以太坊智能合約創建交易執行過程

『壹』 智能合約是什麼

智能合約"(smart contract)這個術語至少可以追溯到1995年，是由多產的跨領域法律學者尼克·薩博(Nick Szabo)提出來的。他在發表在自己的網站的幾篇文章中提到了智能合約的理念。他的定義如下:
"一個智能合約是一套以數字形式定義的承諾(promises)，包括合約參與方可以在上面執行這些承諾的協議。"
讓我們更加詳細地探討他的定義的意思。
承諾
一套承諾指的是合約參與方同意的(經常是相互的)權利和義務。這些承諾定義了合約的本質和目的。以一個銷售合約為典型例子。賣家承諾發送貨物，買家承諾支付合理的貨款。
數字形式
數字形式意味著合約不得不寫入計算機可讀的代碼中。這是必須的，因為只要參與方達成協定，智能合約建立的權利和義務，是由一台計算機或者計算機網路執行的。
更進一步地說明:
(1)達成協定
智能合約的參與方什麼時候達成協定呢?答案取決於特定的智能合約實施。一般而言，當參與方通過在合約宿主平台上安裝合約，致力於合約的執行時，合約就被發現了。
(2)合約執行
"執行"的真正意思也依賴於實施。一般而言，執行意味著通過技術手段積極實施。
(3)計算機可讀的代碼
另外，合約需要的特定"數字形式"非常依賴於參與方同意使用的協議。
協議
協議是技術實現(technical implementation)，在這個基礎上，合約承諾被實現，或者合約承諾實現被記錄下來。選擇哪個協議取決於許多因素，最重要的因素是在合約履行期間，被交易資產的本質。
再次以銷售合約為例。假設，參與方同意貨款以比特幣支付。選擇的協議很明顯將會是比特幣協議，在此協議上，智能合約被實施。因此，合約必須要用到的"數字形式"就是比特幣腳本語言。比特幣腳本語言是一種非圖靈完備的、命令式的、基於棧的編程語言，類似於Forth。

『貳』 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。

『叄』 以太坊的智能合約是什麼意思

以太坊智能合約是指，部署在以太坊上的智能合約，是一段程序，運行在以太坊的虛擬機EVM中，程序可以按照事先約定的某種規則自動執行操作，執行合約的條款。

同時，智能合約對接收到的信息進行反應，它既可以接收和儲存價值，也可以向外發送信息和價值。

介紹

以太坊創始人V神指出過，以太坊智能合約中的「『合約』不應被理解為需要執行或遵守的東西，而應看成是存在於以太坊執行環境中的『自治代理』（autonomous agents），它擁有自己的以太坊賬戶，它們收到交易信息後就相當於被捅了一下，然後自動執行一段代碼。」

智能合約可以調用其它的智能合約，這就是開啟創立自治代理的能力，代理可以自己進行交易。在區塊鏈上，我們存儲的信息都是「狀態」，而智能合約就是它用於狀態轉換的方式。

『肆』 以太坊智能合約是什麼

以太坊是一個分布式的計算平台。它會生成一個名為Ether的加密貨幣。程序員可以在以太坊區塊鏈上寫下「智能合約」，這些以太坊智能合約會根據代碼自動執行。

以太坊是什麼？
以太坊經常與比特幣相提並論，但情況卻有所不同。比特幣是一種加密貨幣和分布式支付網路，允許比特幣在用戶之間轉移。

相關：什麼是比特幣？它是如何工作的？

以太坊項目有更大的目標。正如Ethereum網站所說，「以太坊是一個運行智能合約的分布式平台」。這些智能合約運行在「以太坊虛擬機」上，這是一個由所有運行乙太網節點的設備組成的分布式計算網路。

「分布式平台」部分意味著任何人都可以建立並運行以太坊節點，就像任何人都可以運行比特幣節點一樣。任何想要在節點上運行「智能合約」的人都必須向Ether中的這些節點的運營商付款，這是一個與以太坊相關的加密貨幣。因此，運行乙太網節點的人提供計算能力，並在乙太網中獲得支付，這與運行比特幣節點的人提供哈希能力並以比特幣支付的方式類似。

換句話說，雖然比特幣僅僅是一個區塊鏈和支付網路，但以太坊是一個分布式計算網路，其區塊鏈可以用於許多其他事情。以太坊白皮書中提供了詳細信息。

以太是什麼？
乙太網是與以太坊區塊鏈相關的數字標記（或者說就是加密貨幣）。換句話說，以太是代幣，以太坊是平台。但是，現在人們經常交替使用這些術語。例如，Coinbase允許你購買以太坊代幣（Ethereum），即代表以太幣代幣。

