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1. Introducción
La tecnología blockchain es una de las tecnologías con mayor avance en los últimos años debido a sus principales características: infraestructura de computación distribuida, descentralización, inmutabilidad y una garantía de seguridad gracias a la criptografía.
En la tecnología blockchain, los mineros compiten para acumular transacciones, resolviendo el problema de dificultad computacional con el propósito de lograr consenso adicionando las transacciones con bloques a la red blockchain. La primera aplicación de la tecnología blockchain fue el Bitcoin, el cual sin un mecanismo centralizado los usuarios pueden transferir de forma segura dinero. Pero ahora varias plataformas de blockchain tales como Ethereum y Hyperledger han sido propuestas en otros campos más allá de las criptomonedas, como son los contratos inteligentes.
Los contratos inteligentes son programas descentralizados sobre la red blockchain. Las características de los contratos inteligentes son relevantes por el impacto que genera en diversas áreas. Un resumen completo de las aplicaciones basadas en contratos inteligentes se puede encontrar en (Hewa et al., 2021), donde explora entre otras: aplicaciones financieras (gestión de monedas, conocimiento del cliente, seguros, préstamos, procedimientos de auditoría y servicio de mercado de bolsa); cuidado de la salud y servicios relacionados (gestión de información de la salud, protección de datos de investigación clínica, monitoreo automático de pacientes y tratamientos); gestión de identidad y control de acceso (protección de identidad de datos, gestión de identidad descentralizada y políticas de seguridad en accesos de control); propiedad raíz (mejora de seguridad en procesos transaccionales, procesos de impuestos, comisiones por transacciones y tiempo en procesamiento); leyes y e-gobierno (ley, contractos, servicios públicos y democracia nacional); internet de las cosas (contratos inteligentes para compartir fuentes de IoT - Internet of Things -, vehículos independientes y ciudad inteligentes); servicios de telecomunicaciones (fuentes compartidas y autónomas en telecomunicaciones, control y gestión de acceso con contratos inteligentes, contratos inteligentes para servicios de roaming); gestión de logística (calidad del servicio en carga aérea y de mar, cadena de suministro en la agricultura y trazabilidad en la gestión de la cadena de suministros); contratos inteligentes en la industria (intercambio de energía, industria automotriz, protección ambiental, gestión de la construcción y gestión de tráfico aéreo).
Este artículo presenta el diseño, implementación, pruebas y despliegue de un contrato inteligente para la gestión de requerimientos en el proceso de desarrollo de software. El propósito de contrato inteligente es supervisar los requerimientos, los términos y condiciones del contrato de servicio y garantizar transparencia que no van a hacer modificados por terceros, todo como código programable, incluso las penalidades impuestas. En este sentido, los contratos inteligentes son una solución ideal para reemplazar los contratos clásicos y mejorar la eficiencia, efectividad y seguridad (Hewa et al., 2021). En definitiva, esta aproximación de contrato inteligente como herramienta de gestión de requerimientos dentro del proceso de desarrollo de software puede clasificarse como una aplicación de los contratos inteligentes en acuerdos contractuales para la construcción de software. Principalmente, en la etapa de ingeniería de requerimientos del ciclo de vida del software, donde la modificación de requerimientos es una actividad recurrente.
Esta investigación también provee una ayuda para las personas que quieran diseñar contratos inteligentes o mejorar los procesos de la industria del software.
El artículo esta estructurado de la siguiente forma: la siguiente sección muestra los antecedentes necesarios para el entendimiento de la investigación. La metodología explica el ambiente necesario, el proceso de diseño, la implementación y las pruebas del contrato inteligente como solución a un acuerdo contractual para la construcción de un software. La sección de resultados muestra el despliegue del contrato inteligente en una red blockchain. La última sección muestra las conclusiones de la investigación.
2. Antecedentes
Hoy en día la red blockchain es una de las tendencias tecnológicas en la industria. Esta red es una base de datos descentralizada y organizada por bloques que son inmutables. Uno de los usos más extensos de aplicaciones sobre la red blockchain son las criptomonedas, por ejemplo, Bitcoin. Pero otra aplicación importante es el contrato inteligente - en inglés Smart Contract (SC) -. Un contrato inteligente fue definido en (Szabo, 1994) como: “un protocolo de comunicación computarizada que ejecuta los términos de un contrato” o también se puede definir como una pieza de código que automáticamente hace respetar los términos entre las partes minimizando la participación de terceros. Muchos autores han contribuido en revisiones sistemáticas sobre las aplicaciones y trabajos a futuro sobre la tecnología blockchain. Por ejemplo, en (Casino et al., 2019) aparece un estudio exploratorio y un análisis descriptivo de la tecnología. La importancia de la investigación radica en la clasificación acorde a áreas temáticas y la taxonomía de aplicaciones propuesta.
