Introducción a Ethereum para desarrolladores de Python, parte 1

Entonces, ¿ha oído hablar acerca de ese tal Ethereum y está listo para indagar hasta el fondo de qué se trata? En esta entrada descubrirá de un vistazo algunos fundamentos de la cadena de bloques, para luego pasar a interactuar con un nodo simulado de Ethereum a través de la lectura de datos de bloques, de la comprobación de saldos de las cuentas y del envío de transacciones. A lo largo del descubrimiento, destacaremos las diferencias entre las formas tradicionales de construir aplicaciones y de este nuevo paradigma descentralizado.

Prerrequisitos (fáciles)

Esta entrada pretende ser accesible a un amplio abanico de desarrolladores. Se incluirán herramientas de Python, pero solamente para conducir las ideas, no pasa nada si no es desarrollador de Python. Sin embargo, sí que voy a hacer algunas suposiciones sobre lo que ya sabe, para que podamos explorar rápidamente las partes específicas de Ethereum.

Supuestos:

• Sabe cómo moverse en un terminal,
• Ha escrito unas cuantas líneas de código en Python,
• Tiene la versión 3.6 o superior de Python instalada en su computadora (se recomienda el uso de un entorno virtual(opens in a new tab)), y
• ha utilizado pip, el instalador de paquetes de Python. De nuevo, aunque no reúna todos estos requisitos, o no tenga pensado reproducir el código de este artículo, es probable que pueda seguirlo sin problemas.

Expliquemos brevemente en qué consisten las cadenas de bloques

Hay muchas maneras de describir Ethereum, pero en su esencia es una cadena de bloques. Las cadenas de bloques se componen de una serie de bloques, así que empecemos por ahí. En términos sencillos, cada bloque de la cadena de bloques de Ethereum, no es más que algunos metadatos y una lista de transacciones. En el formato JSON, se parece a esto:

1{
2   "number": 1234567,
3   "hash": "0xabc123...",
4   "parentHash": "0xdef456...",
5   ...,
6   "transactions": [...]
7}
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Cada bloque tiene una referencia al bloque anterior; el parentHash es el hash a ese bloque previo.

Una cadena de bloques es esencialmente una lista enlazada; cada bloque hace referencia a otro anterior.

Esta estructura de datos no es nada novedosa, pero las reglas (p. ej., protocolos peer-to-peer) que gobiernan la red sí lo son. No hay una autoridad central; una red de pares debe colaborar para sostenerla, y competir para decidir qué transacciones se incluirán en el siguiente bloque. Por tanto, cuando quiera enviar dinero a un amigo, necesitará emitir esa transacción a la red y luego esperar a que esta se incluya en un próximo bloque.

La única forma en que la cadena de bloques puede verificar que el dinero se ha enviado, realmente, de un usuario a otro, es usando una moneda nativa (es decir, creada y gobernada por) esa cadena de bloques. En Ethereum, esta moneda se denomina ether, y la cadena de bloques de Ethereum contiene el único registro oficial de los balances de cuentas.

Un nuevo paradigma

Este nuevo conjunto de tecnologías descentralizadas ha generado nuevas herramientas para desarrolladores. Estas herramientas existen en muchos lenguajes de programación, pero las veremos a través de la lente de Python. Repito: aunque no use Python, no debería ser un problema seguirlo.

Los desarrolladores de Python que quieran interactuar con Ethereum seguramente quieran usar Web3.py(opens in a new tab). Web3.py es una biblioteca que simplifica la forma en la que puede conectarse a un nodo de Ethereum para luego enviar y recibir datos de él.

Los clientes de Ethereum pueden configurarse para que sean accesibles por IPC(opens in a new tab), HTTP o Websockets, por lo que Web3.py necesitará reflejar esta configuración. Web3.py se refiere a estas opciones de conexión como proveedores. Tendrá que elegir uno de los tres proveedores para vincular la instancia de Web3.py a su nodo.

Configure el nodo de Ethereum y Web3.py para que se comuniquen por el mismo protocolo (IPC en este diagrama).

Cuando Web3.py esté configurado correctamente, puede empezar a interactuar con la cadena de bloques. He aquí hay un par de ejemplos de uso de Web3.py como avance de lo que está por venir:

1# read block data:
2w3.eth.get_block('latest')
3
4# send a transaction:
5w3.eth.send_transaction({'from': ..., 'to': ..., 'value': ...})
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Instalación

En este tutorial, trabajaremos solo con el intérprete de Python. No crearemos ningún directorio, archivo, clases o funciones.

Primero, instale IPython(opens in a new tab) para tener un entorno fácil de usar para explorar. IPython ofrece el autocompletado mediante la tecla de tabulación —entre otras características—, haciendo mucho más fácil ver qué es posible con Web3.py.

pip install ipython

Web3.py se publica bajo el nombre web3. Instálelo de la siguiente manera:

pip install web3

Una cosa más: vamos a simular una cadena de bloques posteriormente, lo que requerirá un par de dependencias más. Puede instalarlos todos mediante:

pip install 'web3[tester]'

¡Ya está listo para comenzar!