這在技術上就是「altcoin」，這實際上意味著一個非比特幣加密貨幣。和比特幣一樣，Ether也受到分布式區塊鏈支持 - 在這種情況下是以太坊區塊鏈。

想要在以太坊區塊鏈上創建應用程序或以太坊 智能合約的開發人員需要乙太網代幣來支付節點來託管它，而基於以太坊的應用程序的用戶可能需要乙太網來支付這些應用程序中的服務費用。人們也可以在以太坊網路之外銷售服務，並接受乙太網支付，或者可以在交易所以現金形式出售以太幣代幣 - 就像比特幣一樣

『伍』 以太坊智能合約是干什麼的有人知道哪個做以太坊開發嗎

以太坊是一個分布式的
計算平台
。它會生成一個名為Ether的加密貨幣。程序員可以在以太坊
區塊鏈
上寫下「智能合約」，這些以太坊智能合約會根據代碼自動執行。做這個的公司還是很多的，
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做這個就做的很好，做了十多年，經驗很豐富，有需要你可以聯系他們

『陸』 以太坊區塊鏈之Bug --2020/05/19

為了防止交易重播，ETH（ETC）節點要求每筆交易必須有一個nonce數值。每一個賬戶從同一個節點發起交易時，這個nonce值從0開始計數，發送一筆nonce對應加1。當前面的nonce處理完成之後才會處理後面的nonce。注意這里的前提條件是相同的地址在相同的節點發送交易。

以下是nonce使用的幾條規則：

● 當nonce太小（小於之前已經有交易使用的nonce值），交易會被直接拒絕。

● 當nonce太大，交易會一直處於隊列之中，這也就是導致我們上面描述的問題的原因；

● 當發送一個比較大的nonce值，然後補齊開始nonce到那個值之間的nonce，那麼交易依舊可以被執行。

● 當交易處於queue中時停止geth客戶端，那麼交易queue中的交易會被清除掉。

         第一個欄位 AccountNonce ，直譯就是賬戶隨機數。它是以太坊中很小但也很重要的一個細節。以太坊為每個賬戶和交易都創建了一個Nonce，當從賬戶發起交易的時候，當前賬戶的Nonce值就被作為交易的Nonce。這里，如果是普通賬戶那麼Nonce就是它發出的交易數，如果是合約賬戶就是從它的創建合約數。

為什麼要使用這個Nonce呢？其主要目的就是為了防止重復攻擊（Replay Attack）。因為交易都是需要簽名的，假定沒有Nonce，那麼只要交易數據和發起人是確定的，簽名就一定是相同的，這樣攻擊者就能在收到一個交易數據後，重新生成一個完全相同的交易並再次提交，比如A給B發了個交易，因為交易是有簽名的，B雖然不能改動這個交易數據，但只要反復提交一模一樣的交易數據，就能把A賬戶的所有資金都轉到B手裡。

當使用賬戶Nonce之後，每次發起一個交易，A賬戶的Nonce值就會增加，當B重新提交時，因為Nonce對不上了，交易就會被拒絕。這樣就可以防止重復攻擊。當然，事情還沒有完，因為還能跨鏈實施攻擊，直到EIP-155引入了chainID，才實現了不同鏈之間的交易數據不兼容。事實上，Nonce並不能真正防止重復攻擊，比如A向B買東西，發起交易T1給B，緊接著又提交另一個交易T2，T2的Gas價格更高、優先順序更高將被優先處理，如果恰好T2處理完成後剩餘資金已經不足以支付T1，那麼T1就會被拒絕。這時如果B已經把東西給了A，那A也就攻擊成功了。所以說，就算交易被處理了也還要再等待一定時間，確保生成足夠深度的區塊，才能保證交易的不可逆。

Price 指的是單位Gas的價格，所謂Gas就是交易的消耗，Price就是單位Gas要消耗多少以太幣（Ether），Gas * Price就是處理交易需要消耗多少以太幣，它就相當於比特幣中的交易手續費。

GasLimit 限定了本次交易允許消耗資源的最高上限，換句話說，以太坊中的交易不可能無限制地消耗資源，這也是以太坊的安全策略之一，防止攻擊者惡意佔用資源。

Recipient 是交易接收者，它是common.Address指針類型，代表一個地址。這個值也可以是空的，這時在交易執行時，會通過智能合約創建一個地址來完成交易。

Amount 是交易額。這個簡單，不用解釋。

Payload 比較重要，它是一個位元組數組，可以用來作為創建合約的指令數組，這時每個位元組都是一個單獨的指令；也可以作為數據數組，由合約指令來進行操作。合約由以太坊虛擬機（Ethereum Virtual Machine，EVM）創建並執行。

V、R、S 是交易的簽名數據。以太坊當中，交易經過數字簽名之後，生成的signature是一個長度65的位元組數組，它被截成三段，前32位元組被放進R，再32位元組放進S，最後1個位元組放進V。那麼為什麼要被截成3段呢？以太坊用的是ECDSA演算法，R和S就是ECSDA簽名輸出，V則是Recovery ID。

R,S,V是交易簽名後的值，它們可以被用來生成簽名者的公鑰；R，S是ECDSA橢圓加密演算法的輸出值，V是用於恢復結果的ID