Blockchain - La guía completa sobre desarrollo de blockchain, Ethereum, Solidity y contratos inteligentes

Libro Multilingüe

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Editorial SAP PRESS

Año / Edición 2024 / 1

Páginas 654

Autores Tobias Fertig, Andreas Schütz

Blockchain

Desmitifica la cadena de bloques y aprende a usarla con esta guía práctica. Empieza desde cero: ¿Qué es Ethereum? ¿Qué es Solidity? ¿Y cómo se utilizan para crear contratos inteligentes? A continuación, descubre cómo implementar tu propia cadena de bloques, incluyendo la configuración de una red peer-to-peer, la gestión de cuentas de mineros y mucho más. Siga las instrucciones paso a paso y los ejemplos de código detallados para desarrollar contratos inteligentes y dApps. Trabaje con tecnologías de vanguardia como Bitcoin, DeFi, NFT y mucho más. ¡Bienvenido al mundo de la cadena de bloques!

Domina los fundamentos de la cadena de bloques e implementa aplicaciones en la red Ethereum.
Desarrolle contratos inteligentes y aplicaciones descentralizadas (dApps) con Solidity.
Prueba, depura y protege tus aplicaciones de cadena de bloques.

Aprenderás sobre:

Conceptos básicos sobre blockchain:
Ya has oído hablar del revuelo que han causado el Bitcoin, los NFT y la minería de criptomonedas. Pero, ¿cómo funciona la tecnología blockchain subyacente? Comprende los fundamentos del libro mayor distribuido y aprende a crear y administrar tu propia cadena de bloques.
Desarrollo de aplicaciones:
Domina los contratos inteligentes, desde la programación con Solidity hasta las pruebas, la depuración, la implementación y mucho más. Desarrolla aplicaciones descentralizadas (dApps) y amplíalas a una organización autónoma descentralizada (DAO) mediante la implementación de una interfaz con ethers.js.
Consejos de los expertos:
Sigue las indicaciones de programadores expertos en blockchain. Utiliza ejemplos de código comentados como plantillas para tus proyectos y empieza a crear tu propia cadena de bloques y contratos inteligentes en el mundo real.

Aspectos Destacados:

Conceptos básicos y creación de cadenas de bloques
Contratos inteligentes y dApps
Desarrollo con Solidity
Pruebas, depuración y seguridad
API web
Marcos de trabajo entre pares
Cuentas y saldos
Verificación de transacciones y bloques
Optimización del gas
Finanzas descentralizadas (DeFi)
Tokens no fungibles (NFT)
Contratos de Yul y Huff

