以太坊定存操作流程
目前市場上主流的以太坊礦機大多來自比特大陸、嘉楠耘智,不過隨著以太坊價格的下跌,挖礦帶來的利潤已經十分微薄,投資者可以選擇在數字貨幣交易所進行以太坊的交易投資。目前市場上主流的數字貨幣交易所有幣安、火幣網、比特網等。
B. 走進以太坊網路
目錄
術語「以太坊節點」是指以某種方式與以太坊網路交互的程序。從簡單的手機錢包應用程序到存儲整個區塊鏈副本的計算機,任何設備均可扮演以太坊節點。
所有節點都以某種方式充當通信點,但以太坊網路中的節點分為多種類型。
與比特幣不同,以太坊找不到任何程序作為參考實施方案。在比特幣生態系統中, 比特幣核心 是主要節點軟體,以太坊黃皮書則提出了一系列獨立(但兼容)的程序。目前最流行的是Geth和Parity。
若要以允許獨立驗證區塊鏈數據的方式連接以太坊網路,則應使用之前提到的軟體運行全節點。
該軟體將從其他節點下載區塊,並驗證其所含交易的正確性。軟體還將運行調用的所有智能合約,確保接收的信息與其他節點相同。如果一切按計劃運行,我們可以認為所有節點設備均存儲相同的區塊鏈副本。
全節點對於以太坊的運行至關重要。如果沒有遍布全球的眾多節點,網路將喪失其抗審查性與去中心化特性。
通過運行全節點,您可以直接為網路的 健康 和安全發展貢獻一份力量。然而,全節點通常需要使用獨立的機器完成運行和維護。對於無法(或單純不願)運行全節點的用戶,輕節點是更好的選擇。
顧名思義,輕節點均為輕量級設備,可顯著降低資源和空間佔用率。手機或筆記本電腦等攜帶型設備均可作為輕節點。然而,降低開銷也要付出代價:輕節點無法完全實現自給自足。它們無法與整條區塊鏈同步,需要全節點提供相關信息。
輕節點備受商戶、服務供應商和用戶的青睞。在不必使用全節點並且運行成本過高的情況下,它們廣泛應用於支收付款。
挖礦節點既可以是全節點客戶端,也可以是輕節點客戶端。「挖礦節點」這個術語的使用方式與比特幣生態系統不同,但依然應用於識別參與者。
如需參與以太坊挖礦,必須使用一些附加硬體。最常見的做法是構建 礦機 。用戶通過礦機將多個GPU(圖形處理器)連接起來,高速計算哈希數據。
礦工可以選擇兩種挖礦方案:單獨挖礦或加入礦池。 單獨挖礦 表示礦工獨自創建區塊。如果成功,則獨享挖礦獎勵。如果加入 礦池 ,眾多礦工的哈希算力會結合起來。出塊速度得以提升,但挖礦獎勵將由眾多礦工共享。
區塊鏈最重要的特性之一就是「開放訪問」。這表明任何人均可運行以太坊節點,並通過驗證交易和區塊強化網路。
與比特幣相似,許多企業都提供即插即用的以太坊節點。如果只想啟動並運行單一節點,這種設備無疑是最佳選擇,缺點是必須為便捷性額外付費。
如前文所述,以太坊中存在眾多不同類型的節點軟體實施方案,例如Geth和Parity。若要運行個人節點,必須掌握所選實施方案的安裝流程。
除非運行名為 歸檔節點 的特殊節點,否則消費級筆記本電腦足以支持以太坊全節點正常運行。不過,最好不要使用日常工作設備,因為節點會嚴重拖慢運行速度。
運行個人節點時,建議設備始終在線。倘若節點離線,再次聯網時可能耗費大量的時間進行同步。因此,最好選擇造價低廉並且易於維護的設備。您甚至可以通過Raspberry Pi運行輕節點。
隨著網路即將過渡到權益證明機制,以太坊挖礦不再是最安全的長期投資方式。過渡成功後,以太坊礦工只能將挖礦設備轉入其他網路或直接變賣。
鑒於過渡尚未完成,參與以太坊挖礦仍需使用特殊硬體(例如GPU或ASIC)。若要獲得可觀收益,則必須定製礦機並尋找電價低廉的礦場。此外,還需創建以太坊錢包並配置相應的挖礦軟體。這一切都會耗費大量的時間和資金。在參與挖礦前,請認真考量自己能否應對各種挑戰。(國內嚴禁挖礦,切勿以身試法)
ProgPow代表 程序化工作量證明 。這是以太坊挖礦演算法Ethash的擴展方案,旨在提升GPU的競爭力,使其超過ASIC。
在比特幣和以太坊社區,抗ASIC多年來一直是飽受爭議的話題。在比特幣網路中,ASIC已經成為主要的挖礦力量。
在以太坊中,ASIC並不是主流,相當一部分礦工仍然使用GPU。然而,隨著越來越多的公司將以太坊ASIC礦機引入市場,這種情況很快就會改變。然而,ASIC到底存在什麼問題呢?
