Xây dựng ứng dụng quản lý nguồn gốc sản phẩm sử dụng công nghệ Blockchain Ethereum

Công nghệ Blockchain với các ưu điểm nổi trội về tính bảo mật cao, tính không thay đổi được dữ liệu, tính phân tán đang là một công nghệ mới với tiềm năng ứng dụng vào nhiều lĩnh vực như bảo mật, y tế, tài chính, sản xuất. Để đưa Blockchain vào thực tế, bài viết xây dựng một ứng dụng dựa trên công nghệ Blockchain để quản lý nguồn gốc sản phẩm

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 19, Số (2021) XÂY DỰNG ỨNG DỤNG QUẢN LÝ NGUỒN GỐC SẢN PHẨM SỬ DỤNG CƠNG NGHỆ BLOCKCHAIN ETHEREUM Đinh Đức Bắc, Hồng Đại Long* Khoa Điện, Điện tử Công nghệ Vật liệu, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế *Email: longhoang@husc.edu.vn Ngày nhận bài: 16/6/2021; ngày hoàn thành phản biện: 23/6/2021; ngày duyệt đăng: 02/11/2021 TĨM TẮT Cơng nghệ Blockchain với ưu điểm trội tính bảo mật cao, tính khơng thay đổi liệu, tính phân tán công nghệ với tiềm ứng dụng vào nhiều lĩnh vực bảo mật, y tế, tài chính, sản xuất Để đưa Blockchain vào thực tế, báo xây dựng ứng dụng dựa công nghệ Blockchain để quản lý nguồn gốc sản phẩm Trong ứng dụng này, sử dụng tảng Blockchain Ethereum phát triển ứng dụng điện thoại sử dụng hệ điều hành Android Kết bước đầu, xây dựng thành công ứng dụng để nhập truy xuất nguồn gốc sản phẩm sử dụng công nghệ Blockchain điện thoại di động Từ khóa: Blockchain Ethereum, Ứng dụng Android, Nguồn gốc sản phẩm MỞ ĐẦU Blockchain cơng nghệ cải thiện triệt để bảo mật giao dịch ngân hàng, chuỗi cung ứng mạng lưới giao dịch khác Người ta ước tính Blockchain tạo 3,1 nghìn tỉ la giá trị kinh doanh vào năm 2030 [1] Về bản, cung cấp sổ phân tán động áp dụng để tiết kiệm thời gian ghi lại giao dịch bên, loại bỏ chi phí liên quan đến bên trung gian giảm rủi ro gian lận giả mạo Chúng ta biết đến nhiều ứng dụng Blockchain tiền điện tử Bitcoin Satoshi Tuy nhiên, công nghệ Blockchain có nhiều ứng dụng tiềm khác ngồi tài tiền tệ, lĩnh vực bảo mật, y tế, Internet vạn vật, sản xuất [2-3] Trên giới, việc sử dụng công nghệ Blockchain vào ứng dụng thực tế phổ biến cho thấy hiệu tốt công nghệ Các ứng dụng công nghệ Blockchain vào lĩnh vực y tế trình bày [4], lĩnh vực bảo mật [5], Internet vạn vật [6] nhiều lĩnh vực khác 89 Xây dựng ứng dụng quản lý nguồn gốc sản phẩm sử dụng công nghệ Blockchain Ethereum Ở Việt Nam, việc tìm hiểu, nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ Blockchain cịn mẽ hạn chế Với mong muốn tiếp cận với công nghệ Blockchain xây dựng ứng dụng dựa Blockchain, nghiên cứu việc xây dựng ứng dụng truy xuất nguồn gốc sản phẩm dựa công nghệ Blockchain Ethereum Blockchain Ethereum (ETH) tảng công nghệ Blockchain, phát triển Vitalik Buterin vào cuối năm 2013 thêm vào chức hợp đồng thơng minh- Smart contract (SC) [7] Trong báo chúng tơi trình bày việc xây dựng ứng dụng sử dụng công nghệ Blockchain Ethereum để truy xuất nguồn gốc sản phẩm Phần mở đầu giới thiệu mục đích chúng tơi xây dựng ứng dụng Blockchain Kiến thức tổng quát Blockchain tảng Blockchain Ethererum giới thiệu phần Phần