Una de las redes más conocidas con la tecnología blockchain para desplegar contratos inteligentes es Ethereum.
2.1. Ethereum
Es una de las plataformas de blockchain más usadas hoy en día y reconocida por su criptomoneda nativa Ether, además de ser la primera en permitir desplegar contratos inteligentes. La red Ethereum también puede ser usada para la construcción de varias aplicaciones descentralizadas (Khan et al., 2021).
Las ventajas de la plataforma Ethereum entre otras son: sistema abierto, amplia comunidad desarrollo y disponibilidad en modo público y privado. En contraste, sus desventajas son: la sobrecarga de almacenamiento, demora en el tiempo de aprobación de las transacciones, costos altos por transacción, soporte de un solo lenguaje de programación (solidity) y limitaciones en la integración con otras tecnologías (Hewa et al., 2021).
2.2 Contratos inteligentes
El contrato inteligente o smart contract es una pieza de código que automáticamente hace respetar los términos entre las partes minimizando la participación de terceros. Un contrato inteligente desplegado en una red con tecnología blockchain garantiza su transparencia y seguridad.
Recientemente, varios artículos describiendo investigaciones relacionadas con contratos inteligentes se han presentado como en (Hu et al., 2021). En particular, el artículo muestra la literatura y recursos acerca de los contratos inteligentes entre 2008 y 2020. Además, resume varios desafíos e investigaciones futuras en el área. Otro artículo interesante es (Alharby et al., 2018), donde se clasifico por plataformas, áreas y aplicaciones los contratos inteligentes. Particularmente, se encontraron 40 artículos en el área de la ingeniería de software; 120 artículos relacionados con diversas aplicaciones entre las que se destacan: el internet de las cosas, computación en la nube, sector salud, sector financiero, comercio en la bolsa de valores y gestión de activos. Los autores en (Wang et al., 2018) sugirieron un estudio de contratos inteligentes, incluyendo frameworks, mecanismos de operación, plataformas y lenguajes de programación. Además, aplicación de escenarios, desafíos y tendencias de desarrollo futuro. Otro artículo con aportes interesantes es (Kim & Ryu, 2020) donde clasifican 391 artículos relacionados con contratos inteligentes en tres grupos: análisis dinámico, detección de vulnerabilidades y correctitud de programas en análisis estático.
Incluso, los contratos inteligentes se han aplicado como solución a un sistema de exámenes de una universidad (Kumar Samanta et al., 2021).
2.3. Aplicaciones descentralizadas
Una aplicación descentralizada - en inglés Decentralized Application DApp - es una aplicación que usa un contrato inteligente a través de una interfaz de presentación o front-end. Las aplicaciones descentralizadas se caracterizan por las siguientes cuatro propiedades: código abierto, soporte interno por criptomonedas, consenso descentralizado y puntos no centralizados de falla (Cai et al., 2018). Una metodología para construir una Dapp consiste en combinar el diseño e implementación de un contrato inteligente, el despliegue en una red blockchain y la construcción de una aplicación web para interactuar.
2.4. Contrato de desarrollo de software
En la industria del software, un contrato de desarrollo de software (a veces conocido como acuerdo o contrato de servicios maestro) es un contrato entre dos personas: un cliente y un proveedor de software. El cliente determina las características y funcionalidades requeridas y el proveedor construye el software a la medida a cambio de un pago o precio acordado.
Generalmente, un contrato de desarrollo de software incluye, pero no se limita a las siguientes secciones:
Compromisos del desarrollador
Responsabilidades del cliente
Funcionalidades del software
Remuneraciones y pagos
Términos y vencimiento del contrato
Cláusulas de confidencialidad
Derechos de propiedad intelectual
Garantías y descargos de responsabilidades
Cláusula de no competencia
Cláusula de funcionalidad
Condiciones generales
2.5. Ingeniería de requerimientos
En el proceso de desarrollo de software, los requerimientos son una etapa clave y frecuentemente la primera. Debido a la rigurosidad y al proceso sistemático que se debe realizar en esta etapa, se conoce como la etapa de la ingeniería de requerimientos. Usualmente, la ingeniería de requerimientos envuelve tres etapas: elicitación, especificación y validación. En especial, uno de los objetivos en la etapa de especificación es escribir los requerimientos en un documento. Este documento de requerimientos es un documento esencial en la construcción de software, incluso para pagar a las personas responsables que lo desarrollan (Sommerville, 2016).