Nota: El paquete web3[tester] funciona hasta la versión de Python 3.10.xx

Crear un proceso aislado

Abra un nuevo entorno de Python ejecutando ipython en su terminal. Esto es comparable a ejecutar python, pero tiene más funciones.

ipython

Esto imprimirá información sobre las versiones de Python e IPython que ejecute. Después, verá un mensaje esperando que escriba algo:

1In [1]:
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Ahora está viendo una consola interactiva de Python. Básicamente es un sandbox, o entorno de pruebas, para experimentar. Si ha llegado hasta aquí, es hora de importar Web3.py:

1In [1]: from web3 import Web3
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Presentamos el módulo Web3

Además de ser una puerta de enlace a Ethereum, el módulo Web3(opens in a new tab) ofrece algunas prácticas funciones. Exploremos algunas.

En una aplicación que interactúe con Ethereum, normalmente necesitará convertir las denominaciones de las monedas. El modulo Web3 proporciona un par de métodos de ayuda solo para esto from_wei(opens in a new tab) y to_wei(opens in a new tab).

Pruebe convertir algunos valores a y desde wei. Tenga en cuenta que hay nombres para muchas de las denominaciones(opens in a new tab) entre ether y wei. Una de las más conocidas es gwei, ya que es como suelen representarse las comisiones de las transacciones.

1In [2]: Web3.to_wei(1, 'ether')
2Out[2]: 1000000000000000000
3
4In [3]: Web3.from_wei(500000000, 'gwei')
5Out[3]: Decimal('0.5')
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Otros métodos de utilidad en el módulo Web3 incluyen conversores de formato de datos (p. ej., toHex(opens in a new tab)), ayudantes de dirección (p. ej., isAddress(opens in a new tab)) y funciones hash (p. ej., keccak(opens in a new tab)). Explicaremos muchos de estos más adelante en la serie. Para ver todos los métodos y funciones disponibles, utilice el autocompletador de IPython escribiendo Web3 y presionando la tecla Tab dos veces después del punto.

Hable con la cadena

Los métodos de conveniencia son encantadores, pero pasemos a la cadena de bloques. El siguiente paso es configurar Web3.py para establecer comunicación con un nodo Ethereum. Aquí tenemos la opción de utilizar los proveedores IPC, HTTP o Websocket.

No seguiremos este camino, pero un ejemplo de flujo de trabajo completo utilizando el proveedor HTTP podría ser este:

• Descargue un nodo Ethereum, por ejemplo, Geth(opens in a new tab).
• Inicie Geth en una ventana de terminal y espere a que sincronice la red. El puerto HTTP predeterminado es 8545, pero es configurable.
• Haga que Web3 se conecte al nodo a través de HTTP, en localhost:8545. w3 = Web3(Web3.HTTPProvider('http://127.0.0.1:8545'))
• Use la instancia w3 para interactuar con el nodo.

Si bien es una forma "real" de hacerlo, el proceso de sincronización lleva horas y es innecesario si solo quiere un entorno de desarrollo. Web3.py expone un cuarto proveedor para este propósito, el EthereumTesterProvider. Este proveedor de pruebas se vincula a un nodo de Ethereum simulado con permisos relajados y dinero falso para experimentar.

El EthereumTesterProvider se conecta a un nodo simulado y es práctico para entornos de desarrollo rápidos.

Ese nodo simulado se llama eth-tester(opens in a new tab) y lo instalamos como parte del comando pip install web3[tester]. Configurar Web3.py para utilizar este proveedor de pruebas es así de sencillo:

1In [4]: w3 = Web3(Web3.EthereumTesterProvider())
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¡Ya está listo para navegar por la cadena! Eso no es algo que la gente suela decir. Me lo acabo de inventar. Veamos rápidamente de qué se trata.

Explicación rápida

Lo primero de todo es hacer una verificación:

1In [5]: w3.is_connected()
2Out[5]: True
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A decir verdad, como usamos el proveedor de pruebas, esta no es una prueba muy valiosa, pero si falla, es muy posible que haya escrito algo incorrecto al instanciar la variable w3. Compruebe bien que haya incluido los paréntesis internos, es decir: Web3.EthereumTesterProvider().

Punto n.º1 de la explicación: cuentas

Por conveniencia, el proveedor de prubas creó algunas cuentas y las cargó previamente con ether de prueba.

Primero, veamos una lista de las cuentas:

1In [6]: w3.eth.accounts
2Out[6]: ['0x7E5F4552091A69125d5DfCb7b8C2659029395Bdf',
3 '0x2B5AD5c4795c026514f8317c7a215E218DcCD6cF',
4 '0x6813Eb9362372EEF6200f3b1dbC3f819671cBA69', ...]
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Si ejecuta este comando, debería ver una lista de diez cadenas que comienzan con 0x. Cada una es una dirección pública y es, de alguna manera, análoga al número de cuenta de una cuenta corriente. Esa es la dirección que le daría a alguien que quisiera enviarle ether.