一方面,ASIC明顯削弱網路的去中心化。如果GPU礦工無法盈利,不得不停止挖礦,哈希率最終就會集中在少數礦工手中。此外,ASIC晶元的開發成本相當昂貴,坐擁開發能力與資源的公司屈指可數。這種現狀有可能導致以太坊挖礦產業集中在少數公司手中,形成一定程度的行業壟斷。
自2018年以來,ProgPow的集成一直飽受爭議。有些人認為,它有益於以太坊生態系統的 健康 發展。另一些人則持反對態度,認為它可能導致硬分叉。隨著權益證明機制的到來,ProgPoW能否應用於網路仍然有待觀察。
以太坊與比特幣是一樣,均為開源平台。所有人都可以參與協議開發,或基於協議構建應用程序。事實上,以太坊也是區塊鏈領域目前最大的開發者社區。
Andreas Antonopoulos和Gavin Wood出品的 Mastering Ethereum ,以及Ethereum.org推出的 開發者資源 等都是新晉開發者理想的入門之選。
智能合約的概念於20世紀90年代首次提出。其在區塊鏈中的應用帶來了一系列全新挑戰。2014年由Gavin Wood提出的Solidity已經成為開發以太坊智能合約的主要編程語言,其語法與Java、JavaScript以及C++類似。
從本質上講,使用Solidity語言,開發者可以編寫在分解後可由以太坊虛擬機(EVM)解析的指令。您可以通過Solidity GitHub詳細了解其工作原理。
其實,Solidity語言並非以太坊開發者的唯一選擇。Vyper也是一種熱門的開發語言,其語法更接近Python。
C. 以太坊是如何挖礦的
以太坊的代幣是通過采礦過程中產生的,每塊采礦率為 5 個以太幣。以太坊的采礦過程幾乎與比特幣相同,對於每一筆交易,礦工都可以使用計算機通過散列函數運行該塊的唯一標題元數據,反復,快速地猜出答案,直到其中一人獲勝。
許多新用戶認為,采礦的唯一目的是以不需要中央發行人的方式生成醚(參見我們的指南「 什麼是以太? 」)。這是真的。以太坊的代幣是通過采礦過程中產生的,每塊采礦率為 5 個以太幣。但是,采礦還有至少同樣重要的作用。通常,銀行負責保持交易的准確記錄。他們確保資金不是憑空創造的,用戶不會多次欺騙和花錢。不過,區塊鏈引入了一種全新的記錄保存方式,整個網路而不是中介,驗證交易並將其添加到公共分類賬。
Ethereum Mining
盡管「無信任」或「信任最小化」貨幣體系是目標,但仍有人需要確保財務記錄的安全,確保沒有人作弊。采礦是使分散記錄成為可能的創新之一。礦工們在防止欺詐行為(特別是醚的雙重支出)方面達成了關於交易歷史的共識 – 這是一個有趣的問題,在分散化的貨幣未在工作區塊鏈之前解決。雖然以太坊正在研究其他方法來就交易的有效性達成共識,但采礦目前將平台保持在一起。
挖礦如何工作
今天,以太坊的采礦過程幾乎與比特幣相同。對於每一筆交易,礦工都可以使用計算機反復,快速地猜出答案,直到其中一人獲勝。更具體地說,礦工將通過散列函數(它將返回一個固定長度,亂序的數字和字母串,它看起來是隨機的)運行該塊的唯一標題元數據(包括時間戳和軟體版本),只改變』nonce 值』 ,這會影響結果散列值。
如果礦工發現與當前目標相匹配的散列,礦工將被授予乙醚並在整個網路上廣播該塊,以便每個節點驗證並添加到他們自己的分類賬副本中。如果礦工 B 找到散列,礦工 A 將停止對當前塊的工作,並為下一個塊重復該過程。礦工很難在這場比賽中作弊。沒有辦法偽造這項工作,並拿出正確的謎題答案。這就是為什麼解謎方法被稱為「工作證明」。