giới thiệu cách xây dụng truy xuất sản phẩm Phần trình bày kết xây dựng ứng dụng truy xuất nguồn gốc sản phẩm Cuối kết luận kết xây dựng ứng dụng GIỚI THIỆU VỀ BLOCKCHAIN 2.1 Blockchain gì? Blockchain lần phát minh thiết kế Satoshi Nakamoto năm 2008 [8] Blockchain sổ kỹ thuật số phân tán Nhờ ưu điểm nó, chẳng hạn tính minh bạch, bảo mật, tính bất biến tính khả dụng, Blockchain thu hút nhiều quan tâm cộng đồng công nghệ Blockchain (chuỗi khối), tên ban đầu block chain sở liệu phân cấp lưu trữ thông tin khối thông tin liên kết với mã hóa mở rộng theo thời gian Mỗi khối thông tin chứa thông tin thời gian khởi tạo liên kết tới khối trước đó, kèm mã thời gian liệu giao dịch Blockchain thiết kế để chống lại việc thay đổi liệu Một liệu mạng lưới chấp nhận khơng có cách thay đổi Ban đầu Blockchain phát triển phương pháp kế toán cho tiền kỹ thuật số Bitcoin, sử dụng công nghệ sổ kế tốn phân tán (DLT) Hiện nay, ngồi việc sử dụng để xác minh giao dịch loại tiền kỹ thuật số, công nghệ Blockchain ứng dụng vào nhiều lĩnh vực khác y tế, tài ngân hàng, bảo mật, Internet vạn vật, sản xuất thể Hình Cơng nghệ Blockchain có đặc điểm bật sau: • Không thể làm giả, phá hủy chuỗi Blockchain: Về lý thuyết có máy tính lượng tử giải mã Blockchain cơng nghệ Blockchain biến khơng cịn Internet tồn cầu 90 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 19, Số (2021) • Bất biến: Dữ liệu Blockchain sửa (có thể sửa để lại dấu vết) lưu trữ mãi • Bảo mật: Các thơng tin, liệu Blockchain phân tán an tồn tuyệt đối • Minh bạch: Ai theo dõi liệu Blockchain từ địa tới địa khác thống kê tồn lịch sử địa • Hợp đồng thông minh: Là hợp đồng kỹ thuật số nhúng vào đoạn code ifthis-then-that (IFTTT), cho phép chúng tự thực thi mà khơng cần bên thứ ba Hình Ứng dụng Blockchain [9] 2.2 Nền tảng Blockchain Ethereum Nếu Bitcoin mở đầu cho kỷ ngun tiền mã hóa, Blockchain Ethereum tiên phong hợp đồng thông minh - Smart contract (SC) ứng dụng phi tập trungDecentralized application (Dapp) Blockchain Ethereum máy ghi trạng thái dựa giao dịch Trong khoa học máy tính, máy trạng thái đề cập đến việc đọc loạt đầu vào dựa đầu vào đó, chuyển sang trạng thái Trạng thái Ethereum có hàng triệu giao dịch Các giao dịch nhóm lại thành khối Một khối chứa loạt giao dịch khối kết nối với khối trước Để thực chuyển đổi từ trạng thái sang trạng thái tiếp theo, giao dịch phải hợp lệ Để giao dịch coi hợp lệ, phải trải qua q trình xác nhận gọi khai thác Khai thác nhóm node (tức máy tính) sử dụng tài ngun tính tốn họ để tạo khối giao dịch hợp lệ 91 Xây dựng ứng dụng quản lý nguồn gốc sản phẩm sử dụng công nghệ Blockchain Ethereum Trong nghiên cứu này, xây dựng ứng dụng dựa cơng nghệ Blockchain Ethereum Vì vậy, chúng tơi trình bày số định nghĩa dùng báo • Tài khoản / Địa (Account/ Address): Ethereum có hai loại tài khoản: tài khoản sở hữu bên (Externally Owned Account- EOA) tài khoản hợp đồng (Contract account), hai xác định địa 20 byte [7] • Hợp đồng thông minh (Smart contract) giao thức quản lý hợp đồng để xác nhận hay tiến hành trình đàm phán thực hợp