürdige, replizierte Datenstrukturen • Ohne Notwendigkeit zentraler Stellen Alternativen für unser Szenario?
  10. 14.

    Lösungsmodell #3 – Blockchain Node 1 Node 2 Node 3

    Node 4 Node 5 Node 6 Node 7 Node 8 Node 9
  11. 16.

    "Eine Blockchain [...] ist eine kontinuierlich erweiterbare Liste von Datensätzen,

    genannt „Blöcke“, welche mittels kryptographischer Verfahren miteinander verkettet sind. Jeder Block enthält dabei typischerweise einen kryptographisch sicheren Hash des vorhergehenden Blocks, einen Zeitstempel und Transaktionsdaten." Wikipedia, 19.02.2018 Blockchain – Was ist das?
  12. 17.

    Blockchain Genesis Block Block 1 Random Content Genesis Hash Content

    Genesis Hash Block 1 Hash Block 2 Content Block 1 Hash Block 2 Hash Block 3 Content Block 2 Hash Block 3 Hash Config
  13. 18.

    Node 1 Peer-to-Peer Replikation Genesis Block Block 1 Block 2

    Block 3 Node 2 Genesis Block Block 1 Block 2 Block 3 Node n Genesis Block Block 1 Block 2 Block 3 Block 4 Block 4 Block 4 Block 5 Block 5 Block 5
  14. 19.

    Node 1 Nodes laufen unabhängig, ohne Zentrale Node 2 Node

    3 Node 4 Node 5 Node 6 Node 7 Node 8 Node 9
  15. 20.

    Zwei unterschiedliche Modelle Öffentliche Blockchains Ethereum, Bitcoin, ... Private Blockchains

    Telco E Telco C Telco A Telco F Telco G Telco B Telco D BNA Telco X Verbände, Konsortien, Regierungen, ... ? ! Telco X
  16. 22.

    AWS für Telco B Infura RZ Telco Z Azure Azure

    (VM Telco C) RZ Telco A Client (Telco A) Client (Telco X) Client (Telco Y) Client (Telco Z) Node 1 Node 2 Node 3 (Telco A) Node 4 (Infura) Node 5 Node 6 (Telco B) Node 7 (Telco C) Client (Telco B) RZ Telco C Client (Telco C) Client – hat Private Key Node ist Teil der BC Verbindung zu vertrauenswürdiger Node (HTTPs, Web Sockets, IPC, ...)
  17. 24.

    • Aussagen, die technisch später nicht änderbar und nicht löschbar

    sind (= Transaktionen) Was ist in einem Block? (Das ganze natürlich maschinenlesbar, zB als Transaktions-Records) Der verifizierte Kunde Max Mustermann, geboren am 1.1.1911 möchte seine Telefonnummer 0151-123 123 123 von Telco A zu uns übertragen Signiert: Telco B Wir sind mit der Übertragung einverstanden. Signiert: Telco A
  18. 25.

    • Transaktionen sind in einer eindeutigen Sequenz Eigenschaften von Transaktionen

    Block 1 Tx #1 Tx #2 Tx #3 Block 2 Tx #4 Tx #5 Block 3 Tx #6 Tx #7 Tx #8 Block 4 Tx #9 Block 5 Tx #10 ...
  19. 26.

    • Transaktionen sind signiert Eigenschaften von Transaktionen Tx #1 Signiert:

    User A • Können pseudonymisch signiert sein (zB BitCoin)
  20. 27.

    • Transaktionsteile können verschlüsselt sein Eigenschaften von Transaktionen {"tx":"requestTransfer", "phone":"0151-123123123",

    owner: "TelcoA", encryptedCustomerData: "0xe2cbcf5f890afabc4dbd236d19f949db 05fcec2155..."} Signiert: Telco B Mit dem Public Key von Telco A verschlüsselt • Nur der Empfänger kann entschlüsseln • Empfänger kann pseudonymisiert sein!
  21. 28.