另一方面,其他人幾乎沒有時間驗證散列值是否正確,這正是每個節點所做的。大約每 12-15 秒,一名礦工發現一塊石塊。如果礦工開始比這更快或更慢地解決謎題,演算法會自動重新調整問題的難度,以便礦工回彈到大約 12 秒鍾的解決時間。
礦工們隨機賺取這些乙醚,他們的盈利能力取決於運氣和他們投入的計算能力。以太坊使用的具體工作量驗證演算法被稱為』ethash』,旨在需要更多的內存,使得使用昂貴的 ASIC 難以開采 – 特殊的采礦晶元,現在是唯一可以盈利的比特幣開采方式。
從某種意義上講,ethash 可能已經成功實現了這一目的,因為專用 ASIC 不可用於以太坊(至少目前還沒有)。此外,由於以太坊旨在從工作證明挖掘轉變為「股權證明」(我們將在下面討論),購買 ASIC 可能不是一個明智的選擇,因為它可能無法長久證明有用。
轉移到股權證明
不過,以太坊可能永遠不需要礦工。開發人員計劃放棄工作證明,即網路當前使用的演算法來確定哪些交易是有效的,並保護其免受篡改,以支持股權證明,網路由代幣所有者擔保。如果並且當該演算法推出時,股權證明可以成為實現分布式共識的一種手段,而該共識使用更少的資源。
D. 以太坊技術系列-以太坊數據結構
本篇文章和大家介紹一下以太坊的數據結構,上篇文章我們提到,以太坊為了實現智能合約這一功能,使用了基於賬戶的模型。我們來看看以太坊中數據結構。
既然是基於賬戶的模型,我們需要通過賬戶地址找到賬戶的狀態。就像通過銀行卡號可以找到你在銀行中的各種信息一樣。最簡單的想法當然是一個簡單的哈希表 key是賬戶地址 value是賬戶狀態。但這里有個問題解決不了。
輕節點如何校驗賬戶合法性?
上篇我們說過,區塊鏈中有2類節點,全節點和輕節點,輕節點只會存儲block header,所以輕節點如何才能校驗賬號是否合法呢?
這個思路和我們平時用的md5校驗一致,我們會對區塊內的信息進行hash運算從而得出區塊內信息唯一確定的值,區塊鏈所有節點中這個值都是相同的。
在這個過程中我們用到了一種數據結構Merkle Tree(哈希樹),我們先看下Merkle Tree(哈希樹)的示意圖。
上篇文章說到區塊鏈中的鏈表(哈希鏈)和我們平時常見鏈表不同的是將指針從地址改為了hash指,這里也一樣,哈希樹和二叉樹的區別有2個
1.將地址改為了哈希值
2.只有葉子節點存儲數據
回到之前的問題輕節點是如何校驗1個賬戶或交易是否是在鏈上的呢?
整個流程如上圖所示
1.輕節點需要判斷1個賬號是否合法
2.輕節點由於只存儲block header,所以拿到1個賬號的時候會向全節點發出請求
3.全節點存儲了所有賬戶狀態,將賬戶路徑中的需要計算用到的hash值返回給輕節點
4.輕節點本地進行計算根hash值,如果計算結果和自己存儲一致則賬戶合法,不一致則不合法。
那以太坊中的賬戶信息的數據結構就是這樣嗎?
直接用這樣的數據結構來存儲賬戶信息會有2個問題
查找困難
生成hash值不確定
第1個問題應該比較容易發現,在這個樹中尋找1個賬號需要的復雜度是O(n),因為沒有任何順序。
第2個問題其實也是因為無序導致的,無序的組合每個節點針對同一批賬戶生成的hash值不一致,這就導致無法達成共識。
既然2個問題都和順序有關,那我們類似二叉排序樹一樣,使用哈希排序樹是不是就可以解決問題了呢?