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Prólogo
Prefacio
1 Introducción
- 1.1 ¿Qué es la cadena de bloques?
  - 1.1.1 Retos de Internet
  - 1.1.2 La cadena de bloques
  - 1.1.3 La cadena de bloques como solución a los problemas
- 1.2 Historia de la cadena de bloques
  - 1.2.1 Pioneros de la cadena de bloques
  - 1.2.2 Bitcoin
  - 1.2.3 Altcoins
  - 1.2.4 Blockchain 2.0
  - 1.2.5 El presente y el futuro
- 1.3 Aplicación de la tecnología blockchain
  - 1.3.1 Criterios de decisión para la cadena de bloques
  - 1.3.2 Variantes de la cadena de bloques
  - 1.3.3 Sectores con potencial para la cadena de bloques
  - 1.3.4 Ejemplos reales de aplicaciones de la cadena de bloques
- 1.4 Resumen
2 Conceptos básicos: cómo funciona la cadena de bloques
- 2.1 Conceptos básicos de criptografía
  - 2.1.1 Introducción a la criptografía
  - 2.1.2 Criptografía de curva elíptica
  - 2.1.3 Funciones hash criptográficas
- 2.2 La cadena de bloques
  - 2.2.1 Transacciones
  - 2.2.2 De bloque a cadena de bloques
  - 2.2.3 El sistema blockchain
  - 2.2.4 Evolución de la cadena de bloques de Bitcoin
- 2.3 Modelos alternativos de consenso
  - 2.3.1 Prueba de participación
  - 2.3.2 Tolerancia a fallos bizantinos delegada
  - 2.3.3 Prueba de actividad
  - 2.3.4 Prueba de importancia
  - 2.3.5 Prueba de autoridad
  - 2.3.6 Prueba de reputación
  - 2.3.7 Prueba de capacidad o prueba de espacio
  - 2.3.8 Prueba del tiempo transcurrido
  - 2.3.9 Prueba de quema
- 2.4 Seguridad de la cadena de bloques
  - 2.4.1 Blockchain y seguridad de la información
  - 2.4.2 Escenarios de ataque
- 2.5 Resumen
3 Ethereum: Blockchain 2.0
- 3.1 Conceptos básicos de Ethereum
  - 3.1.1 Máquina de estados
  - 3.1.2 Árbol de Merkle Patricia
  - 3.1.3 Cuentas y árbol de estado
  - 3.1.4 Transacciones y el árbol de transacciones
  - 3.1.5 Recibos y trie de recibos
- 3.2 De los bloques a la cadena de bloques 2.0
  - 3.2.1 Carga útil de ejecución y encabezado de carga útil de ejecución
  - 3.2.2 Cuerpo del bloque de baliza
  - 3.2.3 Bloque de baliza y encabezado de bloque de baliza
- 3.3 El sistema Blockchain 2.0
  - 3.3.1 El nodo
  - 3.3.2 La máquina virtual Ethereum
  - 3.3.3 La red
  - 3.3.4 Prueba de participación: el mecanismo de consenso
- 3.4 Desarrollo futuro de la plataforma Ethereum
  - 3.4.1 Vulnerabilidades y problemas
  - 3.4.2 Servicios adicionales: Swarm y Ethereum Name Service
  - 3.4.3 Capa 2: Llevando a Ethereum al siguiente nivel
  - 3.4.4 Danksharding: un futuro escalable
  - 3.4.5 ¿El futuro será apátrida?
- 3.5 Resumen
4 Fundamentos para crear tu propia cadena de bloques
- 4.1 Transacciones: las unidades más pequeñas de una cadena de bloques
- 4.2 Encabezado del bloque: cálculo del ID del bloque
- 4.3 Encadenamiento de bloques
- 4.4 Almacenamiento persistente del estado de la cadena de bloques
- 4.5 El bloque génesis: inicialización de una cadena de bloques
- 4.6 Transacciones pendientes
- 4.7 La dificultad de una cadena de bloques
- 4.8 Vamos a minar: el hilo del minero
- 4.9 Resumen y perspectivas
5 Implementación de una API web para la cadena de bloques
- 5.1 Los puntos finales de la API web
  - 5.1.1 Implementación del punto final para bloques
  - 5.1.2 Implementación del punto final para transacciones
- 5.2 Implementación de la API web
  - 5.2.1 Creación de la configuración para los recursos
  - 5.2.2 Preparación de un servidor Tomcat integrado
  - 5.2.3 Verificación de las representaciones JSON
- 5.3 Envío de transacciones a través de una interfaz web
- 5.4 Implementación de su propio explorador de bloques
  - 5.4.1 Exploración de transacciones
  - 5.4.2 Exploración de bloques
  - 5.4.3 Implementación de una página de aterrizaje con barra de búsqueda
- 5.5 Resumen y perspectivas
6 Implementación de una red entre pares
- 6.1 Configuración del marco de trabajo entre pares
- 6.2 Transmisión de transacciones a la red
- 6.3 Bloques de transmisión a la red
- 6.4 La regla de la cadena más larga
  - 6.4.1 Almacenamiento y cambio de horquillas de cadena
  - 6.4.2 Sincronización de transacciones pendientes después de cambiar de cadena
- 6.5 Añadir nuevos nodos a la red
- 6.6 Resumen y perspectivas
7 Introducción a las cuentas y los saldos
- 7.1 Recompensar a los mineros
  - 7.1.1 Asignación de cuentas a los mineros
  - 7.1.2 Almacenamiento persistente de cuentas
  - 7.1.3 Asignación de mineros a bloques
- 7.2 Administración de cuentas
  - 7.2.1 Almacenamiento de cuentas
  - 7.2.2 Inicialización y actualización de cuentas
  - 7.2.3 Proporcionar datos de la cuenta a través de la API web
- 7.3 Integración de cuentas
- 7.4 Integración de cuentas en el explorador de bloques
  - 7.4.1 Búsqueda de cuentas a través del explorador de bloques
  - 7.4.2 Creación de cuentas a través de un cliente web
  - 7.4.3 Vinculación y búsqueda de cuentas a través del explorador de bloques
- 7.5 Resumen y perspectivas
8 Implementación de verificaciones y optimizaciones
- 8.1 Firma de transacciones
  - 8.1.1 Introducción de firmas digitales al cliente web
  - 8.1.2 Compatibilidad con firmas digitales en el backend
- 8.2 Aplicación de restricciones
  - 8.2.1 Verificación de transacciones
  - 8.2.2 Verificación de bloques
- 8.3 Bloqueo y desbloqueo de saldos
- 8.4 Optimización del rendimiento mediante árboles de Merkle
  - 8.4.1 Creación de la estructura de un árbol Merkle
  - 8.4.2 Uso del árbol Merkle a través de la API web
- 8.5 Optimización del almacenamiento mediante la reducción de las claves públicas
- 8.6 Apoyo a los saldos iniciales en el bloque Génesis
- 8.7 Optimizaciones adicionales
- 8.8 Resumen y perspectivas
9 Desarrollo de contratos inteligentes
- 9.1 Conceptos básicos sobre los contratos inteligentes
- 9.2 Contratos inteligentes simples con Bitcoin Script
  - 9.2.1 Introducción al script de Bitcoin
  - 9.2.2 Contratos inteligentes con Bitcoin Script
  - 9.2.3 Lenguajes de programación de alto nivel para Bitcoin
- 9.3 Contratos inteligentes avanzados
  - 9.3.1 Extensiones de Bitcoin