Como se ha mencionado, el proveedor de pruebas ha cargado previamente cada una de estas cuentas con ether de prueba. Veamos cuánto hay en la primera cuenta:

1In [7]: w3.eth.get_balance(w3.eth.accounts[0])
2Out[7]: 1000000000000000000000000
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¡Un montón de ceros! Antes de que vaya corriendo a un banco falso, recuerde la lección sobre las denominaciones de monedas que vimos antes. Los valores de ether se representan en la menor denominación: wei. Convierta eso a ether:

1In [8]: w3.from_wei(1000000000000000000000000, 'ether')
2Out[8]: Decimal('1000000')
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Un millón de ether de prueba; nada mal.

Parada n.º2 de la explicación: datos de bloque

Echemos un vistazo al estado de esta cadena de bloques simulada:

1In [9]: w3.eth.get_block('latest')
2Out[9]: AttributeDict({
3   'number': 0,
4   'hash': HexBytes('0x9469878...'),
5   'parentHash': HexBytes('0x0000000...'),
6   ...
7   'transactions': []
8})
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Veremos que aparece mucha información sobre un bloque, pero lo más importante es:

• El número del bloque es cero, al margen de cuando se haya configurado el proveedor de pruebas. A diferencia de la red real de Ethereum, que añade un nuevo bloque cada 12 segundos, esta simulación esperará hasta que usted le dé algo de trabajo que hacer.
• transactions es una lista vacía debido a lo que decimos arriba: aún no hemos hecho nada. Este primer bloque es un bloque vacío, usado solo para iniciar la cadena.
• Observe que parentHash es simplemente un montón de bytes vacíos. Esto significa que es el primer bloque en la cadena, también conocido como un bloque génesis.

Parada n.º3 de la explicación: transacciones

Estamos estancados en el bloque cero hasta que haya una transacción pendiente, así que démosle una. Envíe algo de ether de prueba desde una cuenta a otra:

1In [10]: tx_hash = w3.eth.send_transaction({
2   'from': w3.eth.accounts[0],
3   'to': w3.eth.accounts[1],
4   'value': w3.to_wei(3, 'ether'),
5   'gas': 21000
6})
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Este es típicamente el punto donde esperaría varios segundos para que su transacción se incluya en un nuevo bloque. El proceso completo suele ser algo así:

1. Envíe una transacción y mantenga el hash de la transacción. Hasta que el bloque que contiene la transacción sea creado y emitido, la transacción estará “pendiente”. tx_hash = w3.eth.send_transaction({ … })
2. Esperar a que la transacción se incluya en un bloque: w3.eth.wait_for_transaction_receipt(tx_hash)
3. Continúe con la lógica de la aplicación. Para ver la transacción satisfactoria: w3.eth.get_transaction(tx_hash)

Nuestro entorno simulado añadirá la transacción en un nuevo bloque de manera instantánea, por lo que podremos ver inmediatamente la transacción:

1In [11]: w3.eth.get_transaction(tx_hash)
2Out[11]: AttributeDict({
3   'hash': HexBytes('0x15e9fb95dc39...'),
4   'blockNumber': 1,
5   'transactionIndex': 0,
6   'from': '0x7E5F4552091A69125d5DfCb7b8C2659029395Bdf',
7   'to': '0x2B5AD5c4795c026514f8317c7a215E218DcCD6cF',
8   'value': 3000000000000000000,
9   ...
10})
Mostrar todo
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Aquí encontrará algunos detalles que le resultarán familiares: los campos from, to y value deben coincidir con el contenido de nuestra consulta send_transaction. El otro aspecto tranquilizador es que esta transacción se incluyó como la primera transacción ('transactionIndex': 0) dentro del bloque número 1.

También podemos verificar fácilmente el éxito de esta transacción revisando los saldos o balances de las dos cuentas implicadas. Deben haber pasado tres ether de una cuenta a otra.

1In [12]: w3.eth.get_balance(w3.eth.accounts[0])
2Out[12]: 999996999979000000000000
3
4In [13]: w3.eth.get_balance(w3.eth.accounts[1])
5Out[13]: 1000003000000000000000000
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¡El último parece ser correcto! El saldo ha pasado de 1.000.000 a 1.000.003 ether. Pero, ¿qué pasó con la primera cuenta? Parece que perdió algo más de tres ether. Desafortunadamente, nada en esta vida es gratis; hacer uso de la red pública de Ethereum requiere compensar a las personas que cumplen con su rol de apoyo. Se dedujo una pequeña comisión de transacción de la cuenta que envió la transacción: esta comisión es la cantidad de gas quemado (21.000 unidades de gas para una transferencia de ETH) multiplicada por una tarifa base que varía según la actividad de la red más una propina que va al validador que incluye la transacción en un bloque.

Más información sobre el gas

Tómese un respiro

Después de todo lo que hemos aprendido hasta ahora, es un buen momento para hacer una pausa. Todavía hay mucho por indagar, por lo que continuaremos explorando en la parte 2 de esta serie. Algunos conceptos que trataremos posteriormente: conectarse a un nodo real, contratos inteligentes y tokens. ¿Tiene alguna pregunta? Si la tiene, adelante, ¡pregúntemela! Sus comentarios ayudarán a definir el camino a seguir. Puede hacer solicitudes a través de Twitter(opens in a new tab).