使用排序樹後會帶來另外1個問題
插入困難
因為要維持樹是有序的,很可能帶來樹結構的很大變動。
以太坊中使用了另外一種數據結構字典樹。和哈希樹不同,字典樹應該是很多地方都有使用。我們簡單來看下字典樹的結構。
字典樹能夠較好地解決哈希樹的2個缺點1.查找困難 2.生成的hash值不確定以及排序二叉樹的1個缺點 插入困難。
但字典樹我們可以看到可能樹的深度可能由於部分元素導致整棵樹深度非常深。
這時我們可以進一步優化,將相同路徑進行壓縮。這就是壓縮字典樹。
將哈希樹和壓縮字典樹結合,就可以得到以太坊存儲賬戶的最終數據結構-MPT。
將壓縮字典樹裡面的指針從地址改為指針,並且將數據存儲在葉子節點中即可。
介紹完狀態樹的數據結構,我們接下來討論1個問題,區塊中存儲的賬戶狀態是什麼樣的范圍。有2種選擇。
只保存當時區塊中產生交易的賬戶狀態。
保存全局所有的賬戶。
我們可以看下這2種方式,無非就是空間和時間的平衡,只保存當前區塊產生的交易意味著是做懶載入(需要的時候才去尋找賬戶),在區塊鏈中這個代價是非常大的,因為尋找的賬戶之前從未交易過,這樣會遍歷整個區塊鏈。另外一種保存全局的賬戶方式雖然看起來空間消耗較大,但查找快捷,而且空間的問題我們可以通過其他方式優化。所以最終以太坊選擇了第2種每個區塊都報錯全局所有賬戶的方式。
我們來看下以太坊中是如何保存狀態樹的。
可以看到以太坊中雖然每個區塊都保存了全部賬戶,但是會將未發生變化的賬戶狀態指向前1個節點,本身只存儲發生變化的狀態,這樣可以較大程度優化空間佔用。
介紹完以太坊中比較復雜的狀態樹後,我們繼續來看看以太坊中的另外兩棵樹,交易樹和收據樹。
首先介紹一下,為什麼需要交易樹&收據樹。
1.交易樹
雖然以太坊是基於賬戶的模型,但是就像銀行不僅會存儲銀行卡的余額,還會存儲卡中的每筆錢怎麼來的以及怎麼花的。交易樹中就存儲著當前區塊中的包含的所有交易。
2.收據樹
由於智能合約的引入增加了不少復雜性,所以以太坊用收據樹存儲著一些交易操作的額外信息。比如交易過程中執行日誌就包含在收據樹中方便查詢。收據樹和交易樹是一一對應的。每發生一次交易就會有一次收據。
和狀態樹不同交易樹和收據樹只維護當前區塊內發生的交易,因為當時區塊發生交易時不需要再去查找另外1個交易,也就之前需要可能遍歷整個區塊鏈的查找操作了。
由於以太坊中的出塊速度較快,我們進行一些查詢一些符合條件交易的時候會面臨大量數據遍歷困難的問題。收據樹中引入了布隆過濾器可以幫助我們有效緩解這一困難。
布隆過濾器將大集合中每個元素進行hash運算映射到1個較小的集合,這時再來1個元素要判斷是否在大集合的時候,不需要遍歷整個大集合,而是去進行hash運算去小集合中尋找是否存在,如果不存在,肯定不在大集合中,如果存在則不能說明任何問題。
如上圖所示,布隆過濾器只能證明某1個元素不在集合中,不能證明1個元素在結合中。
以太坊中如果我們要在較多區塊中尋找某1個交易,則可以利用布隆過濾器,過濾掉肯定不存在目標交易的區塊,然後進入收據樹內繼續利用布隆過濾器篩選,剩下的才是可能的目標交易的交易,進行一一比對即可。
我們介紹了以太坊的核心數據結構,狀態樹&交易樹&收據樹,他們都是使用相同的數據結構-哈希壓縮字典樹。但狀態樹是維護1顆全局賬戶樹,交易樹和收據樹則是維護本區塊內的交易或收據。
介紹完數據結構後,後面我們會用幾篇文章來介紹以太坊中的一些核心演算法,比如共識機制,挖礦演算法等。
E. 以太坊怎麼挖礦
與所有區塊鏈技術一樣,以太坊使用基於激勵的安全模型。聲稱是網路中的礦工的任何節點都可以嘗試創建並阻止驗證區。世界各地的許多礦工正在同時創建和驗證區塊。
一、以太坊采礦的基本原則