đồng SC cho phép triển khai giao dịch không cần thông qua bên thứ ba trung gian SC chứa tồn thơng tin chi tiết điều khoản thực chúng cách tự động Để viết SC Blockchain Ethereum người ta sử dụng ngơn ngữ Solidity • Khai thác (Mining): Đối với khối giao dịch, người khai thác sử dụng sức mạnh tính tốn máy tính để giải phương trình tốn học số họ chiến thắng • Gas chi phí nội để thực chức SC • Remix-IDE: Remix trình biên dịch dựa trình duyệt IDE cho phép người dùng xây dựng hợp đồng thông minh với ngôn ngữ Solidity gỡ lỗi Để sử dụng Remix-IDE, truy cập trang web sau https://remix.ethereum.org • TESTRPC ứng dụng dựa Etherem sử dụng Node.js dùng để phát triển dự án ban đầu trước thực mạng Ethereum thực tế TestRPC mạng Ethereum cục phản hồi nút thực 2.3 Giới thiệu ngôn ngữ Solidity Solidity ngơn ngữ lập trình cấp cao thiết kế để thực hợp đồng thơng minh Nó ngơn ngữ hướng đối tượng (hướng hợp đồng) Solidity lấy cảm hứng từ Python, C ++ JavaScript để chạy máy ảo Ethereum (Ethereum Virtual Machine) Solidity ngơn ngữ lập trình kiểu tĩnh, hỗ trợ kế thừa, thư viện kiểu phức tạp người dùng định nghĩa Tệp nguồn Solidity chứa số lượng định nghĩa hợp đồng, thị nhập thị pragma 92 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 19, Số (2021) Hình Một đoạn code Solidity đơn giản Ở Hình giới thiệu đoạn code Solidity đơn giản, pragma khai báo phiên Solidity Contract- hợp đồng Solidity tập hợp mã (functions) liệu (data) nằm địa cụ thể Ethereumblockchain Dòng uint storedData khai báo biến trạng thái gọi storedData kiểu uint hàm set get sử dụng để sửa đổi truy xuất giá trị biến Chi tiết hướng dẫn ngôn ngữ Solidity tìm thấy tài liệu [10] XÂY DỰNG ỨNG DỤNG TRUY XUẤT THÔNG TIN SẢN PHẨM Trong phần chúng tơi trình bày cách thức xây dựng ứng dụng truy xuất nguồn gốc sản phẩm sử dụng công nghệ Blockchain Ethereum Phần gồm hai nội dung sau: • Xây dựng hợp đồng thông minh (Smart contract): Sử dụng ngôn ngữ Solidity để viết SC môi trường Remix-IDE kết nối với ứng dụng thơng qua Web3 • Xây dựng ứng dụng điện thoại di động: Giúp người dùng truy nhập, truy xuất thông tin sản phẩm cách dễ dàng lưu trữ mạng lưới Blockchain Ethereum 3.1 Xây dựng hợp đồng thông minh Để ghi lưu trữ thông tin sản phẩm Blockchain cần xây dựng SC Việc xây dựng SC Blockchain Ethereum cần sử dụng cơng cụ sau: • Sử dụng Solidity để viết SC trình biên dịch Remix-IDE (Hình 4.) • Ví MetaMask để tạo code thực thi SC lên tảng Ethereum Để triển khai SC thành công cần có liên kết thành phần Hình Các thành phần hệ thống giải thích Bảng 93 Xây dựng ứng dụng quản lý nguồn gốc sản phẩm sử dụng công nghệ Blockchain Ethereum DApps Ethereum Node Metamask Ethereum Network Ethereum Scan Hình Sơ đồ hoạt động hệ thống Bảng Định nghĩa thành phần để xây dựng SC Thuật ngữ Giải thích DApps Ứng dụng phi tập trung Metamask Ví Metamask - ứng dụng cho phép chạy Ethereum DApps trình duyệt Remix-IDE mà không cần chạy Ethereum node đầy đủ Ethereum Node Dùng để mơ tả chương trình tương tác trực tiếp với mạng Ethereum theo cách Ethereum Network Mạng lưới Ethereum