  - 9.3.2 Contratos inteligentes con Ethereum
- 9.4 Programación orientada a contratos
  - 9.4.1 Similitudes y diferencias con la programación orientada a objetos
  - 9.4.2 Elaboración de contratos significativos
  - 9.4.3 Combinabilidad de los contratos inteligentes
- 9.5 El reto de los generadores de números aleatorios
  - 9.5.1 Uso de variables de bloque
  - 9.5.2 Uso de números secuenciales
  - 9.5.3 Uso de loterías de dos etapas
  - 9.5.4 Determinación de la aleatoriedad fuera de la cadena
- 9.6 Confianza en los datos fuera de la cadena
- 9.7 Dependencias temporales
  - 9.7.1 Verificación de las dependencias temporales mediante el tiempo de bloqueo
  - 9.7.2 Uso de servicios fuera de la cadena
- 9.8 Resumen y perspectivas
10 Entornos y marcos de desarrollo integrados
- 10.1 Entornos de desarrollo integrados
  - 10.1.1 Remix: el IDE oficial
  - 10.1.2 ChainIDE: un IDE multichain basado en la nube
  - 10.1.3 Tenderly Sandbox: un IDE para la creación rápida de prototipos
  - 10.1.4 IDE adicionales basados en web
  - 10.1.5 Entornos de desarrollo integrado (IDE) de escritorio
  - 10.1.6 Elección de su IDE
- 10.2 Marcos orientados a contratos
  - 10.2.1 La suite Truffle
  - 10.2.2 El entorno de desarrollo Hardhat
  - 10.2.3 El kit de herramientas modular Foundry
  - 10.2.4 Nodos locales de la cadena de bloques
  - 10.2.5 Elección del marco de trabajo
- 10.3 Resumen y perspectivas
11 Introducción a Solidity
- 11.1 Conceptos básicos de Solidity
  - 11.1.1 Estructura de un archivo fuente
  - 11.1.2 Creación de su primer contrato inteligente
  - 11.1.3 Implementación de su primer contrato inteligente localmente
- 11.2 Elementos y ubicación de los datos de un contrato
  - 11.2.1 Comprensión de las ubicaciones de los datos
  - 11.2.2 Especificar la visibilidad en Solidity
  - 11.2.3 Uso y definición de modificadores
  - 11.2.4 Declaración e inicialización de variables de estado
  - 11.2.5 Creación y destrucción de contratos
  - 11.2.6 Implementación de funciones
  - 11.2.7 Definición y uso de eventos para el registro
- 11.3 Tipos de datos disponibles
  - 11.3.1 Uso de tipos de datos primitivos
  - 11.3.2 Definición de direcciones
  - 11.3.3 Creación y uso de matrices
  - 11.3.4 Matrices multidimensionales y sus limitaciones
  - 11.3.5 Definición de estructuras y enumeraciones
  - 11.3.6 Comprensión de las asignaciones
  - 11.3.7 Definición de punteros de almacenamiento como parámetros de función
  - 11.3.8 Uso de funciones como variables
- 11.4 Características adicionales de Solidity
  - 11.4.1 Comprensión de los valores L
  - 11.4.2 Eliminación de variables y liberación de almacenamiento
  - 11.4.3 Conversión entre tipos de datos elementales
  - 11.4.4 Utilización de la inferencia de tipos
  - 11.4.5 Las funciones Fallback y Receive
  - 11.4.6 Aritmética verificada frente a no verificada
  - 11.4.7 Manejo de errores con Assert, Require, Revert y Exceptions
- 11.5 Creación de jerarquías de herencia de contratos inteligentes
  - 11.5.1 ¿Cómo funciona la herencia de contratos?
  - 11.5.2 Uso de contratos abstractos
  - 11.5.3 Definición de interfaces en Solidity
  - 11.5.4 Aplicación correcta del polimorfismo
  - 11.5.5 Sobrecarga de funciones
- 11.6 Creación y uso de bibliotecas
  - 11.6.1 Implementación de su propia biblioteca
  - 11.6.2 Uso de bibliotecas en contratos
  - 11.6.3 Ampliación de tipos de datos con bibliotecas
- 11.7 Resumen y perspectivas
12 Profundizando en Solidity
- 12.1 Funciones de bajo nivel en Solidity
  - 12.1.1 Funciones de bajo nivel para direcciones de pago
  - 12.1.2 Funciones de bajo nivel para cualquier tipo de dirección
- 12.2 Uso de Assembly en contratos inteligentes de Solidity
  - 12.2.1 Aplicación del ensamblador en línea
  - 12.2.2 Opcodes de almacenamiento transitorio
  - 12.2.3 Acceso a variables en ensamblador en línea
  - 12.2.4 Uso del estilo funcional para el ensamblador en línea
  - 12.2.5 Uso de instrucciones para ensamblaje en línea
  - 12.2.6 El lenguaje intermedio Yul
- 12.3 Diseños internos de las ubicaciones de datos
  - 12.3.1 Distribución interna del almacenamiento
  - 12.3.2 Disposición interna en la memoria
  - 12.3.3 Diseño interno en Calldata
- 12.4 Comprensión del contrato ABI
- 12.5 Comprensión de la representación en código byte de los contratos inteligentes
- 12.6 Resumen y perspectivas
13 Pruebas y depuración de contratos inteligentes
- 13.1 Prueba de contratos con Remix
  - 13.1.1 Escribir y ejecutar pruebas unitarias basadas en Solidity en Remix
  - 13.1.2 Escribir y ejecutar pruebas unitarias basadas en JavaScript en Remix
  - 13.1.3 Uso de la interfaz de línea de comandos para pruebas de remezcla
- 13.2 Implementación de pruebas con Foundry
  - 13.2.1 Escribir pruebas unitarias comunes
  - 13.2.2 Uso de códigos de trucos en Foundry
- 13.3 Implementación de pruebas con Hardhat
- 13.4 Depuración de contratos inteligentes
  - 13.4.1 Depuración de contratos en Remix
  - 13.4.2 Depuración de contratos en Foundry
- 13.5 Prueba de bifurcación de cadenas basadas en Ethereum
- 13.6 Resumen y perspectivas
14 Comprender y optimizar los costos del gas
- 14.1 Comprensión de los costos del gas en Ethereum
- 14.2 Comprensión del optimizador del compilador
- 14.3 Directrices básicas para la optimización del gas
- 14.4 Optimizaciones derivadas de las reglas tradicionales de eficiencia
- 14.5 Optimización avanzada del gas
- 14.6 Optimizaciones de gas por expertos
  - 14.6.1 Utilizar listas de acceso
  - 14.6.2 Implementar la compresión de entrada
  - 14.6.3 Escribir contratos Yul o Huff
- 14.7 Optimizaciones adicionales para diferentes casos de uso
- 14.8 Herramientas útiles para la optimización del gas
- 14.9 Resumen y perspectivas
15 Protección y seguridad de los contratos inteligentes
- 15.1 Recomendaciones generales de seguridad
  - 15.1.1 Especificar las visibilidades de manera explícita
  - 15.1.2 Definir constructores solo mediante la palabra clave
  - 15.1.3 Inicializar siempre los punteros de almacenamiento
