面向区块链软件的建模初步步骤

1 引用

Rocha H, Ducasse S. Preliminary steps towards modeling blockchain oriented software[C]//2018 IEEE/ACM 1st International Workshop on Emerging Trends in Software Engineering for Blockchain (WETSEB). IEEE, 2018： 52-57.

2 摘要

3 技术介绍

由于加密货币的广泛采用，区块链最近变得非常流行。区块链为货币交互提供了一个平台，而不需要一个中央可信的权威机构，像比特币和以太这样的加密货币非常普遍。

简单地说，“区块链是一个全局共享的事务数据库”。虽然与传统数据库相去甚远，但是这个简单的定义可以提供一个关于区块链的良好视图。区块链数据库由分布式 络管理，所有 络节点存储数据库的完整副本。该数据库中的每条记录都是一个块，该块与前一条记录链接，形成一个序列。这些块是不可变的，因为不能修改或删除记录，所以可以增强信任。

尽管区块链技术主要是因为其加密货币而得到认可，但它也被用于其他应用。区块链的一个非常突出的应用是管理智能合约。智能合约是用图灵完备语言编写的程序，运行在区块链平台上。如果我们遵循区块链类似于数据库，那么智能合约就像存储过程，因为它们在区块链数据中执行过程性编程。然而，更好的类比是将智能合约看作类，因为它们由数据属性和函数组成。此外，智能合约可以通过继承扩展另一个合约，就像面向对象编程中的类一样。

我们将使用一个简单的BOS作为建模方法的示例。让我们假设一个商店想要创建一个保真点程序。该商店已经有一个web应用程序来管理和销售其产品。通过使用智能契约，客户之间可以自由交换保真点，而无需商店的参与。我们需要使用区块链帐户来提高契约的安全性，并将这些帐户链接到商店的常规客户机数据库。

由于区块链就像一个数据库，我们可以尝试对它进行建模，重点放在它的数据上。因此，我们可以使用一个用于概念和逻辑设计的ER模型来指定BOS中的数据。如果BOS在其应用程序中也使用关系数据库(一个常见的场景)，那么我们可以使用区块链数据轻松地增强关系数据库的ER模型。

这种数据驱动建模方法的优点是易于理解、使用和捕获数据。由于ER建模是一个非常流行的标准，大多数软件工程师已经熟悉了它的设计。另一个优点是可以显式地为区块链和关系数据库之间的链接建模。其主要缺点是ER模型只能捕获数据，不能对功能结构和行为进行建模。智能合约的一个重要部分不仅是数据，而且是它的功能和行为。

例如，让我们使用ER模型对契约数据建模(图1)。在ER模型中，我们将列表建模为一对多关系，但在契约中，我们将其实现为映射，映射使用客户机区块链id(一个基本地址类型)作为访问这些点的键。我们还创建了区块链中的点与我们的私有客户机数据库之间的关系，以便跟踪我们的主应用程序。

当我们扩展ER模型的概念设计逻辑设计(图1),我们可以指定区块链的实现为每个实体和关系数据库工件。例如,我们可以指定实体的映射逻辑设计。我们也可以放置一个外键来实现点和客户之间的关系。因此，ER模型可以用来指定BOS中的数据。另一方面，我们可以看到大部分契约代码都是函数，很少用于数据。因此，ER模型不足以设计BOS的所有方面。

图1 存储点合约ER模型实例

UML符 有六个图来建模面向对象系统的结构。由于智能合约与类非常相似，所以我们可以使用UML图，而不需要太多的调整。因此，我们可以使用UML对面向对象的应用程序及其区块链结构进行建模。使用UML结构图的一个优点是，我们可以很容易地在智能合约上建模和指定函数和数据属性。例如，我们将智能合约建模为UML类图(图2)。类图表示契约的内部结构。在这个例子中，我们还对一个类似于前面展示的ER模型的客户端实体类进行了建模(图1)。正如我们所看到的，客户端类和契约之间没有关系，因为类图不能将数据之间的链接捕获为ER模型。此外，类图关系(例如，聚合、组合等)可能会误导开发人员，使他们无法实现与区块链和区块链中多余的代码对象的交互。

图2 存储点合约和客户端类图示例

在图2中，我们没有对其他类建模，以避免使图混乱。然而，如果我们在同一个图中建模更多的类和合约，那么我们将需要一个特殊的符 来区分它们，以便更好地进行可视化。例如，我们使用了更多的应用领域类来改进图表(图3)，我们在合约图形表示中使用了一个小的“chain”图标作为符 ，以便更容易地将其标识为区块链构件。

图3 用特殊的区块链符 增强的合约和客户端类图示例

当我们处理BOS时，业务流程可能需要一个详细的规范来帮助开发人员和工程师实现它。BPMN是指定业务流程的适当符 。主要优点是我们可以很容易地指定流程行为。另一方面，我们无法使用BPMN对复杂数据建模。另一个缺点是，使用BPMN对软件的概述建模很困难，因为我们的重点是指定单个业务流程。例如，让我们考虑一个已经在我们的在线商店web应用程序中注册的客户的业务流程，该客户希望注册我们的区块链fidelity程序。我们可以使用BPMN来指定流程(图4)和泳道符 (即，命名的box容器也称为池)来指定与区块链的交互。我们还可以使用一个图标(类似于图2中使用的图标)来突出显示区块链任务。

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