Lập trình blockchain phần 1: Ngôn ngữ lập trình C++

PP

Công nghệ blockchain cực kỳ hấp dẫn. Sẽ không quá xa vời khi nghĩ về một tương lai được xây dựng hoàn toàn dựa trên công nghệ này. Vì vậy, có khi nào bạn tự hỏi mình cần phải học những gì để bắt đầu phát triển trên blockchain không? Ngôn ngữ lập trình nào sẽ cho bạn lợi thế hơn? Bài hướng dẫn sau đây sẽ đi vào chi tiết một số ngôn ngữ lập trình chính, nhằm cung cấp một cái nhìn toàn diện nhất về blockchain cho bạn đọc.

Các vấn đề với phát triển phần mềm blockchain

Trước khi bắt đầu, hãy cùng điểm qua một số thách thức mà một nhà phát triển blockchain phải đối mặt. Tạo và duy trì một blockchain public không phải là một điều dễ dàng vì một số lý do.

Lý do số 1: Bảo mật

Blockchain giống như một pháo đài. Thứ nhất, mã nguồn của blockchain được công khai và mở đối với tất cả mọi người. Bất cứ ai cũng có thể xem qua mã cũng như kiểm tra lỗi và lỗ hổng bảo mật. Tuy nhiên, không giống như các tài nguyên mã mở khác, nếu lỗ hổng trên blockchain bị tìm thấy thì rủi ro nó mang lại rất khủng khiếp. Bất kỳ lập trình viên nào cũng có thể hack vào và "chuồn" đi với hàng triệu hàng triệu USD. Do những mối quan tâm về bảo mật nên việc phát triển trên blockchain thường rất chậm.

Lý do số 2: Quản lý tài nguyên

Điều quan trọng là phải bắt kịp với sự phát triển của các mạng. Bạn không tụt hậu quá xa phía sau và không theo kịp với các yêu cầu của mạng. Bạn cần trang bị tốt các kiến thức để xử lý các truy vấn từ xa và cục bộ.

Lý do số 3: Hiệu suất

Blockchain phải luôn hoạt động với hiệu suất cao nhất có thể, nên ngôn ngữ lập trình cũng phải rất linh hoạt. Vấn đề là có một số nhiệm vụ nhất định trong blockchain có thể thực hiện song song trong khi có một số tác vụ khác thì không.

Một ví dụ về nhiệm vụ “song song” là xác minh chữ ký số. Tất cả những gì bạn cần để xác minh chữ ký là chìa khóa, giao dịch và chữ ký. Chỉ với ba dữ liệu trên, bạn có thể tiến hành xác minh theo phương thức song song.

Tuy nhiên, không phải tất cả các chức năng trên một blockchain đều có thể thực hiện theo cách đó. Ví dụ như thực thi giao dịch chẳng hạn. Nhiều giao dịch không thể thực hiện song song. Chỉ một giao dịch duy nhất được thực hiện ở một thời điểm. Cũng giống như việc một số ngôn ngữ lập trình hoạt động song song khá tốt trong khi một số ngôn ngữ khác thì không.

Lý do số 4: Tính độc lập

Hành vi xác định - Deterministic behavior là gì?

Nếu A + B = C, thì bất kể hoàn cảnh nào, A + B sẽ luôn bằng C. Điều đó được gọi là hành vi xác định. Hàm hash xác định, nghĩa là giá trị hash của A sẽ luôn là H(A).

Vì vậy, trong phát triển blockchain, tất cả các hoạt động giao dịch phải được xác định. Bạn không thể có một giao dịch hoạt động theo cách này vào hôm trước và sau đó hoạt động theo cách khác vào ngày hôm sau. Tương tự, bạn không thể có các hợp đồng thông minh hoạt động theo hai cách khác nhau ở hai máy khác nhau được.

Giải pháp duy nhất cho điều này là tính độc lập. Về cơ bản, bạn cô lập các hợp đồng và giao dịch thông minh của mình khỏi các yếu tố không xác định.

Đó là những vấn đề chính mà các nhà phát triển blockchain phải đối mặt. Bây giờ, hãy cùng xem một số ngôn ngữ mà các nhà phát triển có thể sử dụng để lập trình blockchain: C++, JavaSript, Python, Java và Solidity. Trong phần đầu tiên, chúng ta sẽ tìm hiểu về C++, ngôn ngữ được cha đẻ Bitcoin chọn để tạo nên mã nguồn của Bitcoin.