  - 15.1.4 Tenga en cuenta las condiciones de carrera
  - 15.1.5 Comprobar los valores de retorno de las funciones de bajo nivel
  - 15.1.6 Considerar las manipulaciones por parte de los mineros
  - 15.1.7 No exponga los datos
  - 15.1.8 Manténgase al día con la Guía práctica sobre seguridad de los contratos inteligentes
- 15.2 Ejemplos de ataques a contratos inteligentes
  - 15.2.1 Contrabando de éter en los contratos
  - 15.2.2 Manejo de desbordamientos y subdesbordamientos aritméticos
  - 15.2.3 Manipulación del estado con llamadas delegadas
  - 15.2.4 Realización de ataques de reentrada
  - 15.2.5 Realización de ataques de denegación de servicio
  - 15.2.6 Cuidado con los ataques de sifón de gas
  - 15.2.7 Aprovechamiento de colisiones de hash ABI
  - 15.2.8 Cuidado con los ataques de acoso
- 15.3 Auditoría de contratos inteligentes a través de Slither
- 15.4 Resumen y perspectivas
16 Implementación y gestión de contratos inteligentes
- 16.1 Configuración de MetaMask y uso de cuentas
- 16.2 Implementación de contratos con Remix y MetaMask
- 16.3 Implementación de contratos con Foundry
- 16.4 Implementación de contratos con Hardhat
- 16.5 Publicación y verificación de código en Etherscan
- 16.6 Configuración y ejecución de su propio nodo Ethereum
- 16.7 Administración de contratos después de la implementación
  - 16.7.1 Administración de contratos a través de Remix
  - 16.7.2 Gestión de contratos a través de Foundry y Hardhat
- 16.8 Resumen y perspectivas
17 Estándares, bibliotecas y patrones de diseño
- 17.1 Norma ERC-173 sobre propiedad de contratos
  - 17.1.1 Motivaciones
  - 17.1.2 Especificaciones
  - 17.1.3 Implementaciones
- 17.2 Detección de interfaz estandarizada ERC-165
  - 17.2.1 Motivaciones
  - 17.2.2 Especificaciones
  - 17.2.3 Implementaciones
- 17.3 Estándar de token ERC-20
  - 17.3.1 Motivaciones
  - 17.3.2 Especificaciones
  - 17.3.3 Implementaciones
- 17.4 Estándar de token ERC-777
  - 17.4.1 Motivaciones
  - 17.4.2 Especificaciones
  - 17.4.3 Implementaciones
- 17.5 Estándar de tokens no fungibles ERC-721
  - 17.5.1 Motivaciones
  - 17.5.2 Especificaciones
  - 17.5.3 Implementaciones
- 17.6 Estándar multitoken ERC-1155
  - 17.6.1 Motivaciones
  - 17.6.2 Especificaciones
  - 17.6.3 Implementaciones
- 17.7 Uso de las bibliotecas OpenZeppelin
- 17.8 El patrón de diseño publicar-suscribirse
  - 17.8.1 Comprensión de la estructura del patrón publicar-suscribirse
  - 17.8.2 Implementación del patrón publicar-suscribirse
- 17.9 El patrón de verificaciones, efectos e interacciones
- 17.10 Resumen y perspectivas
18 Actualización de contratos inteligentes
- 18.1 Conceptos básicos sobre los mecanismos de actualización
- 18.2 Realización de migraciones de contratos
  - 18.2.1 Recuperación y preparación de datos para migraciones
  - 18.2.2 Escritura de datos e inicialización del estado del nuevo contrato
  - 18.2.3 Migración de un contrato de token ERC-20 como ejemplo
- 18.3 Separación de datos y lógica de negocio
- 18.4 El patrón Proxy
- 18.5 El patrón de los diamantes
- 18.6 Mecanismos y consideraciones adicionales
- 18.7 El exploit del contrato inteligente metamórfico
- 18.8 Resumen y perspectivas
19 Desarrollo de aplicaciones descentralizadas
- 19.1 ¿Qué es una aplicación descentralizada?
- 19.2 El proceso de desarrollo de una DApp
- 19.3 Desarrollo de los contratos inteligentes de tu primera DApp
- 19.4 Desarrollo de los elementos fuera de cadena de tu primera DApp
- 19.5 Alojar el frontend de tu primera DApp de forma descentralizada
- 19.6 Configuración de dominios ENS
  - 19.6.1 Introducción a los dominios ENS
  - 19.6.2 Registro de un dominio ENS
  - 19.6.3 Vincular un dominio ENS a un hash de contenido IPFS
- 19.7 Resumen y perspectivas
20 Actualizar tu primera DApp a una DAO
- 20.1 ¿Qué es una organización autónoma descentralizada?
- 20.2 Implementación de un contrato de gobernanza para tu DAO
- 20.3 Implementación del frontend con Vue.js y Ethers.js
  - 20.3.1 Introducción a Ethers.js
  - 20.3.2 Implementación de un frontend Vue con componentes
  - 20.3.3 Funciones adicionales de Ethers.js
- 20.4 Ideas para servicios adicionales de backend y Oracle
- 20.5 Implementación de su DApp y asignación de un dominio ENS
- 20.6 Marcos, herramientas y bibliotecas adicionales
- 20.7 Resumen y perspectivas
21 Ingeniería inversa de contratos inteligentes
- 21.1 ¿Por qué realizar ingeniería inversa?
- 21.2 Ingeniería inversa manual
- 21.3 Recuperación manual de un contrato ABI
- 21.4 Herramientas para la ingeniería inversa de contratos inteligentes
- 21.5 Resumen y perspectivas
22 Lenguajes de programación orientados a contratos adicionales
- 22.1 Yul: el lenguaje intermedio para diferentes backends
  - 22.1.1 Implementación de contratos Yul
  - 22.1.2 Compilación de contratos Yul
  - 22.1.3 Implementación de contratos Yul
  - 22.1.4 Prueba de contratos Yul
- 22.2 Huff: contratos inteligentes altamente optimizados
  - 22.2.1 Implementación de contratos Huff
  - 22.2.2 Compilación de contratos Huff
  - 22.2.3 Implementación de contratos Huff
  - 22.2.4 Prueba de contratos Huff
- 22.3 Vyper: ¿Contratos inteligentes para todos?
  - 22.3.1 Objetivos de Vyper
  - 22.3.2 Limitaciones de Vyper
  - 22.3.3 La sintaxis de Vyper
  - 22.3.4 El ciclo de desarrollo
- 22.4 Comparación de los costos del gas
- 22.5 Resumen y perspectivas
23 Aplicación de tecnologías blockchain
- 23.1 Finanzas descentralizadas
  - 23.1.1 Casos de uso de las finanzas descentralizadas
  - 23.1.2 Intercambios descentralizados
- 23.2 Desarrollo y acuñación de NFT
  - 23.2.1 Creación de NFT en OpenSea
  - 23.2.2 Creación de grandes colecciones de NFT
- 23.3 Soluciones de capa 2 de Ethereum
  - 23.3.1 Arbitrum
  - 23.3.2 Optimismo
- 23.4 Otros proyectos de Blockchain 2.0
  - 23.4.1 Solana
  - 23.4.2 Avalancha
- 23.5 Un enfoque diferente de la cadena de bloques: Ripple
  - 23.5.1 La idea de Ripple
  - 23.5.2 El libro mayor y la red
- 23.6 Resumen
Anexos
- Bibliografía
- B Los autores
Índice

Blockchain

Demystify the blockchain—and learn how to use it—with this practical guide. Start from the ground up: What is Ethereum? What is Solidity? And how are they used to create smart contracts? Then see how to implement your own blockchain, including configuring a peer-to-peer network, managing miner accounts, and more. Follow step-by-step instructions and detailed code examples to develop smart contracts and dApps. Work with cutting-edge technologies such as Bitcoin, DeFi, NFTs, and more. Welcome to the world of blockchain!

Master blockchain fundamentals and implement applications on the Ethereum network
Develop smart contracts and decentralized applications (dApps) with Solidity
Test, debug, and secure your blockchain applications

You'll learn about:

Blockchain Basics:
You’ve heard the hype around Bitcoin, NFTs, and crypto mining. But how does the underlying blockchain technology work? Understand the fundamentals of the distributed ledger, and learn how to create and manage your own blockchain.
Application Development:
Master smart contracts, from programming with Solidity to testing, debugging, deployment, and beyond. Develop decentralized applications (dApps) and expand them into a decentralized autonomous organization (DAO) by implementing a frontend with ethers.js.
Tips from the Experts:
Follow guidance from experienced blockchain programmers. Use commented code examples as templates for your projects to get started building your own blockchain and smart contracts in the real world.

Key Highlights:

Blockchain basics and creation
Smart contracts and dApps
Development with Solidity
Testing, debugging, and security
Web APIs
Peer-to-peer frameworks
Accounts and balances
Transaction and block verification
Gas optimization
Decentralized finance (DeFi)
Non-fungible tokens (NFTs)
Yul and Huff contracts

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Foreword
Preface
1 Introduction
- 1.1 What Is Blockchain?
  - 1.1.1 Challenges of the Internet
  - 1.1.2 The Blockchain
  - 1.1.3 The Blockchain as a Problem Solver
- 1.2 History of Blockchain
  - 1.2.1 Pioneers of Blockchain
  - 1.2.2 Bitcoin
  - 1.2.3 Altcoins
  - 1.2.4 Blockchain 2.0
  - 1.2.5 The Present and the Future
- 1.3 Application of Blockchain Technology
  - 1.3.1 Decision Criteria for the Blockchain
  - 1.3.2 Blockchain Variants
  - 1.3.3 Industries with Blockchain Potential
  - 1.3.4 Real-Life Examples of Blockchain Applications
- 1.4 Summary
2 The Basics: How Blockchain Works
- 2.1 Cryptography Basics
  - 2.1.1 Introduction to Cryptography
  - 2.1.2 Elliptic Curve Cryptography
  - 2.1.3 Cryptographic Hash Functions
- 2.2 The Blockchain
  - 2.2.1 Transactions
  - 2.2.2 From Block to Blockchain
  - 2.2.3 The Blockchain System
  - 2.2.4 Evolution of the Bitcoin Blockchain
- 2.3 Alternative Consensus Models
  - 2.3.1 Proof-of-Stake
  - 2.3.2 Delegated Byzantine Fault Tolerance
  - 2.3.3 Proof-of-Activity
  - 2.3.4 Proof-of-Importance
  - 2.3.5 Proof-of-Authority
  - 2.3.6 Proof-of-Reputation
  - 2.3.7 Proof-of-Capacity or Proof-of-Space
  - 2.3.8 Proof-of-Elapsed-Time
  - 2.3.9 Proof-of-Burn
- 2.4 Blockchain Security
  - 2.4.1 Blockchain and Information Security
  - 2.4.2 Attack Scenarios
- 2.5 Summary
3 Ethereum: Blockchain 2.0
- 3.1 Basics of Ethereum
  - 3.1.1 State Machine
  - 3.1.2 Merkle Patricia Trie
  - 3.1.3 Accounts and State Trie
  - 3.1.4 Transactions and the Transaction Trie
  - 3.1.5 Receipts and Receipts Trie
- 3.2 From Blocks to Blockchain 2.0
  - 3.2.1 Execution Payload and Execution Payload Header
  - 3.2.2 Beacon Block Body
  - 3.2.3 Beacon Block and Beacon Block Header
- 3.3 The Blockchain System 2.0
  - 3.3.1 The Node
  - 3.3.2 The Ethereum Virtual Machine
  - 3.3.3 The Network
  - 3.3.4 Proof-of-Stake: The Consensus Mechanism
- 3.4 Further Development of the Ethereum Platform
  - 3.4.1 Vulnerabilities and Problems
  - 3.4.2 Additional Services: Swarm and Ethereum Name Service
  - 3.4.3 Layer 2: Bringing Ethereum to the Next Level
  - 3.4.4 Danksharding: A Scalable Future
  - 3.4.5 Is the Future Stateless?
- 3.5 Summary
4 Fundamentals of Creating Your Own Blockchain
- 4.1 Transactions: The Smallest Units of a Blockchain
- 4.2 Block Header: Calculating the Block ID
- 4.3 Chaining Blocks
- 4.4 Storing the Blockchain State Persistently
- 4.5 The Genesis Block: Initializing a Blockchain
- 4.6 Pending Transactions
- 4.7 The Difficulty of a Blockchain
- 4.8 Let’s Mine: The Miner Thread
- 4.9 Summary and Outlook
5 Implementing a Web API for the Blockchain
- 5.1 The Endpoints of the Web API
  - 5.1.1 Implementing the Endpoint for Blocks
  - 5.1.2 Implementing the Endpoint for Transactions
- 5.2 Deploying the Web API
  - 5.2.1 Creating the Configuration for Resources
  - 5.2.2 Preparing an Embedded Tomcat Server
  - 5.2.3 Verifying the JSON Representations
- 5.3 Sending Transactions via a Web Interface
- 5.4 Implementing Your Own Block Explorer
  - 5.4.1 Exploring Transactions
  - 5.4.2 Exploring Blocks
  - 5.4.3 Implementing a Landing Page with Search Bar
- 5.5 Summary and Outlook
6 Implementing a Peer-to-Peer Network
- 6.1 Configuration of the Peer-to-Peer Framework
- 6.2 Broadcasting Transactions to the Network
- 6.3 Broadcasting Blocks to the Network
- 6.4 The Longest Chain Rule
  - 6.4.1 Storing and Switching Chain Forks
  - 6.4.2 Synchronizing Pending Transactions after Switching Chains
- 6.5 Adding New Nodes to the Network
- 6.6 Summary and Outlook
7 Introducing Accounts and Balances
- 7.1 Rewarding Miners
  - 7.1.1 Assigning Accounts to Miners
  - 7.1.2 Storing Accounts Persistently
  - 7.1.3 Assigning Miners to Blocks
- 7.2 Managing Accounts
  - 7.2.1 Storing Accounts
  - 7.2.2 Initializing and Updating Accounts
  - 7.2.3 Providing Account Data via the Web API
- 7.3 Integrating Accounts
- 7.4 Integrating Accounts into the Block Explorer
  - 7.4.1 Account Lookup via Block Explorer
  - 7.4.2 Generating Accounts via a Web Client
  - 7.4.3 Linking and Searching Accounts via the Block Explorer
- 7.5 Summary and Outlook
8 Implementing Verification and Optimizations
- 8.1 Signing Transactions
  - 8.1.1 Introducing Digital Signatures to the Web Client
  - 8.1.2 Supporting Digital Signatures in the Backend
- 8.2 Enforcing Constraints
  - 8.2.1 Verifying Transactions
  - 8.2.2 Verifying Blocks
- 8.3 Locking and Unlocking Balances
- 8.4 Optimizing Performance via Merkle Trees
  - 8.4.1 Creating the Structure of a Merkle Tree
  - 8.4.2 Using the Merkle Tree via the Web API
- 8.5 Optimizing Storage by Shortening the Public Keys
- 8.6 Supporting Initial Balances in the Genesis Block
- 8.7 Additional Optimizations
- 8.8 Summary and Outlook
9 Smart Contract Development
- 9.1 Smart Contract Basics
- 9.2 Simple Smart Contracts with Bitcoin Script
  - 9.2.1 Introduction to Bitcoin Script
  - 9.2.2 Smart Contracts with Bitcoin Script
  - 9.2.3 Higher Programming Languages for Bitcoin
- 9.3 Advanced Smart Contracts
  - 9.3.1 Bitcoin Extensions
  - 9.3.2 Smart Contracts with Ethereum
- 9.4 Contract-Oriented Programming
  - 9.4.1 Similarities to and Differences from Object-Oriented Programming
  - 9.4.2 Developing Meaningful Contracts
  - 9.4.3 Composability of Smart Contracts
- 9.5 The Challenge of Random Number Generators
  - 9.5.1 Using Block Variables
  - 9.5.2 Using Sequential Numbers
  - 9.5.3 Using Two-Stage Lotteries
  - 9.5.4 Determining Randomness Off-Chain
- 9.6 Trusting Off-Chain Data
- 9.7 Time Dependencies
  - 9.7.1 Checking Time Dependencies via the Block Time
  - 9.7.2 Using Off-Chain Services
- 9.8 Summary and Outlook
10 Integrated Development Environments and Frameworks
- 10.1 Integrated Development Environments
  - 10.1.1 Remix: The Official IDE
  - 10.1.2 ChainIDE: A Cloud-Based, Multichain IDE
  - 10.1.3 Tenderly Sandbox: An IDE for Fast Prototyping
  - 10.1.4 Additional Web-Based IDEs
  - 10.1.5 Desktop IDEs
  - 10.1.6 Choosing Your IDE
- 10.2 Contract-Oriented Frameworks
  - 10.2.1 The Truffle Suite
  - 10.2.2 The Hardhat Development Environment
  - 10.2.3 The Modular Toolkit Foundry
  - 10.2.4 Local Blockchain Nodes
  - 10.2.5 Choosing Your Framework
- 10.3 Summary and Outlook
11 An Introduction to Solidity
- 11.1 The Basics of Solidity
  - 11.1.1 Structure of a Source File
  - 11.1.2 Creating Your First Smart Contract
  - 11.1.3 Deploying Your First Smart Contract Locally
- 11.2 Elements and Data Locations of a Contract
  - 11.2.1 Understanding Data Locations
  - 11.2.2 Specifying Visibility in Solidity
  - 11.2.3 Using and Defining Modifiers
  - 11.2.4 Declaring and Initializing State Variables
  - 11.2.5 Creating and Destroying Contracts
  - 11.2.6 Implementing Functions
  - 11.2.7 Defining and Using Events for Logging
- 11.3 Available Data Types
  - 11.3.1 Using Primitive Data Types
  - 11.3.2 Defining Addresses
  - 11.3.3 Creating and Using Arrays
  - 11.3.4 Multidimensional Arrays and Their Limitations
  - 11.3.5 Defining Structs and Enums
  - 11.3.6 Understanding Mappings
  - 11.3.7 Defining Storage Pointers as Function Parameters
  - 11.3.8 Using Functions as Variables
- 11.4 Additional Features of Solidity
  - 11.4.1 Understanding L-Values
  - 11.4.2 Deleting Variables and Freeing Storage
  - 11.4.3 Converting Elementary Data Types to Each Other
  - 11.4.4 Utilizing Type Inference
  - 11.4.5 The Fallback and Receive Functions
  - 11.4.6 Checked versus Unchecked Arithmetic
  - 11.4.7 Error Handling with Assert, Require, Revert, and Exceptions
- 11.5 Creating Inheritance Hierarchies of Smart Contracts
  - 11.5.1 How Does Contract Inheritance Work?
  - 11.5.2 Using Abstract Contracts
  - 11.5.3 Defining Interfaces in Solidity
  - 11.5.4 Applying Polymorphism Correctly
  - 11.5.5 Overloading Functions
- 11.6 Creating and Using Libraries
  - 11.6.1 Implementing Your Own Library
  - 11.6.2 Using Libraries in Contracts
  - 11.6.3 Extending Data Types with Libraries
- 11.7 Summary and Outlook
12 Digging Deeper into Solidity
- 12.1 Low-Level Functions in Solidity
  - 12.1.1 Low-Level Functions for Address Payable
  - 12.1.2 Low-Level Functions for Any Address Type
- 12.2 Using Assembly in Solidity Smart Contracts
  - 12.2.1 Applying Inline Assembly
  - 12.2.2 Transient Storage Opcodes
  - 12.2.3 Accessing Variables in Inline Assembly
  - 12.2.4 Using the Functional Style for Inline Assembly
  - 12.2.5 Using Instructions for Inline Assembly
  - 12.2.6 The Yul Intermediate Language
- 12.3 Internal Layouts of Data Locations
  - 12.3.1 Internal Layout in Storage
  - 12.3.2 Internal Layout in Memory
  - 12.3.3 Internal Layout in Calldata
- 12.4 Understanding the Contract ABI
- 12.5 Understanding the Bytecode Representation of Smart Contracts
- 12.6 Summary and Outlook
13 Testing and Debugging Smart Contracts
- 13.1 Testing Contracts with Remix
  - 13.1.1 Writing and Running Solidity-Based Unit Tests in Remix
  - 13.1.2 Writing and Running JavaScript-Based Unit Tests in Remix
  - 13.1.3 Using the Command Line Interface for Remix Tests
- 13.2 Implementing Tests with Foundry
  - 13.2.1 Writing Common Unit Tests
  - 13.2.2 Using Cheatcodes in Foundry
- 13.3 Implementing Tests with Hardhat
- 13.4 Debugging Smart Contracts
  - 13.4.1 Debugging Contracts in Remix
  - 13.4.2 Debugging Contracts in Foundry
- 13.5 Fork Testing Ethereum-Based Chains
- 13.6 Summary and Outlook
14 Understanding and Optimizing Gas Costs
- 14.1 Understanding Gas Costs in Ethereum
- 14.2 Understanding the Compiler Optimizer
- 14.3 Basic Guidelines for Gas Optimization
- 14.4 Optimizations Derived from Traditional Efficiency Rules
- 14.5 Advanced Gas Optimization
- 14.6 Expert Gas Optimizations
  - 14.6.1 Use Access Lists
  - 14.6.2 Implement Input Compression
  - 14.6.3 Write Yul or Huff Contracts
- 14.7 Additional Optimizations for Different Use Cases
- 14.8 Helpful Tools for Gas Optimizations
- 14.9 Summary and Outlook
15 Protecting and Securing Smart Contracts
- 15.1 General Security Recommendations
  - 15.1.1 Specify Visibilities Explicitly
  - 15.1.2 Define Constructors Only Through the Keyword
  - 15.1.3 Always Initialize Storage Pointers
  - 15.1.4 Keep Race Conditions in Mind
  - 15.1.5 Check Return Values of Low-Level Functions
  - 15.1.6 Consider Manipulations by Miners
  - 15.1.7 Don’t Expose Data
  - 15.1.8 Stay Up to Date with the Smart Contract Security Field Guide
- 15.2 Example Attacks on Smart Contracts
  - 15.2.1 Smuggling Ether into Contracts
  - 15.2.2 Handling Arithmetic Overflows and Underflows
  - 15.2.3 Manipulating State with Delegate Calls
  - 15.2.4 Performing Reentrancy Attacks
  - 15.2.5 Performing Denial-of-Service Attacks
  - 15.2.6 Beware of Gas-Siphoning Attacks
  - 15.2.7 Exploiting ABI Hash Collisions
  - 15.2.8 Beware of Griefing Attacks
- 15.3 Auditing Smart Contracts via Slither
- 15.4 Summary and Outlook
16 Deploying and Managing Smart Contracts
- 16.1 Setting Up MetaMask and Using Accounts
- 16.2 Deploying Contracts with Remix and MetaMask
- 16.3 Deploying Contracts with Foundry
- 16.4 Deploying Contracts with Hardhat
- 16.5 Publishing and Verifying Code on Etherscan
- 16.6 Setting Up and Running Your Own Ethereum Node
- 16.7 Managing Contracts after Deployment
  - 16.7.1 Managing Contracts via Remix
  - 16.7.2 Managing Contracts via Foundry and Hardhat
- 16.8 Summary and Outlook
17 Standards, Libraries, and Design Patterns
- 17.1 ERC-173 Contract Ownership Standard
  - 17.1.1 Motivations
  - 17.1.2 Specifications
  - 17.1.3 Implementations
- 17.2 ERC-165 Standardized Interface Detection
  - 17.2.1 Motivations
  - 17.2.2 Specifications
  - 17.2.3 Implementations
- 17.3 ERC-20 Token Standard
  - 17.3.1 Motivations
  - 17.3.2 Specifications
  - 17.3.3 Implementations
- 17.4 ERC-777 Token Standard
  - 17.4.1 Motivations
  - 17.4.2 Specifications
  - 17.4.3 Implementations
- 17.5 ERC-721 Non-Fungible Token Standard
  - 17.5.1 Motivations
  - 17.5.2 Specifications
  - 17.5.3 Implementations
- 17.6 ERC-1155 Multi-Token Standard
  - 17.6.1 Motivations
  - 17.6.2 Specifications
  - 17.6.3 Implementations
- 17.7 Using OpenZeppelin Libraries
- 17.8 The Publish-Subscribe Design Pattern
  - 17.8.1 Understanding the Structure of the Publish-Subscribe Pattern
  - 17.8.2 Implementing the Publish-Subscribe Pattern
- 17.9 The Checks-Effects-Interactions Pattern
- 17.10 Summary and Outlook
18 Upgrading Smart Contracts
- 18.1 Basics of Upgrade Mechanisms
- 18.2 Performing Contract Migrations
  - 18.2.1 Recovering and Preparing Data for Migrations
  - 18.2.2 Writing Data and Initializing the State of the New Contract
  - 18.2.3 Migrating an ERC-20 Token Contract as an Example
- 18.3 Separation of Data and Business Logic
- 18.4 The Proxy Pattern
- 18.5 The Diamonds Pattern
- 18.6 Additional Mechanisms and Considerations
- 18.7 The Metamorphic Smart Contract Exploit
- 18.8 Summary and Outlook
19 Developing Decentralized Applications
- 19.1 What Is a Decentralized Application?
- 19.2 The Development Process for a DApp
- 19.3 Developing the Smart Contracts of Your First DApp
- 19.4 Developing the Off-Chain Elements of Your First DApp
- 19.5 Hosting the Frontend of Your First DApp in a Decentralized Manner
- 19.6 Setting Up ENS Domains
  - 19.6.1 Introduction to ENS Domains
  - 19.6.2 Registering an ENS Domain
  - 19.6.3 Linking an ENS Domain to an IPFS Content Hash
- 19.7 Summary and Outlook
20 Upgrading Your First DApp to a DAO
- 20.1 What Is a Decentralized Autonomous Organization?
- 20.2 Implementing a Governance Contract for Your DAO
- 20.3 Implementing the Frontend with Vue.js and Ethers.js
  - 20.3.1 Introduction to Ethers.js
  - 20.3.2 Implementing a Vue Frontend with Components
  - 20.3.3 Additional Features of Ethers.js
- 20.4 Ideas for Additional Backend and Oracle Services
- 20.5 Deploying Your DApp and Assigning an ENS Domain
- 20.6 Additional Frameworks, Tools, and Libraries
- 20.7 Summary and Outlook
21 Reverse Engineering Smart Contracts
- 21.1 Why Reverse Engineer?
- 21.2 Manual Reverse Engineering
- 21.3 Manual Recovery of a Contract ABI
- 21.4 Tools for Reverse Engineering Smart Contracts
- 21.5 Summary and Outlook
22 Additional Contract-Oriented Programming Languages
- 22.1 Yul: The Intermediate Language for Different Backends
  - 22.1.1 Implementing Yul Contracts
  - 22.1.2 Compiling Yul Contracts
  - 22.1.3 Deploying Yul Contracts
  - 22.1.4 Testing Yul Contracts
- 22.2 Huff: Highly Optimized Smart Contracts
  - 22.2.1 Implementing Huff Contracts
  - 22.2.2 Compiling Huff Contracts
  - 22.2.3 Deploying Huff Contracts
  - 22.2.4 Testing Huff Contracts
- 22.3 Vyper: Smart Contracts for Everyone?
  - 22.3.1 Goals of Vyper
  - 22.3.2 Limitations of Vyper
  - 22.3.3 The Syntax of Vyper
  - 22.3.4 The Development Cycle
- 22.4 Comparison of Gas Costs
- 22.5 Summary and Outlook
23 Applying Blockchain Technologies
- 23.1 Decentralized Finance
  - 23.1.1 Decentralized Finance Use Cases
  - 23.1.2 Decentralized Exchanges
- 23.2 Developing and Minting NFTs
  - 23.2.1 Creating NFTs on OpenSea
  - 23.2.2 Generating Huge NFT Collections
- 23.3 Ethereum Layer 2 Solutions
  - 23.3.1 Arbitrum
  - 23.3.2 Optimism
- 23.4 Other Blockchain 2.0 Projects
  - 23.4.1 Solana
  - 23.4.2 Avalanche
- 23.5 A Different Blockchain Approach: Ripple
  - 23.5.1 The Idea of Ripple
  - 23.5.2 The Ledger and the Network
- 23.6 Summary
Appendices
- A Bibliography
- B The Authors
Index

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