    • Inhalte können auch Hashes von externen Daten sein Eigenschaften

    von Transaktionen {"tx":"requestTransfer", "phone":"0151-123123123", owner: "TelcoA", signedScannedContractHash: "0x80ebe76679b4812cde61d555c9026...", encryptedCustomerData: "..."} Signiert: Telco B "Ich hab hier ein PDF (das ich aber nicht herzeige) mit diesem Hash" • Für spätere Beweisbarkeit der Existenz und Unversehrtheit von externen Daten zur Zeit der Transaktionserstellung
  22. 30.

    • Wie wird geprüft, ob Transaktionen überhaupt durchgeführt werden dürfen?

    Gültigkeit von Transaktionen? Wir sind mit der Übertragung der Nummer 0151-123 123 123 einverstanden. Signiert: Telco B Telco C 0151-123 123 123 ist gar nicht bei Telco B, sondern bei uns! • Könnte organisatorisch durch Gesetze, Verträge und Strafen gelöst werden. Oder technisch.
  23. 32.

    • Die Regeln, nach denen bestimmt wird, ob eine Transaktion

    gültig ist • Lesen und schreiben den "World State" • Ist-Zustand aller Daten einer Blockchain • Kann über die Blöcke (als Transaktionslog) aufgebaut werden Smart Contracts
  24. 33.

    Node 1 Key Value 0151123123123 Telco C 01511111111111 Telco A

    01511111111112 Telco Z Wir sind mit der Übertragung der Nummer 0151-123 123 123 an Telco A einverstanden. Signiert: Telco B // Pseudocode function confirmTransfer(tx) { if (state[tx.data.number] == tx.signer) { state[tx.data.number] == tx.data.receiver; } else throw; } {"transact": "confirmTransfer", "data": { "number": "0151123123123", "receiver": "Telco A" }} state[tx.data.number] == tx.signer Kryptographische Prüfung (hier Pseudocode!) throw Transaktion als ungültig markiert Failed
  25. 34.

    Node 1 Key Value 0151123123123 Telco C 01511111111111 Telco A

    01511111111112 Telco Z Wir sind mit der Übertragung der Nummer 0151-123 123 123 an Telco A einverstanden. Signiert: Telco C // Pseudocode function confirmTransfer(tx) { if (state[tx.data.number] == tx.signer) { state[tx.data.number] == tx.data.receiver; } else throw; } {"transact": "confirmTransfer", "data": { "number": "0151123123123", "receiver": "Telco A" }} state[tx.data.number] == tx.signer Kryptographische Prüfung (hier Pseudocode!) state[tx.data.number] == tx.data.receiver World State wird geändert Key Value 0151123123123 Telco A 01511111111111 Telco A 01511111111112 Telco Z OK
  26. 36.

    Docker-Container (managed) Wo laufen die Smart Contracts? Ethereum Node In

    der Node Konfigurierter Prozess Smart Contract Execution Environment Tendermint Node Server-Code (Interface- Konvention: ABCI) Contract Creation Transaktion Prozessstart & Config GRPC/Socket Managed Container Hyperledger Fabric Node Chaincode (Go, JS via Go-Bridge) Socket peer chaincode install
  27. 38.

    Node 1 – Max Block: 20 Node 1 – Max

    Block: 21 Node 2 – Max Block: 20 Key Value 0151123123123 Telco C 01511111111111 Telco A 01511111111112 Telco Z Node 3 – Max Block: 20 Key Value 0151123123123 Telco C 01511111111111 Telco A 01511111111112 Telco Z Block 21 (in Progress) Tx #78 Tx #79 Key Value 0151123123123 Telco C 01511111111111 Telco A 01511111111112 Telco Z Pending Transactions (Mempool, p2p Sync) Tx X Tx Y Tx Y Tx Z Tx Z Tx X Tx X Tx Z Tx Y Smart Contract Ausführung für #78 Failed! Smart Contract Ausführung für #79 Block hash Key Value 0151123123123 Telco A 01511111111111 Telco A 01511111111112 Telco Z Block abgeschlossen
  28. 39.