Ngôn ngữ lập trình C++

Đầu tiên và quan trọng nhất, hãy bắt đầu với C++. C++ được tạo ra bởi Bjarne Stroustrup như một phần mở rộng của ngôn ngữ C. Ngôn ngữ này được thiết kế để có tính linh hoạt và hiệu quả của ngôn ngữ lập trình C nhưng có một số khác biệt lớn. Sự khác biệt lớn nhất giữa C và C++ là C là ngôn ngữ lập trình hướng thủ tục, còn C++ là ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng.

Điều này có nghĩa là, trong C++, dữ liệu và hàm được nhóm lại, gọi là các “object” - đối tượng. Có nghĩa là khi một đối tượng đã được tạo, nó có thể dễ dàng được gọi ra và sử dụng lại trong các chương trình khác, giúp tiết kiệm khá nhiều thời gian viết code.

Hãy xem xét chương trình C++ đơn giản nhất trên thế giới: Hello World

#include <iostream.h>
main()
{
cout << "Hello World!";
return 0;
}

Vậy tại sao mọi người vẫn sử dụng C++ để viết code? Chắc chắn bây giờ có nhiều ngôn ngữ lập trình tốt hơn, tại sao mọi người vẫn khăng khăng sử dụng C++? Tại sao bitcoin blockchain lại được mã hóa trên C++?

Vì C++ có một số tính năng rất hấp dẫn như sau:

Tính năng 1: Kiểm soát bộ nhớ

Hãy nhớ lại những gì đã nói trước đó về những thách thức của các nhà phát triển blockchain. Blockchain không chỉ bảo vệ các hệ thống mà còn phải quản lý tài nguyên hiệu quả. Một blockchain sẽ phải tương tác với rất nhiều điểm cuối không đáng tin cậy trong khi vẫn phải cung cấp dịch vụ nhanh chóng cho tất cả các nút.

Dịch vụ nhanh chóng là yếu tố rất quan trọng cho sự thành công của một đồng tiền điện tử, như bitcoin. Hãy nhớ rằng, tất cả đều dựa trên nguyên tắc "đồng thuận", tất cả các nút trên mạng phải chấp nhận và từ chối chính xác các khối giống nhau, hoặc một khối nào khác có thể đóng vai trò trung gian trong chuỗi.

Để đáp ứng tất cả các yêu cầu này và thực hiện ở mức cao nhất, bạn cần kiểm soát chặt chẽ việc sử dụng CPU và bộ nhớ. Rất may, C++ cung cấp cho người dùng tính năng hữu ích này.

Tính năng 2: Luồng

Như chúng ta đã thảo luận trước đó, một trong những thách thức chính của lập trình blockchain là sự tích hợp tốt các nhiệm vụ song song và các nhiệm vụ không song song. Hầu hết các ngôn ngữ chuyên về một khía cạnh, tuy nhiên khả năng luồng của C++ khá tốt để xử lý cả hai tác vụ song song và không song song. “Thread” - luồng là một tập hợp các lệnh có thể được thực hiện đồng thời. C++ không chỉ cho phép các tiện ích đa luồng hoạt động linh hoạt, tăng hiệu quả giao tiếp giữa các luồng và tối ưu hóa hiệu năng một luồng.

Tính năng 3: Move Semantics

Một trong những khía cạnh thú vị nhất của C++ là Move Semantics. Move Semantics cung cấp phương thức để nội dung được di chuyển linh hoạt giữa các đối tượng thay vì được sao chép hoàn toàn. Hãy kiểm tra sự khác biệt giữa Copy semantics và Move Semantics.

Copy semantics:

assert(b == c);
a = b;
assert(a == b && b == c);

Giá trị của b được thay vào a và cuối cùng giá trị của b vẫn không thay đổi.

Bây giờ, hãy xem xét điều này.

Move Semantics:

assert( b = = c);
move (a,b);
assert (a = =c );

Bạn có thấy sự khác biệt giữa hai khối code không?