1、與所有區塊鏈技術一樣,以太坊使用基於激勵的安全模型。聲稱是網路中的礦工的任何節點都可以嘗試創建並阻止驗證區。世界各地的許多礦工正在同時創建和驗證區塊。每個礦工通過向塊鏈發送塊來提供數學機制的「證據」。此測試類似於保證:如果此測試存在,則此塊必須有效。
2、對於要添加到主鏈的塊,礦工必須比其他礦工更快地提供此「測試」。通過礦工提供的數學機制的「證明」,每個區塊的確認過程稱為工作測試。經證實,新區塊內的礦工將獲得一定的獎勵。什麼是獎勵?以太坊使用內在數字代幣 - 以太作為獎勵。每次礦工嘗試新的塊時,都會生成一個新的以太坊並將其提供給礦工。
第二、以太坊和比特幣的區別
1、同點:比特幣和以太坊都是成功的區塊鏈技術應用。人們通過比特幣認識區塊鏈技術。通過以太坊,人們意識到區塊鏈可以是獨立的。所有這些都基於區塊鏈,其中交易是公開記錄的,貨幣和資產交易更方便和讓步,並且消除了繁瑣的中間人。
2、差異:比特幣是一種分散的點對點數字支付系統,類似於全球清算銀行。而且這家銀行不是一個集中式組織的成員,它沒有CEO,它沒有管理員,只有代碼的基本原則和共識。從同行轉移價值,沒有其他第三方或信託機構。
3、比特幣總量為2100W。對於每生成21W的塊,塊生成的比特幣數量減少一半,每10分鍾生成一個塊。一般而言,它是一種通貨緊縮的電子貨幣。以太坊的定義是一個分散的點對點虛擬機,可以理解為使用代幣執行價值分配並吸引所有各方建立生態系統的平台。以太坊的總量沒有上限。
三、智能合約和協議ERC20
1、智能合約首先是合同,它以代碼的形式規定交易執行的雙方,並規定了執行合同的某些激活條件。一旦這些條件被激活,商定的交易就會自動執行,通常是一些交易。這些交易將由礦工挖掘出來,並最終合並到公共鏈中,這是不可否認的,不可逆轉。
2、以太坊中的智能合約基本上是互聯網上的開源。任何用戶都可以看到相關介面的定義和激活時間。如果沒有統一的標准,許多智能合約將使每個人都難以理解,這份智能合約究竟做了什麼?此時,ERC20協議已啟動。
3、開發人員可以通過查看其他智能合約然後調用自己的合同輕鬆了解相關界面的角色。標准化是非常有益的,這意味著這些資產可以在不同的平台和項目中使用,否則它們只能在特定情況下使用。
四、為什麼以太坊可以用來發送硬幣
因為智能合同的存在的,合同可以被用來安排貨幣集資最後存入帳戶的用戶,並且因為0x7D0使用相同的標准ERC20如直接交換0x7D0和FAD支持以太坊生態系統這將更容易。
五、以太坊貿易限制
1、對於每筆交易,交易的發起人必須設定交易的Gas限價和Gas價格。不同的操作將產生不同的Gas,Gas成本當礦工完成後,礦工將停止運行並且用過的Gas將被獎勵給礦工。
2、如果某些氣體仍然存在,如果用戶聲明限制值太低或者中間的帳號Eth不足以支付Gas消耗,它將返回到交易的發起人或智能合約的創建者,由於Gas不足,協議將被取消,用於計算的Gas將不會退回賬戶。
六、網路計算能力為太坊全
乙太網中所有當前采礦機器的總計算能力,當前采礦集群是根據該值計算的當前塊的難度。
七、以太坊提取難度
塊的難度用於提高塊驗證區的一致性。 Genesis塊的難度是131,072,並且有一個特殊的公式用於計算之後每個塊的難度。如果檢查塊比前一個塊更快,則以太坊協議將增加塊的難度。通過調整塊的難度,您可以調整驗證區塊所需的時間,即突發速度。檢查時間的自我調整以繼續以恆定速率生成新快。
8、單張卡的計算能力與采礦收入之間的關系
單張卡的計算能力越大,可以進行的檢查越多,獲得公式結果的概率是,情況越大,如果使用地雷組,所提供的股份數量越大,采礦業的收入就越大。
F. 以太坊錢包Mist多重簽名
個人如果錢包中有幾個以太幣,保管好私鑰,做幾個備份也沒有什麼好擔心的,但是要是像我這樣手握成千上萬個幣,能不擔心嗎,哈哈哈。。。
一般大量持幣的機構,都會使用多重簽名機制來保證幣的安全,所謂多重簽名就是多於一個人同意交易才生效,為了弄清楚實際過程,來實操一下。