3. Metodología
El contrato inteligente presentado en este artículo puede ser aplicado en una metodología de ágil como en (Udvaros et al., 2023), donde el contrato inteligente en la metodología ágil scrum actúa como un artefacto de pila de producto - producto backlog - construido por el propietario de producto - producto owner -. Además de contener los requerimientos (historias de usuario) del software, las modificaciones realizadas a los requerimientos se registran en el contrato inteligente funcionando como una herramienta de gestión que garantiza la propiedad de la transparencia por estar desplegado en la red blockchain. Incluso el cliente puede validar las historias de usuario terminadas después de cada sprint y hacer los pagos contractuales correspondientes (Figura 1).
Figura 1 Aplicación de contrato inteligente como herramienta de gestión de requerimientos en un marco de trabajo Scrum
A continuación, se describe cada una de las etapas del proceso de construcción del contrato inteligente.
3.1. Diseño
En esta fase fueron identificados los actores y las funciones. Los actores son el cliente y el desarrollador. Las funciones identificadas son: la firma del contrato, términos de terminación del contrato y la gestión de los requerimientos (cambios, pagos, tiempos de entrega, ajustes y criterios de aceptación) entre otros (Tabla 1).
Tabla 1 Funciones del contrato inteligente propuesto
| Función | Parámetros | Retorno | Descripción |
|---|---|---|---|
| signature | - | - | Firma del acuerdo |
| initTime | - | uint | Inicio del acuerdo |
| nowDate | - | uint | Fecha actual |
| endTime | - | uint | Finalización del acuerdo |
| showTotalTime | - | uint | Tiempo del contrato |
| addRequirement | _reqID, _desc | - | Adición de requerimiento |
| updateRequirement | _reqID, _desc | (string, uint, , ,) | Modificación de requerimiento |
| getRequirement | _reqID | (string, uint, string, bool,unit) | Consulta de requerimiento |
| validationRequirement | _reqID | (string, uint, string, bool, , ) | Validación de requerimiento |
| acceptanceCriteria | _reqID, _desc | - | Criterios de aceptación por requerimiento |
| validateMinimumPay | valueUsd | - | Valor mínimo en dólares (USD) por transacción |
| getVersion | - | uint256 | Versión de la dirección con la conversión ETH/USD |
| getPrice | - | uint256 | Valor actual de 1 Ether (ETH) en dólares (USD) |
| getConversionRate | ethAmount | uint256 | Conversión de USD a ETH. |
| fundAccount | - | - | Deposito en cuenta |
| withdrawAccount | - | - | Retiro en cuenta |
3.2. Implementación
Dos implementaciones fueron necesarias para construir el contrato inteligente. El código está disponible en el siguiente repositorio público: https://github.com/Volfra/SmartContracts/tree/main/test
La primera implementación, el contrato inteligente (SWAgreement.sol) usando el lenguaje solidity sobre el IDE Remix y Visual Studio Code y la segunda implementación, una aplicación descentralizada DApp usando el lenguaje Python (deploy.py - fund_and_withdraw.py) sobre Visual Studio Code.
3.3. Pruebas
Se requiere la instalación y configuración de Ganache para pruebas locales y la configuración de una billetera virtual para el despliegue en la red Ethereum. La billetera virtual fue creada en Metamask sobre la red de prueba Goerli (Figura 2).
3.4. Despliegue
El contrato inteligente es desplegado en la red Ethereum. La red Ethereum proporciona una red de prueba llamada Goerli. Para ello es necesario abrir una cuenta sobre Infura. También es necesario Brownie para la aplicación descentralizada DApp. Otra herramienta usada es Etherscan, que explora la red Ethereum para validar las transacciones de los contratos inteligentes (https://goerli.etherscan.io/).
4. Resultados
El contrato inteligente fue probado sobre un ejemplo de requerimiento basado en el framework Scrum - historia de usuario y criterios de aceptación -. Cada uno de los siguientes pasos genera una transacción y bloque en la red:
1. Despliegue y firma del contrato entre el desarrollador y el cliente.
2. Adición de la historia de usuario UH1.
3. Como cliente necesito hacer una compra así puedo tener comida en mi casa
4. Modificación de la historia de usuario UH1.
¿Puedo ver el total acumulado de lo elegido hasta el momento?
¿Puedo cambiar mi orden antes que pague?
¿Puedo hacer una orden a cualquier hora (7x24)?
Pago de la historia de usuario UH1 o requerimiento. El pago está alrededor de 164.3 USD. For the date, 1 ETH = $1643,00 USD, therefore, the payment is around 0.1 ETH or 100000000000000000 Wei
La primera prueba es sobre un ambiente local usando Ganache. La dirección con índice 0 es una cuenta con un monto de 77.69 ETH (figura 3(a)), que posterior a la ejecución de la prueba anterior, es decir, creado, modificado, validado y pagado el requerimiento su monto se reduce en 0.1 ETH, simulando un proceso completo (figura 3(b)). Además, se pueden observar todos los bloques (figura 4) y las transacciones realizadas por la prueba. En la figura se muestran los detalles de las transacciones para el despliegue del contrato y pago de requerimiento (figura 5). En la transacción del pago se puede observar el valor consignado a la dirección donde se desplegó el contrato.
Figura 3 Billeteras de prueba con Ganache. La billetera usada es la de índice 0 desde donde se hace el pago al contrato. (a) antes del pago. (b) después del pago.
Figura 4 Bloques generados después de realizar la prueba sobre el ambiente de prueba local usando Ganache.
La segunda prueba es la ejecución del contrato inteligente sobre Infura y la red de pruebas Goerli. Las transacciones vistas desde la aplicación descentralizada (figura 6). La dirección del contrato desplegado en la red es: 0x81cDAD9BC22Da4dA3b6E62090e9a248Eb7753E9b
Figura 6 Transacciones generadas después de realizar la prueba sobre la red Goerli en Infura desde la aplicación descentralizada DApp.
Etherscan es usado para observar las transacciones del contrato en la red Ethereum (figura 7). Es posible identificar en las transacciones la creación del contrato, la firma y el pago del requerimiento. Todas las transacciones tienen una dirección - billetera del cliente -, el valor y la tarifa de la transacción. La tarifa de transacción, tarifa de gas o precio de gas que significa el valor a pagar por los recursos computacionales sobre la red Ethereum y es calculado al multiplicar el precio de gas por el gas usado por la transacción.
Figura 7 Transacciones generadas después de realizar la prueba sobre la red Goerli en Infura. Las transacciones pueden ser vistas en el enlace https://goerli.etherscan.io/address/0x2fcd44991ca6b22177dc6b45e8699c6c389066c8
En el caso en particular, el valor total de todas las tarifas de transacciones es alrededor de 0,070238890 ETH o 7 USD.
También, Etherscan permite la inspección de los detalles de cada transacción, por ejemplo, el detalle de la transacción del pago del requerimiento (figura 8).
Figura 8 Detalle de la última transacción después de realizar la prueba sobre la red Goerli en Infura. El detalle de la transacción puede ser visto en el enlace https://goerli.etherscan.io/tx/0xd149c74f466a96449dccd56c9f605863c4c7d8c2c034d88b22a09c5f2c39bd48
5. Conclusiones
Este artículo mostró un contrato de construcción de software como contrato inteligente sobre la red blockchain. Se incluyó el diseño, implementación, pruebas y despliegue del contrato inteligente sobre la red Ethereum. Una solución de este tipo puede llegar a ser una herramienta importante en la etapa de ingeniería de requerimientos dentro del ciclo de vida del software. Principalmente conociendo los desafíos en la ingeniería de requerimientos como su constante evolución y trazabilidad durante todo el ciclo, por lo tanto, herramientas de gestión que contribuyan con el mejoramiento de los procesos en la construcción de software son valiosas.
Los contratos inteligentes desplegados en una red blockchain y usados dentro de la etapa de ingeniería de requerimientos en el ciclo de vida de software tienen entre otras ventajas: precisión, transparencia, seguridad, confianza y no intermediación en la gestión de los requerimientos (tiempos de entrega y pagos, ajustes, riesgos, control de cambios y criterios de aceptación).
El trabajo futuro puede focalizarse en la implementación de contratos inteligentes en diversas etapas del ciclo de vida del software, como también evaluar el impacto de este tipo de herramientas en la calidad del software.
Recomendable investigar el uso de otro tipo de redes con tecnología blockchain para desplegar contratos inteligentes, como por ejemplo aquellas con transacciones sin tarifa.