Ethereum Scan Nơi ghi nhận lưu trữ thơng tin hợp đồng Hình Trình biên dịch Remix-IDE Để ghi thông tin cần thiết sản phẩm vào Blockchain sau sản xuất như: tên sản phẩm, mã sản phẩm, ngày sản xuất, hạn sử dụng, tên công ty, địa công ty, quốc gia,… thực cách sử dụng SC Sơ đồ thuật tốn hợp đồng thơng minh thực việc nhập xuất thông tin sản phẩm thể Hình 94 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 19, Số (2021) Thuật toán mô tả chi tiết sau Đầu tiên ta khai báo phiên Solidity số hàm cần có để tạo thơng tin sản phẩm Sau nhập thông tin phù hợp theo yêu cầu, ta tiến hành tạo sản phẩm (Create New Product) cách nhập thông tin cần thiết hiển thị cho sản phẩm (Import Product Information): tên sản phẩm, mã sản phẩm, giá, ngày sản xuất, hạn sử dụng Nút Transact cho phép tạo sản phẩm lên hệ thống Blockchain Ethereum Khi hoàn thành trình tạo sản phẩm, tạo thành cơng (Create Product Success) hệ thống trả thông tin sản phẩm chứa mã gắn cho sản phẩm trước Nếu bạn cần lấy thơng tin sản phẩm tạo trước đó, bạn phải nhập thông tin mã (SerialNo) mục GetProduct Lúc này, mã nhập đúng, nghĩa sản phẩm tạo thành cơng trước thơng tin sản phẩm tương ứng hiển thị Ngược lại hệ thống thông báo không tồn sản phẩm Sau hồn thành phần code để tạo SC, việc cài đặt môi trường để thực thi (deploy) đoạn SC lên Blockchain Ethereum Hình Trong đó: • Environment bắt buộc Web3 • Chọn tài khoản muốn sử dụng để thực thi MetaMask • Và cuối bấm thực thi (deploy), chờ khoảng thời gian để Ethereum ghi lại code đoạn node chuỗi blockchain Sau thực thành cơng phần SC ghi lên Blockchain Ethereum Hình Sơ đồ thuật tốn chương trình Smart Contract 95 Xây dựng ứng dụng quản lý nguồn gốc sản phẩm sử dụng công nghệ Blockchain Ethereum Như vậy, phần trình bày cách xây dựng SC để nhập xuất thông tin sản phẩm Tiếp theo, xây dựng ứng dụng điện thoại di động để thuận lợi việc nhập, xuất thơng tin Hình Chọn môi trường thiết lập 3.2 Xây dựng ứng dụng điện thoại di động Mục đích việc xây dựng ứng dụng di động để nhà sản xuất dễ dàng việc nhập truy xuất thông tin sản phẩm Để thiết kế ứng dụng điện thoại di động sử dụng công cụ Android Studio Android Studio phần mềm phát triển nhằm hỗ trợ người dùng giả lập hệ điều hành Android máy tính, laptop Đây công cụ hỗ trợ tuyệt vời cho lập trình viên để tạo ứng dụng, thực thay đổi xem trước tiện lợi máy tính Chúng tơi tiến hành thiết kế ứng dụng cơng cụ Android Studio liên kết với Blockchain Ethereum thành công Việc kết nối thực cách sử dụng thư viện Web3j để kết nối từ ứng dụng lên môi trường Blockchain Ethereum Sau ứng dụng tải điện thoại di động sử dụng hệ điều hành Android tiến hành chạy ứng dụng Giao diện ứng dụng thiết kế đơn giản, dễ sử dụng với mục tìm kiếm, đăng nhập, đăng ký, nhập/xuất trường thông tin cần thiết Hình Tại phương thức truy vấn sản phẩm, cần truyền địa SC thực thi mã số sản phẩm cần tìm Sau truy vấn thành công trả kết hiển thị lên hộp thoại Phương thức truy vấn khơng gây tốn phí Gas khơng cần thao tác lên node blockchain Với phương thức nhập sản phẩm, ngồi việc truyền trường thơng