Khi sử dụng Move Semantics, giá trị của “b” không cần phải giữ nguyên. Đó là sự khác biệt giữa Copy semantics và Move Semantics. Ưu điểm lớn nhất của Move Semantics là bạn có thể nhận được bản sao của dữ liệu nhất định chỉ khi bạn cần chúng, làm giảm đáng kể sự dư thừa trong code và mang lại hiệu suất rất lớn. Vì vậy, như bạn có thể thấy, quản lý bộ nhớ tốt và hiệu suất cao khá hiệu quả khi áp dụng C++ cho blockchain.

Tính năng 4: Tập hợp tính đa hình thời gian

Đa hình là gì?

Hãy nhớ khi chúng ta gọi C++ là một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng - “object oriented programming (OOP) language”. Đa hình - Polymorphism - cũng là một kiểu OOP. Sử dụng Polymorphism tức là bạn sử dụng một tính năng cụ thể theo nhiều cách. Trong C++ Polymorphism có thể được sử dụng theo hai cách:

Đa hình ở thời điểm biên dịch
Đa hình ở thời điểm chạy

Ở đây, bài viết sẽ chỉ tập trung vào đa hình ở thời điểm biên dịch. Có hai cách mà C++ thực hiện đa hình ở thời điểm biên dịch:

Nạp chồng hàm (Function Overloading)
Nạp chồng toán tử (Operator Overloading)

Nạp chồng hàm:

Nạp chồng hàm là khi bạn có nhiều chức năng cùng tên nhưng với lượng tham số khác nhau.

Xem xét chương trình này:

#include <bits/stdc++.h>
using namespace std;
class A
{
void func (int x) //first instance of the function takes only one integer value
{
cout<<x<<endl;
}
void func (double x) //second instance of the function takes only one double value
{
cout<<x<<endl;
}
void func (int x, int y) //third instance of the function takes two integer values
{
cout<<x=y<<endl;
}
}
int main()
{
A obj1 //making one object of the class A
//now we are going to call the functions
obj1.func(2);
obj1.func(2.65);
obj1.func(2,5);
return 0;
}

Bây giờ khi bạn chạy hàm này, kết quả sẽ là:

2
2,65
7

Như bạn có thể thấy, hàm func() được sử dụng theo 3 cách khác nhau.

Nạp chồng toán tử (Operator Overloading):

Trong C++, một toán tử có thể có nhiều hơn một nghĩa.

Ví dụ, "+" có thể được sử dụng cho cả phép cộng và phép nối.

Phép nối về cơ bản có nghĩa là lấy hai chuỗi và kết hợp chúng thành một.

Vì vậy 3 + 4 = 7

AND

Block+geeks = Blockgeeks.

Cùng một toán tử nhưng lại thực hiện hai chức năng khác nhau. Đây gọi là Nạp chồng toán tử.

Đa hình ở thời điểm biên dịch giúp ích rất nhiều trong sự phát triển blockchain. Nó đặt trách nhiệm cách riêng biệt cho từng thành phần và thực hiện nhiều chức năng khác nhau, rồi lần lượt, thúc đẩy hiệu suất của toàn bộ hệ thống.

Tính năng 5: Cô lập code

C++ có các tính năng namespace, có thể được nhập từ một chương trình này sang chương trình khác. Namespace giúp tránh tình trạng trùng tên. Ngoài ra, vì C++ có các lớp, nó có thể hoạt động như các ranh giới giữa các API khác nhau và trợ giúp trong việc tách biệt một cách rõ ràng.

Một lớp trong C++ là một kiểu do người dùng định nghĩa hoặc cấu trúc dữ liệu được khai báo với từ khóa class, chứa các hàm và dữ liệu. Bạn có thể truy cập các hàm được khai báo trong lớp bằng cách khai báo các đối tượng của lớp đó.

Tính năng 6: Tính phát triển

Ngôn ngữ lập trình vừa có thể tự hoàn thiện vừa được cập nhật thường xuyên. Có ít nhất 3 compiler và rất nhiều tính năng mới nhằm giải quyết các vấn đề thực tế. Các trình gỡ lỗi - Debugger - và các công cụ phân tích có sẵn cho tất cả mọi thứ, từ lược tả hiệu suất đến tự động phát hiện các vấn đề. Điều này có nghĩa là ngôn ngữ không ngừng phát triển để kết hợp các tính năng mới hơn và tốt hơn.

Vì các tính năng trên, Satoshi Nakamoto chọn C++ làm ngôn ngữ cơ sở của mã nguồn bitcoin.

Xem thêm: