Haskell: Một ngôn ngữ mạnh mẽ để phát triển blockchain và hơn thế nữa

Ngày 10 tháng 05 năm 2023 - Chia sẻ bài viết này trên Twitter | Facebook | Telegram

Cardano là một nền tảng blockchain đã tạo được tên tuổi nhờ cách tiếp cận độc đáo về khả năng mở rộng, bảo mật và tính bền vững. Bí mật nào đằng sau thành công của Cardano? 

Haskell, một ngôn ngữ lập trình chức năng đã được chứng minh là một lựa chọn tuyệt vời để xây dựng một nền tảng blockchain mạnh mẽ và đáng tin cậy. Trong bài viết này, chúng ta sẽ đi sâu vào các tính năng chính của Haskell và khám phá lý do tại sao nó hoàn toàn phù hợp để phát triển blockchain, sử dụng Cardano làm ví dụ điển hình.

Chúng tôi cũng sẽ so sánh Mã Haskell với Python và mặc dù sự khác biệt có thể khó phát hiện hơn một chút so với việc sử dụng JS hoặc các ngôn ngữ khác, nhưng Python là ngôn ngữ dễ đọc và dễ hiểu hơn nhiều.

Haskell: Ngôn ngữ lập trình chức năng cho các hệ thống phức tạp

Haskell là một ngôn ngữ lập trình hàm, có nghĩa là nó tập trung vào việc sử dụng các hàm để chuyển đổi dữ liệu, thay vì dựa vào các đối tượng hoặc trạng thái có thể thay đổi. Mô hình này được biết đến với khả năng diễn đạt các ý tưởng phức tạp một cách rõ ràng, ngắn gọn. Haskell đặc biệt nổi tiếng về độ tinh khiết của nó, nghĩa là các hàm không có tác dụng phụ, giúp dễ dàng suy luận về mã và dự đoán hành vi của nó.

-- Ví dụ Haskell về hàm thuần túy   
add :: Int -> Int -> Int   
add xy = x + y

Trong ví dụ đơn giản này, add hàm lấy hai số nguyên làm đầu vào và trả về tổng của chúng. Không có tác dụng phụ và kết quả chỉ được xác định bởi các giá trị đầu vào.

Bây giờ hãy xem cách nó được thực hiện trong Python

-- Ví dụ Python về hàm thuần túy   
def add(x, y):   
return x + y

Cả hai ví dụ về Haskell và Python đều là các hàm thuần túy và không có sự khác biệt đáng kể nào trong trường hợp này. Tuy nhiên, tính thuần túy của Haskell được thực thi bởi ngôn ngữ, giúp dễ dàng suy luận về mã và dự đoán hành vi của nó, điều này không xảy ra trong Python.

Trong Python, bạn có thể vô tình đưa các tác dụng phụ vào add hàm:

global_count = 0   
def add(x, y):   
    global global_counter   
    global_counter += 1   
    return x + y

Hàm Python này có tác dụng phụ là cập nhật bộ đếm toàn cầu mỗi khi nó được gọi, điều này có thể gây ra các lỗi khó tìm. Trong Haskell, do tính thuần túy bắt buộc, các tác dụng phụ như thế này sẽ bị phát hiện tại thời điểm biên dịch, đảm bảo rằng hàm vẫn thuần túy.

Sức mạnh của Hệ thống loại mạnh của Haskell

Một trong những lợi ích chính của Haskell là hệ thống kiểu tĩnh, mạnh mẽ của nó. Điều này có nghĩa là các loại giá trị và chức năng được xác định tại thời điểm biên dịch, đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy trong mã. Trong bối cảnh của một blockchain như Cardano, tính toàn vẹn của hệ thống phụ thuộc vào độ chính xác và an toàn của mã, làm cho hệ thống loại mạnh của Haskell trở nên phù hợp hoàn hảo.

Ví dụ: chúng ta hãy xem một hàm cơ bản để tính số dư tài khoản của người dùng:

-- Số dư chữ ký loại Haskell   
balance :: [Transaction] -> UserId -> Integer

Trong ví dụ này, balance hàm lấy danh sách giao dịch và ID người dùng làm đầu vào và trả về số dư dưới dạng số nguyên. Hệ thống loại của Haskell đảm bảo rằng hàm sẽ luôn tạo ra một số nguyên, đảm bảo rằng phép tính số dư là đáng tin cậy và không có lỗi loại thời gian chạy.

Python:

# Ví dụ về Python không có số dư def hệ thống loại mạnh   
def balance(transactions, user_id):   
    #  Chi tiết triển khai
    pass

Trong Python, các loại giá trị và hàm được xác định trong thời gian chạy, điều này có thể dẫn đến lỗi loại thời gian chạy. Ngược lại, hệ thống kiểu tĩnh, mạnh mẽ của Haskell đảm bảo rằng hàm sẽ luôn tạo ra một số nguyên, đảm bảo rằng phép tính số dư là đáng tin cậy và không có lỗi kiểu thời gian chạy.

Trong Python, bạn có thể vô tình chuyển một kiểu không chính xác làm đối số cho hàm balance:

user_balance = balance("invalid_transactions_list", user_id)

Lỗi này sẽ chỉ bị phát hiện trong thời gian chạy, có khả năng gây ra sự cố hoặc hành vi không mong muốn. Trong Haskell, hệ thống loại mạnh sẽ phát hiện lỗi này tại thời điểm biên dịch, ngăn không cho chương trình được biên dịch với sự cố này.

Trừu tượng hóa cấp cao: Mã ngắn gọn, biểu cảm

Một lý do khác khiến Haskell rất phù hợp để phát triển blockchain là tính trừu tượng hóa cấp cao của nó, cho phép các nhà phát triển viết mã ngắn gọn, biểu cảm, dễ hiểu. Điều này đặc biệt quan trọng trong các hệ thống phức tạp như blockchain, trong đó sự đơn giản và rõ ràng là rất quan trọng để hiểu được hoạt động bên trong của nền tảng.

Ví dụ: hãy xem một hàm lọc các giao dịch dựa trên một tiêu chí cụ thể:

-- Haskell ví dụ sử dụng trừu tượng hóa cấp cao
filterTransactions :: (Transaction -> Bool) -> [Transaction] -> [Transaction]
filterTransactions predicate transactions = filter predicate transactions

Trong ví dụ này, filterTransactions hàm nhận một hàm vị ngữ (một hàm trả về giá trị boolean) và một danh sách các giao dịch. Nó lọc ra các giao dịch dựa trên tiêu chí nhất định, sử dụng filter chức năng tích hợp sẵn. Mã ngắn gọn, biểu cảm này cho phép dễ hiểu và lập luận về hành vi của hàm.

Python:

# Ví dụ Python sử dụng trừu tượng hóa cấp cao   
def filter_transactions(predicate, transactions):
    return list(filter(predicate, transactions))

Cả Haskell và Python đều hỗ trợ tốt cho các trừu tượng hóa cấp cao. Tuy nhiên, mô hình chức năng và độ tinh khiết của Haskell giúp dễ dàng suy luận về mã hơn và tránh các vấn đề tiềm ẩn liên quan đến trạng thái có thể thay đổi hoặc tác dụng phụ, điều này có thể khó quản lý hơn trong Python.

Giả sử bạn có một hàm Python chấp nhận một danh sách các giao dịch và một hàm vị ngữ. Mục tiêu là lọc các giao dịch dựa trên vị từ và trả về một danh sách mới mà không sửa đổi danh sách ban đầu:

def filter_transactions(predicate, transactions):
    return [transaction for transaction in transactions if predicate(transaction)]

Bây giờ, hãy tưởng tượng bạn có một danh sách các giao dịch và bạn muốn lọc ra các giao dịch có số tiền lớn hơn một ngưỡng nhất định:

transactions = [
    {"id": 1, "amount": 100},
    {"id": 2, "amount": 50},
    {"id": 3, "amount": 200}
]

def amount_greater_than_100(transaction):
    return transaction["amount"] > 100

filtered_transactions = filter_transactions(amount_greater_than_100, transactions)

Cho đến nay, mọi thứ hoạt động như mong đợi. Tuy nhiên, nếu bạn vô tình thay đổi transactions danh sách ở nơi khác trong mã của mình thì sao?

def some_function(transactions):
    transactions[0]["amount"] = 500

some_function(transactions)

Sau khi gọi some_function, danh sách transactions đã được thay đổi và giao dịch đầu tiên hiện có số lượng là 500. Vì filtered_transactions được tạo trước khi thay đổi này nên nó vẫn có dữ liệu gốc.

Tuy nhiên, hãy tưởng tượng một kịch bản trong đó chức năng lọc được gọi sau khi đột biến:

some_function(transactions)
new_filtered_transactions = filter_transactions(amount_greater_than_100, transactions)

Trong trường hợp này, new_filtered_transactions sẽ chứa giao dịch bị thay đổi, có thể không phải là hành vi dự kiến. Vấn đề ở đây là tác dụng phụ do cấu trúc dữ liệu có thể thay đổi gây ra, có thể dẫn đến các lỗi nhỏ trong mã.

Ngược lại, cách tiếp cận chức năng của Haskell và tính bất biến của cấu trúc dữ liệu khiến nó ít gặp phải những vấn đề này hơn. Trong Haskell, một khi danh sách được tạo, nó không thể thay đổi được. Thay vào đó, bạn tạo một danh sách mới với các sửa đổi mong muốn, giúp ngăn các tác dụng phụ không chủ ý liên quan đến trạng thái có thể thay đổi.

Xác định hàm theo thuật ngữ của các hàm khác: Đệ quy

Một trong những điều làm cho mã Haskell trở nên mạnh mẽ là khả năng định nghĩa các hàm theo các hàm khác. Điều này đặc biệt rõ ràng trong trường hợp các hàm đệ quy, là các hàm được định nghĩa theo chính chúng. Ví dụ, xét hàm giai thừa cổ điển:

-- Haskell example of a recursive function
factorial :: Integer -> Integer
factorial 0 = 1
factorial n = n * factorial (n - 1)

Trong ví dụ này, hàm factorial được xác định theo chính nó. Trường hợp cơ bản là khi đầu vào là 0, trong trường hợp đó, nó trả về 1. Đối với bất kỳ số nguyên dương nào khác n, nó tính giai thừa bằng cách nhân n với giai thừa của n — 1 . 

Định nghĩa đệ quy, tao nhã này cho phép chúng ta xử lý các phép tính phức tạp một cách dễ dàng. 

Python:

# Ví dụ Python về hàm đệ quy   
def factorial(n):
    if n == 0:
        return 1
    else:
        return n * factorial(n - 1)

Cả hai ví dụ Haskell và Python đều xác định hàm giai thừa bằng cách sử dụng đệ quy. Điểm khác biệt chính nằm ở tính đồng nhất và khớp mẫu của Haskell, cho phép mã dễ đọc và dễ đọc hơn. Ngoài ra, Haskell có thể tận dụng tối ưu hóa cuộc gọi đuôi cho một số chức năng đệ quy nhất định, cải thiện hiệu suất.

Trong Python, bạn có thể vô tình đưa vào một vòng lặp vô hạn trong factorial hàm:

def factorial(n):
    if n < 0:
        return "Error: Negative input"
    elif n == 0:
        return 1
    else:
        return n * factorial(n)  # Infinite loop for positive n, as it doesn't decrement

Lỗi này sẽ gây ra vòng lặp vô hạn và sự cố khi được gọi với số nguyên dương. Trong Haskell, cấu trúc đệ quy rõ ràng và đối sánh mẫu làm cho các lỗi như vậy ít xảy ra hơn. Ngoài ra, Haskell có thể tận dụng tối ưu hóa cuộc gọi đuôi cho một số chức năng đệ quy nhất định, cải thiện hiệu suất.

Viết mã ngắn gọn, thanh lịch cho các tính toán phức tạp Mô hình chức năng, hệ thống kiểu mạnh và trừu tượng hóa cấp cao của Haskell làm cho nó trở thành một lựa chọn tuyệt vời để viết mã ngắn gọn, thanh lịch có thể xử lý các phép tính phức tạp một cách dễ dàng. 

Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh của các nền tảng blockchain như Cardano, nơi tính chính xác và hiệu quả của mã cơ bản có thể có tác động đáng kể đến hiệu suất và tính bảo mật của hệ thống.

 Hãy xem xét ví dụ sau về cách tính tổng số phần thưởng được phân phối trong mạng blockchain:

-- Haskell example of calculating total rewards 
totalRewards :: [Reward] -> Integer 
totalRewards rewards = sum $ map rewardAmount rewards

Trong ví dụ này, hàm totalRewards lấy danh sách phần thưởng và tính toán tổng số tiền bằng cách ánh xạ hàm rewardAmount lên danh sách rồi tính tổng kết quả. Cách tiếp cận chức năng, ngắn gọn này để xử lý các tính toán phức tạp là lý do chính khiến Haskell là một lựa chọn tuyệt vời để phát triển blockchain.

Python:

# Ví dụ Python về tính tổng phần thưởng   
def total_rewards(rewards):
    return sum(map(lambda r: r.reward_amount, rewards))

Mặc dù cả hai ví dụ về Haskell và Python đều thể hiện mã ngắn gọn để xử lý các phép tính phức tạp, nhưng cách tiếp cận chức năng và độ tinh khiết của Haskell mang lại sự đảm bảo tốt hơn cho tính chính xác và khả năng bảo trì. Việc thiếu trạng thái có thể thay đổi và tác dụng phụ trong Haskell giúp dễ dàng suy luận về mã và dự đoán hành vi của nó.

Trong Python, bạn có thể vô tình chuyển danh sách phần thưởng với các loại khác nhau hoặc thiếu thuộc tính, gây ra lỗi thời gian chạy:

coderewards = [{"reward_amount": 100}, {"reward": 50}, {"reward_amount": 200}]
total = total_rewards(rewards)

Lỗi này sẽ dẫn đến lỗi trong thời gian chạy vì mục thứ hai trong danh sách có tên thuộc tính không chính xác. Trong Haskell, hệ thống loại mạnh và độ tinh khiết được thực thi sẽ phát hiện lỗi này tại thời điểm biên dịch, ngăn không cho chương trình được biên dịch với sự cố này.

Haskell, sự lựa chọn hoàn hảo cho Cardano và hơn thế nữa

Tóm lại, Haskell là một lựa chọn tuyệt vời để xây dựng blockchain Cardano (và các hệ thống phức tạp khác) vì hệ thống loại mạnh, tính trừu tượng biểu cảm và khả năng xử lý các hệ thống phức tạp. Mô hình lập trình chức năng, kết hợp với trừu tượng hóa cấp cao, cho phép các nhà phát triển viết mã rõ ràng, ngắn gọn và thanh lịch, dễ lập luận và bảo trì.

Hệ thống loại mạnh của Haskell đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của mã, điều này đặc biệt quan trọng đối với các nền tảng như Cardano, nơi tính toàn vẹn của hệ thống phụ thuộc vào độ chính xác và an toàn của mã cơ bản.

Mặc dù Haskell có thể sẽ khó học hơn so với một số ngôn ngữ lập trình khác, nhưng các tính năng và ưu điểm độc đáo của nó khiến nó đáng để các nhà phát triển đầu tư muốn xây dựng các hệ thống mạnh mẽ, an toàn và có thể mở rộng như nền tảng blockchain.

Vì vậy, cho dù bạn đang đi sâu vào thế giới phát triển blockchain hay chỉ khám phá các ngôn ngữ lập trình mới, Haskell là một công cụ mạnh mẽ cần có trong kho vũ khí của bạn. Sự pha trộn độc đáo giữa khả năng diễn đạt, an toàn và sang trọng khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng để giải quyết các vấn đề phức tạp và xây dựng thế hệ giải pháp sáng tạo tiếp theo.

Nguồn bài viết tại đây

---

---

Đọc thêm các bài viết liên quan tại thẻ Tags bên dưới