主賬戶需要多於1個ETH才能新建合約,至少需要3個賬戶才能完成多重簽名錢包
OK,輸入完密碼後看到錢包正在創建,這里我們設置了發送任意的幣都需要至少兩個錢包賬戶同意
耐心等待一會即可看到多重簽名錢包創建好了,創建好後也有一個地址,可以像正常轉幣一樣將ETH從其他地址存到多重簽名地址,這里我們存入100個,可以看到賬戶內現有100個ETH,每次轉出需要至少2人同意
我們這里創建了多重簽名賬戶的3個管理地址,那麼其他的地址需要手動添加改地址到錢包,即可查看或操作此賬戶了。
選擇從多重簽名的錢包轉出,會有提示,每日超過限額,需要其他一個賬戶確認
先按正常的流程走吧,輸完發起賬號的密碼,交易歷史中會看到區塊確認中,當有確認的時候,發現所有多重簽名賬號的Mist中都多了一個提醒
PS:由於多重簽名地址底層使用了以太坊的智能合約,所以每次發起(包括其他人批准)都需要消耗gas,也就是說需要保證管理賬號中有足夠的ETH才行。
G. 以太幣是什麼
以太坊Ethereum是一個區塊鏈。它與比特幣相比特點是可以增加智能合約,圖靈完備,網路速度更快。Etherem上有很多區中心化的區塊鏈產品,比如DigixDAO,黃金物聯網等等。
H. 以太坊之賬戶
外部賬戶創建流程:
當使用 geth account new 命令新建賬戶,最終調用 accountCreate(accountcmd.go)=>keystore.StoreKey=>storeNewKey(key.go)
storeNewKey完成私鑰、公鑰、地址的生產,最後保存成keystore文件到指定路徑。
最後保存的keystore文件為json格式,如下:
以下為用密碼可以推出私鑰的流程
對交易發起人的地址和nonce進行RLP編碼,再算出Keccak哈希值,取後20個位元組作為該合約的地址,即: Keccak-256(RLP(sender, nonce))[12:]
函數位於: crypto/crypto.go
賬戶在區塊鏈上的存儲結構,內外賬戶的結構都是一樣
文章github地址
I. 以太坊轉賬流程
發起:用戶在本地的以太坊錢包軟體中選擇要發送的交易地址(From)、輸入目標地址(To)、金額(Value)、是否部署或調用合(Data)、手續費單價(Gasprice)等,確認發送至以太坊節點節點和錢包可以是同一台
廣播:節點收到(或自己發起)交易後,會對交易進行驗證。驗證:交易的簽名、發起賬號的余額是否能支付轉賬余額與手續費、Nonce是否為賬號已發出的交易數。驗證為合法後,將交易加入節點的交易池中交易池中存儲著待打包的交
安裝以太坊瀏覽器錢包插件,創建錢包,獲取虛擬以太幣,進行轉賬交易。 實驗內容 學習 初識以太坊,發送交易 1.學習《初始以太坊,發送交易》,虛擬以太幣交易。
J. 以太坊是什麼丨以太坊開發入門指南
以太坊是什麼丨以太坊開發入門指南
很多同學已經躍躍欲試投入到區塊鏈開發隊伍當中來,可是又感覺無從下手,本文將基於以太坊平台,以通俗的方式介紹以太坊開發中涉及的各晦澀的概念,輕松帶大家入門。
以太坊是什麼
以太坊(Ethereum)是一個建立在區塊鏈技術之上, 去中心化應用平台。它允許任何人在平台中建立和使用通過區塊鏈技術運行的去中心化應用。
對這句話不理解的同學,姑且可以理解為以太坊是區塊鏈里的Android,它是一個開發平台,讓我們就可以像基於Android Framework一樣基於區塊鏈技術寫應用。
在沒有以太坊之前,寫區塊鏈應用是這樣的:拷貝一份比特幣代碼,然後去改底層代碼如加密演算法,共識機制,網路協議等等(很多山寨幣就是這樣,改改就出來一個新幣)。
以太坊平台對底層區塊鏈技術進行了封裝,讓區塊鏈應用開發者可以直接基於以太坊平台進行開發,開發者只要專注於應用本身的開發,從而大大降低了難度。
目前圍繞以太坊已經形成了一個較為完善的開發生態圈:有社區的支持,有很多開發框架、工具可以選擇。
智能合約
什麼是智能合約
以太坊上的程序稱之為智能合約, 它是代碼和數據(狀態)的集合。
智能合約可以理解為在區塊鏈上可以自動執行的(由事件驅動的)、以代碼形式編寫的合同(特殊的交易)。
在比特幣腳本中,我們講到過比特幣的交易是可以編程的,但是比特幣腳本有很多的限制,能夠編寫的程序也有限,而以太坊則更加完備(在計算機科學術語中,稱它為是「圖靈完備的」),讓我們就像使用任何高級語言一樣來編寫幾乎可以做任何事情的程序(智能合約)。
智能合約非常適合對信任、安全和持久性要求較高的應用場景,比如:數字貨幣、數字資產、投票、保險、金融應用、預測市場、產權所有權管理、物聯網、點對點交易等等。
目前除數字貨幣之外,真正落地的應用還不多(就像移動平台剛開始出來一樣),相信1到3年內,各種殺手級會慢慢出現。
編程語言:Solidity
智能合約的默認的編程語言是Solidity,文件擴展名以.sol結尾。
Solidity是和JavaScript相似的語言,用它來開發合約並編譯成以太坊虛擬機位元組代碼。
還有長像Python的智能合約開發語言:Serpent,不過建議大家還是使用Solidity。
Browser-Solidity是一個瀏覽器的Solidity IDE, 大家可以點進去看看,以後我們更多文章介紹Solidity這個語言。
運行環境:EVM
EVM(Ethereum Virtual Machine)以太坊虛擬機是以太坊中智能合約的運行環境。
Solidity之於EVM,就像之於跟JVM的關系一樣,這樣大家就容易理解了。
以太坊虛擬機是一個隔離的環境,在EVM內部運行的代碼不能跟外部有聯系。
而EVM運行在以太坊節點上,當我們把合約部署到以太坊網路上之後,合約就可以在以太坊網路中運行了。
合約的編譯
以太坊虛擬機上運行的是合約的位元組碼形式,需要我們在部署之前先對合約進行編譯,可以選擇Browser-Solidity Web IDE或solc編譯器。
合約的部署
在以太坊上開發應用時,常常要使用到以太坊客戶端(錢包)。平時我們在開發中,一般不接觸到客戶端或錢包的概念,它是什麼呢?
以太坊客戶端(錢包)
以太坊客戶端,其實我們可以把它理解為一個開發者工具,它提供賬戶管理、挖礦、轉賬、智能合約的部署和執行等等功能。
EVM是由以太坊客戶端提供的。
Geth是典型的開發以太坊時使用的客戶端,基於Go語言開發。 Geth提供了一個互動式命令控制台,通過命令控制台中包含了以太坊的各種功能(API)。Geth的使用我們之後會有文章介紹,這里大家先有個概念。
Geth控制台和Chrome瀏覽器開發者工具里的面的控制台是類似,不過是跑在終端里。
相對於Geth,Mist則是圖形化操作界面的以太坊客戶端。
如何部署
智能合約的部署是指把合約位元組碼發布到區塊鏈上,並使用一個特定的地址來標示這個合約,這個地址稱為合約賬戶。
以太坊中有兩類賬戶:
· 外部賬戶
該類賬戶被私鑰控制(由人控制),沒有關聯任何代碼。
· 合約賬戶
該類賬戶被它們的合約代碼控制且有代碼與之關聯。
和比特幣使用UTXO的設計不一樣,以太坊使用更為簡單的賬戶概念。
兩類賬戶對於EVM來說是一樣的。
外部賬戶與合約賬戶的區別和關系是這樣的:一個外部賬戶可以通過創建和用自己的私鑰來對交易進行簽名,來發送消息給另一個外部賬戶或合約賬戶。
在兩個外部賬戶之間傳送消息是價值轉移的過程。但從外部賬戶到合約賬戶的消息會激活合約賬戶的代碼,允許它執行各種動作(比如轉移代幣,寫入內部存儲,挖出一個新代幣,執行一些運算,創建一個新的合約等等)。
只有當外部賬戶發出指令時,合同賬戶才會執行相應的操作。
合約部署就是將編譯好的合約位元組碼通過外部賬號發送交易的形式部署到以太坊區塊鏈上(由實際礦工出塊之後,才真正部署成功)。
運行
合約部署之後,當需要調用這個智能合約的方法時只需要向這個合約賬戶發送消息(交易)即可,通過消息觸發後智能合約的代碼就會在EVM中執行了。
Gas
和雲計算相似,佔用區塊鏈的資源(不管是簡單的轉賬交易,還是合約的部署和執行)同樣需要付出相應的費用(天下沒有免費的午餐對不對!)。
以太坊上用Gas機制來計費,Gas也可以認為是一個工作量單位,智能合約越復雜(計算步驟的數量和類型,佔用的內存等),用來完成運行就需要越多Gas。
任何特定的合約所需的運行合約的Gas數量是固定的,由合約的復雜度決定。
而Gas價格由運行合約的人在提交運行合約請求的時候規定,以確定他願意為這次交易願意付出的費用:Gas價格(用以太幣計價) * Gas數量。
Gas的目的是限制執行交易所需的工作量,同時為執行支付費用。當EVM執行交易時,Gas將按照特定規則被逐漸消耗,無論執行到什麼位置,一旦Gas被耗盡,將會觸發異常。當前調用幀所做的所有狀態修改都將被回滾, 如果執行結束還有Gas剩餘,這些Gas將被返還給發送賬戶。
如果沒有這個限制,就會有人寫出無法停止(如:死循環)的合約來阻塞網路。
因此實際上(把前面的內容串起來),我們需要一個有以太幣余額的外部賬戶,來發起一個交易(普通交易或部署、運行一個合約),運行時,礦工收取相應的工作量費用。
以太坊網路
有些著急的同學要問了,沒有以太幣,要怎麼進行智能合約的開發?可以選擇以下方式:
選擇以太坊官網測試網路Testnet
測試網路中,我們可以很容易獲得免費的以太幣,缺點是需要發很長時間初始化節點。
使用私有鏈
創建自己的以太幣私有測試網路,通常也稱為私有鏈,我們可以用它來作為一個測試環境來開發、調試和測試智能合約。
通過上面提到的Geth很容易就可以創建一個屬於自己的測試網路,以太幣想挖多少挖多少,也免去了同步正式網路的整個區塊鏈數據。
使用開發者網路(模式)
相比私有鏈,開發者網路(模式)下,會自動分配一個有大量余額的開發者賬戶給我們使用。
使用模擬環境
另一個創建測試網路的方法是使用testrpc,testrpc是在本地使用內存模擬的一個以太坊環境,對於開發調試來說,更方便快捷。而且testrpc可以在啟動時幫我們創建10個存有資金的測試賬戶。
進行合約開發時,可以在testrpc中測試通過後,再部署到Geth節點中去。
更新:testrpc 現在已經並入到Truffle 開發框架中,現在名字是Ganache CLI。
Dapp:去中心化的應用程序
以太坊社區把基於智能合約的應用稱為去中心化的應用程序(DecentralizedApp)。如果我們把區塊鏈理解為一個不可篡改的資料庫,智能合約理解為和資料庫打交道的程序,那就很容易理解Dapp了,一個Dapp不單單有智能合約,比如還需要有一個友好的用戶界面和其他的東西。
Truffle
Truffle是Dapp開發框架,他可以幫我們處理掉大量無關緊要的小事情,讓我們可以迅速開始寫代碼-編譯-部署-測試-打包DApp這個流程。
總結
我們現在來總結一下,以太坊是平台,它讓我們方便的使用區塊鏈技術開發去中心化的應用,在這個應用中,使用Solidity來編寫和區塊鏈交互的智能合約,合約編寫好後之後,我們需要用以太坊客戶端用一個有餘額的賬戶去部署及運行合約(使用Truffle框架可以更好的幫助我們做這些事情了)。為了開發方便,我們可以用Geth或testrpc來搭建一個測試網路。
註:本文中為了方便大家理解,對一些概念做了類比,有些嚴格來不是准確,不過我也認為對於初學者,也沒有必要把每一個概念掌握的很細致和准確,學習是一個逐步深入的過程,很多時候我們會發現,過一段後,我們會對同一個東西有不一樣的理解。