    Node 1 – Max Block: 20 Node 1 – Max

    Block: 21 Node 2 – Max Block: 20 Key Value 0151123123123 Telco C 01511111111111 Telco A 01511111111112 Telco Z Node 3 – Max Block: 20 Key Value 0151123123123 Telco C 01511111111111 Telco A 01511111111112 Telco Z Key Value 0151123123123 Telco A 01511111111111 Telco A 01511111111112 Telco Z Pending Transactions (Mempool, p2p Sync) Tx Z Block 21 Block 21 Block 21 Block 21 Tx #78 Tx #79 Failed! Block hash Block 21 Block 21 Block 21 Block 21 Tx #78 Tx #79 Failed! Block hash Block 21 Block 21 Block 21 Block 21 Tx #78 Tx #79 Failed! Block hash
  29. 40.

    Node 1 – Max Block: 20 Node 1 – Max

    Block: 21 Node 2 – Max Block: 21 Key Value 0151123123123 Telco A 01511111111111 Telco A 01511111111112 Telco Z Node 3 – Max Block: 21 Key Value 0151123123123 Telco A 01511111111111 Telco A 01511111111112 Telco Z Key Value 0151123123123 Telco A 01511111111111 Telco A 01511111111112 Telco Z Pending Transactions (Mempool, p2p Sync) Tx Z Block 21 Block 21 Block 21 Block 21 Tx #78 Tx #79 Failed! Block hash Block 21 Block 21 Block 21 Block 21 Tx #78 Tx #79 Failed! Block hash Block 21 Block 21 Block 21 Block 21 Tx #78 Tx #79 Failed! Block hash
  30. 41.

    • Smart Contracts müssen deterministisch sein (für alle Nodes im

    Netzwerk) • Externe Kommunikation: asynchron (Events), mit signierter Antwort-Transaktion an Smart Contract • Diese Konzept heißt "Oracle" Smart Contracts, Externe Daten & Co
  31. 44.

    • Wer bestimmt den nächsten Block? (Bzw: "wer könnte die

    Geschichte der Chain neu schreiben?") • Krypto-ökonomische Verfahren • Proof-of-Work: Kryptorätsel (Stromverbrauch!) • Proof-of-Stake: Monetäre Auswirkungen • Proof-of-Authority: Vertragliche Vereinbarung Auswahl des Blockerstellers
  32. 46.

    Node 1 17 ... 18 19 20 Node 3 17

    ... 18 19 20 Node 2 17 ... 18 19 20 Node 4 17 ... 18 19 20 21a 21a 21a 21b 21b 21b 21a 21a 21b 21b
  33. 47.

    Node 1 17 ... 18 19 20 Node 3 17

    ... 18 19 20 Node 2 17 ... 18 19 20 Node 4 17 ... 18 19 20 21a 21a 21b 21b 21a 21a 21b 21b
  34. 48.

    Node 1 17 ... 18 19 20 Node 3 17

    ... 18 19 20 Node 2 17 ... 18 19 20 Node 4 17 ... 18 19 20 21a 21a 21b 21b 21a 21a 21b 21b 22 22 22 22 23 22 22 22 22 23 23 23
  35. 49.

    • Nur eine Node erstellt üblicherweise einen neuen Block (dynamisches

    Auswahlverfahren pro Block) • Vor allem bei Proof-of-Work Blockchains: • Kollisionen: Protokollspezifische Definition der korrekten Chain • Number of Confirmations!
  36. 51.
  37. 53.

    • Beobachten – Hype ignorieren • Ausprobieren – It's not

    Magic • Vorbereiten – Neue Usecases Nächste Schritte • Tools in diesem Talk: Tendermint, Ethereum, Quorum, Hyperledger Fabric • Client/Server/Contract-Kommunikation: web3 (Ethereum), Tendermint ABCI • Samples: https://github.com/thinktecture/blockchain-tendermint-sample • Slides: https://speakerdeck.com/ingorammer • Contact: @ingorammer, @manuelrauber