Hajautetun NFT-sovelluksen kehittäminen Ethereum-verkossa
Issula, Noora (2025)
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2025103126808
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2025103126808
Tiivistelmä
Tämä opinnäytetyö tarkastelee lohkoketjuteknologian ominaisuuksia ja hajauttamisen keskeisiä periaatteita. Työn ensisijaisena tavoitteena oli perehtyä Ethereum-lohkoketjuverkossa toimivan ja erityisesti digitaalisiin hallintatodistuksiin (NFT) perustuvan hajautetun sovelluksen kehittämiseen. Tämän lisäksi tavoitteena oli tarjota yksinkertaistettu perusta älysopimusten ja hajautettujen sovellusten kehittämiseen.
Työn kehys muodostuu aihetta ympäröivästä kirjallisuuskatsauksesta ja oman henkilökohtaisen kehitysprojektin toteutuksen sekä tulosten raportoinnista. Aluksi perehdytään hajautettujen tietokantojen keskeisiin periaatteisiin vertaillen näiden vahvuuksia ja rajoitteita suhteessa keskitettyihin tietokantoihin. Tarkastelun kohteena on myös lohkoketjuteknologian vallitsevat rajoitteet ja sen haasteet sekä tietoturvallisuus ja sen hallinta. Lisäksi syvennytään tarkemmin työhön toteutetussa kehitysprojektissa hyödynnettyyn Ethereum-alustaan ja sen erityispiirteisiin.
Oman kehitysprojektin toteutus nojautui työn alussa esitellyn teorian lisäksi muun muassa Ethereumin ja Solidityn dokumentaation. Kehitysprojekti toteutettiin hyödyntäen Scaffold-ETH 2 -työkalupakkia ja sen tarjoamaa kehitysympäristöä. Tämä mahdollisti syventymisen älysopimuksen ja sovelluksen hajautettujen toiminnallisuuksien kehittämiseen yksinkertaistaen lisäksi muun muassa käyttäjäinteraktioiden toteutusta sekä sovelluksen testaamista kehitysprosessin aikana. Projektissa toteutettu älysopimus perustuu ERC-721-standariin, joka on kehitetty erityisesti NFT-pohjaisten sopimusten kehykseksi. Toteutuksessa hyödynnettiin lisäksi hajautettua tiedostojärjestelmää (IPFS) mintattavan NFT:n kuvatiedoston ja metatietojen tallennukseen.
Kehitysprojektin tuloksena saatiin toteutettua kevyt testiverkossa toimiva prototyyppimallinen hajautettu sovellus, joka mahdollistaa NFT:n luomisprosessin eli minttaamisen käyttäjän valitsemalla kuvatiedostolla. Sovelluksessa on myös äänestystoiminto, jossa NFT-kohtaiset äänet kirjataan lohkoketjuun sisäisesti. Käyttäjän minttaamien tokenien lukumäärä on rajoitettu enintään kolmeen, ja jokaisella käyttäjällä on käytössään vain yksi ääni. Tämä kehitysprojektin tuotos havainnollistaa hyvin, kuinka lohkoketjujen ja älysopimusten avulla voidaan luoda lisäarvoa ja käyttäjien välistä vuorovaikutusta sovelluksen sisäisesti, ilman tarvetta kolmansille osapuolille tai keskitetyille järjestelmille. This thesis examined the characteristics of blockchain technology and the key principles of decentralization. The primary objective of the thesis was to explore the development of a decentralized application operating on the Ethereum blockchain network, with a particular focus on non-fungible tokens (NFTs). In addition, the aim was to provide a simplified foundation for the development of smart contracts and decentralized applications.
The framework of the thesis consisted of a literature review of the subject and the implementation and reporting of a personal development project. The study began with an overview of the fundamental principles of decentralized databases, comparing their strengths and limitations to centralized databases. In addition, the current limitations and challenges of blockchain technology, as well as information security and its management, were discussed. The review ended with an introduction to the Ethereum platform and its unique features.
The implementation of the development project based on the theoretical framework of the thesis along with Ethereum and Solidity documentation. The project utilized the Scaffold-ETH 2 toolkit and its development environment. This enabled a deeper focus on the development of a smart contract and de-centralized functionalities, as well as simplifying the implementation of user interactions and testing during the process. The smart contract implemented in the project based on the ERC-721 standard, explicitly designed for NFT-based contracts. Additionally, the interplanetary file system (IPFS) was utilized to store image files and metadata associated with the minted NFTs.
The development project produced a lightweight prototype of a decentralized application operating on a test network. It enables users to mint NFTs with a self-selected image file. The application also includes a voting feature where votes are recorded on-chain for each NFT. The number of tokens minted per user is limited to three, and each user has only one vote. The outcome of the project illustrates how blockchain technology and smart contracts can be utilized to create added value and user interaction within an application, without reliance on third parties or centralized systems.
Työn kehys muodostuu aihetta ympäröivästä kirjallisuuskatsauksesta ja oman henkilökohtaisen kehitysprojektin toteutuksen sekä tulosten raportoinnista. Aluksi perehdytään hajautettujen tietokantojen keskeisiin periaatteisiin vertaillen näiden vahvuuksia ja rajoitteita suhteessa keskitettyihin tietokantoihin. Tarkastelun kohteena on myös lohkoketjuteknologian vallitsevat rajoitteet ja sen haasteet sekä tietoturvallisuus ja sen hallinta. Lisäksi syvennytään tarkemmin työhön toteutetussa kehitysprojektissa hyödynnettyyn Ethereum-alustaan ja sen erityispiirteisiin.
Oman kehitysprojektin toteutus nojautui työn alussa esitellyn teorian lisäksi muun muassa Ethereumin ja Solidityn dokumentaation. Kehitysprojekti toteutettiin hyödyntäen Scaffold-ETH 2 -työkalupakkia ja sen tarjoamaa kehitysympäristöä. Tämä mahdollisti syventymisen älysopimuksen ja sovelluksen hajautettujen toiminnallisuuksien kehittämiseen yksinkertaistaen lisäksi muun muassa käyttäjäinteraktioiden toteutusta sekä sovelluksen testaamista kehitysprosessin aikana. Projektissa toteutettu älysopimus perustuu ERC-721-standariin, joka on kehitetty erityisesti NFT-pohjaisten sopimusten kehykseksi. Toteutuksessa hyödynnettiin lisäksi hajautettua tiedostojärjestelmää (IPFS) mintattavan NFT:n kuvatiedoston ja metatietojen tallennukseen.
Kehitysprojektin tuloksena saatiin toteutettua kevyt testiverkossa toimiva prototyyppimallinen hajautettu sovellus, joka mahdollistaa NFT:n luomisprosessin eli minttaamisen käyttäjän valitsemalla kuvatiedostolla. Sovelluksessa on myös äänestystoiminto, jossa NFT-kohtaiset äänet kirjataan lohkoketjuun sisäisesti. Käyttäjän minttaamien tokenien lukumäärä on rajoitettu enintään kolmeen, ja jokaisella käyttäjällä on käytössään vain yksi ääni. Tämä kehitysprojektin tuotos havainnollistaa hyvin, kuinka lohkoketjujen ja älysopimusten avulla voidaan luoda lisäarvoa ja käyttäjien välistä vuorovaikutusta sovelluksen sisäisesti, ilman tarvetta kolmansille osapuolille tai keskitetyille järjestelmille.
The framework of the thesis consisted of a literature review of the subject and the implementation and reporting of a personal development project. The study began with an overview of the fundamental principles of decentralized databases, comparing their strengths and limitations to centralized databases. In addition, the current limitations and challenges of blockchain technology, as well as information security and its management, were discussed. The review ended with an introduction to the Ethereum platform and its unique features.
The implementation of the development project based on the theoretical framework of the thesis along with Ethereum and Solidity documentation. The project utilized the Scaffold-ETH 2 toolkit and its development environment. This enabled a deeper focus on the development of a smart contract and de-centralized functionalities, as well as simplifying the implementation of user interactions and testing during the process. The smart contract implemented in the project based on the ERC-721 standard, explicitly designed for NFT-based contracts. Additionally, the interplanetary file system (IPFS) was utilized to store image files and metadata associated with the minted NFTs.
The development project produced a lightweight prototype of a decentralized application operating on a test network. It enables users to mint NFTs with a self-selected image file. The application also includes a voting feature where votes are recorded on-chain for each NFT. The number of tokens minted per user is limited to three, and each user has only one vote. The outcome of the project illustrates how blockchain technology and smart contracts can be utilized to create added value and user interaction within an application, without reliance on third parties or centralized systems.