tin cần thiết địa SC bắt buộc phải bổ sung thêm GAS_PRICE (phí Gas) 96 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 19, Số (2021) GAS_LIMIT (giới hạn Gas) Hai đại lượng định việc thao tác lên node diễn nhanh hay chậm, phí Gas cao việc ghi nhanh ngược lại Hình Giao diện Hình Giao diện đăng ký Hình Hiển thị thơng tin sản hình ứng dụng người dùng/User phẩm cần nhập KẾT QUẢ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG Qua phần trình bày trên, xây dựng thành công ứng dụng truy xuất nguồn gốc sản phẩm điện thoại di động sử dụng Android tích hợp với Blockchain Ethereum Việc sử dụng ứng dụng mô tả Để nhập thơng tin sản phẩm người dùng cần đăng kí User để đăng nhập Ở giao diện hình ta chọn vào mục đăng ký điền thông tin vào chọn mục “Đăng ký” Hình Để nhập thông tin sản phẩm, ta chọn “Tạo sản phẩm”, giây lát ứng dụng kết nối với mạng Blockchain ghi lại giao dịch, thời gian tùy thuộc vào tốc độ mạng không nhiều thời gian chờ ứng dụng báo “Tạo sản phẩm thành công” Hình 10 Để thực truy xuất thơng tin sản phẩm hình ứng dụng, người dùng nhập mã số sản phẩm (được ghi nhãn dán sản phẩm đó) sau nhập xong ấn vào mục truy vấn trả kết thơng tin sản phẩm Nếu mã số sản phẩm nhập vào thơng tin sản phẩm trả Hình 11 12 Ngược lại, sản phẩm chưa thêm lưu trữ mạng lưới kết trả “sản phẩm không tồn ” 97 Xây dựng ứng dụng quản lý nguồn gốc sản phẩm sử dụng công nghệ Blockchain Ethereum Hình 10 Thơng tin sản Hình 11 Nhập mã sản phẩm Hình 12 Thơng tin sản phẩm phẩm nhập để truy vấn trả KẾT LUẬN Qua nghiên cứu xây dựng thành công ứng dụng cho điện thoại di động phép truy xuất nguồn gốc sản phẩm dựa công nghệ Blockchain Ethereum Ứng dụng xây dựng hệ điều hành Android giúp nhà sản xuất thuận tiện việc nhập thông tin sản phẩm người tiêu dùng truy xuất nguồn gốc sản phẩm Với việc ứng dụng hợp đồng thông minh công nghệ Blockchain Ethereum thông tin lưu ứng dụng can thiệp, thay đổi Việc truy nhập truy xuất thông tin sản phẩm ứng dụng thực thành công Đây bước đầu cho việc ứng dụng công nghệ Blockchain sản xuất, tạo tảng cho việc phát triển ứng dụng Blockchain vào nhiều lĩnh vực khác TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Ahmed Banafa, "1 Introduction to Blockchain," in Blockchain Technology and Applications , River Publishers, 2020, pp.1-14 [2] Matthew B Hoy (2017) An Introduction to the Blockchain and Its Implications for Libraries and Medicine, Medical Reference Services Quarterly, 36:3, pp 273-279 [3] Pilkington, M (2015) Blockchain Technology: Principles and Applications [4] H L Pham, T H Tran and Y Nakashima, "A Secure Remote Healthcare System for Hospital Using Blockchain Smart Contract," 2018 IEEE Globecom Workshops (GC Wkshps), 2018, pp 16 98 TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học, ĐH Huế Tập 19, Số (2021) [5] K Biswas and V Muthukkumarasamy, "Securing Smart Cities Using Blockchain Technology," 2016 IEEE 18th International Conference on High Performance Computing and Communications; IEEE 14th International Conference on Smart City; IEEE 2nd International Conference on Data Science and Systems (HPCC/SmartCity/DSS), 2016, pp 1392-1393 [6] S Huh, S Cho and S Kim, "Managing IoT devices using blockchain platform," 2017 19th International Conference on Advanced Communication Technology (ICACT), 2017, pp 464-467 [7] An introduction to ethereum platform http://ethdocs.org/en/latest/introduction/what-is-ethereum.htm [Online] Available: [8] Nakamoto (2008) Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System [9] Application of Blockchain technology [Online] Available: https://medium.com/@kalyanicynixit/applications-of-blockchain-technology-f1021a74613b [10] Solidity tutorial [Online] Available: https://www.tutorialspoint.com/solidity/index.htm BUILDING APPLICATION FOR PRODUCT ORIGIN MANAGEMENT USING BLOCKCHAIN ETHEREUM TECHNOLOGY Dinh Duc Bac, Hoang Dai Long* Faculty of Electronics, Electrical Engineering and Material Technology, University of Sciences, Hue University *Email: longhoang@husc.edu.vn ABSTRACT Blockchain technology with its outstanding advantages of high security, immutability of data, and distribution is a new technology that can be applied in many fields such as security, health, finance, production To put Blockchain technology into practice, in this article, we build an application based on the Blockchain technology to manage product origin In this application, we use the Blockchain Ethereum platform and develop the application on the phone using the Android operating system As an initial result, we have successfully built an application to import and trace products using Blockchain on Android mobile Keywords: Android app, Blockchain Ethereum 99 Xây dựng ứng dụng quản lý nguồn gốc sản phẩm sử dụng công nghệ Blockchain Ethereum Đinh Đức Bắc sinh năm 1996 Quảng Bình Ơng tốt nghiệp kỹ sư ngành Kỹ thuật công nghệ điện tử, viễn thông năm 2020 Khoa Điện, Điện tử Công nghệ vật liệu, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Lĩnh vực nghiên cứu: Kỹ thuật viễn thơng, cơng nghệ Blockchain Hồng Đại Long sinh năm 1981 Thừa Thiên Huế Ông tốt nghiệp cử nhân thạc sĩ ngành thiết bị hệ thống điện tử Đại học Bách Khoa Kiev, Ucraina năm 2005 2007 Ông nhận tiến sĩ ngành Khoa học thông tin năm 2020 Viện Khoa học công nghệ Nara, Nhật Bản Hiện ông công tác Khoa Điện, Điện tử Công nghệ Vật liệu, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế Lĩnh vực nghiên cứu: Bảo mật cho IoT, hệ thống vô tuyến cho IoT, thiết kế tối ưu phần cứng 100 ... công nghệ Blockchain xây dựng ứng dụng dựa Blockchain, nghiên cứu việc xây dựng ứng dụng truy xuất nguồn gốc sản phẩm dựa công nghệ Blockchain Ethereum Blockchain Ethereum (ETH) tảng công nghệ Blockchain, ... Xây dựng ứng dụng quản lý nguồn gốc sản phẩm sử dụng công nghệ Blockchain Ethereum Như vậy, phần chúng tơi trình bày cách xây dựng SC để nhập xuất thông tin sản phẩm Tiếp theo, xây dựng ứng dụng. .. tính) sử dụng tài nguyên tính toán họ để tạo khối giao dịch hợp lệ 91 Xây dựng ứng dụng quản lý nguồn gốc sản phẩm sử dụng công nghệ Blockchain Ethereum Trong nghiên cứu này, xây dựng ứng dụng