區(qū)塊鏈原理與實(shí)踐- 課件 第10章以太坊

以太坊基礎(chǔ)及應(yīng)用開(kāi)發(fā)主講：XXX輔導(dǎo)：XXX課程簡(jiǎn)介01.以太坊詳解03.以太坊智能合約開(kāi)發(fā)02.以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境04.應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)實(shí)例05.總結(jié)1以太坊詳解一以太坊詳解什么是以太坊？以太坊的本質(zhì)就是一個(gè)基于交易的狀態(tài)機(jī)（transaction-basedstatemachine）。全球就存在一臺(tái)以分布式形式存在的單機(jī)，其系統(tǒng)狀態(tài)在不停的改變；這臺(tái)單機(jī)的系統(tǒng)狀態(tài)主要由區(qū)塊鏈組成，區(qū)塊鏈上保存著狀態(tài)和交易；當(dāng)用戶與以太坊交互時(shí)，其實(shí)就是在執(zhí)行交易、改變系統(tǒng)狀態(tài)。一以太坊詳解如圖所示，以太坊架構(gòu)分為7層，由下至上依次是存儲(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、協(xié)議層、共識(shí)層、合約層、應(yīng)用層：1.以太坊體系結(jié)構(gòu)一以太坊詳解

（1）存儲(chǔ)層主要用于存儲(chǔ)以太坊系統(tǒng)運(yùn)行中的日志數(shù)據(jù)及區(qū)塊鏈元數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)技術(shù)主要使用文件系統(tǒng)和LevelDB。（2）數(shù)據(jù)層主要用于處理以太坊交易中的各類數(shù)據(jù)，如將數(shù)據(jù)打包成區(qū)塊，將區(qū)塊維護(hù)成鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，區(qū)塊中內(nèi)容的加密與哈希計(jì)算，區(qū)塊內(nèi)容的數(shù)字簽名及增加時(shí)間戳印記，將交易數(shù)據(jù)構(gòu)建成Merkle樹(shù)，并計(jì)算Merkle樹(shù)根節(jié)點(diǎn)的hash值等。與比特幣的不同之處在于以太坊引入了交易和交易池的概念。交易指的是一個(gè)賬戶向另一個(gè)賬戶發(fā)送被簽名的數(shù)據(jù)包的過(guò)程。而交易池則存放通過(guò)節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證的交易，這些交易會(huì)放在礦工挖出的新區(qū)塊里。以太坊的Event(事件)指的是和以太坊虛擬機(jī)提供的日志接口，當(dāng)事件被調(diào)用時(shí)，對(duì)應(yīng)的日志信息被保存在日志文件中。

（3）與比特幣一樣，以太坊的系統(tǒng)也是基于P2P網(wǎng)絡(luò)的，在網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)既有客戶端角色，又有服務(wù)端角色。1.以太坊體系結(jié)構(gòu)一以太坊詳解

（4）協(xié)議層是以太坊提供的供系統(tǒng)各模塊相互調(diào)用的協(xié)議支持，主要有HTTP、RPC協(xié)議、LES、ETH協(xié)議、Whipser協(xié)議等。以太坊基于HTTPClient實(shí)現(xiàn)了對(duì)HTTP的支持，實(shí)現(xiàn)了GET、POST等HTTP方法。外部程序通過(guò)JSONRPC調(diào)用以太坊的API時(shí)需通過(guò)RPC(遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用)協(xié)議。Whisper協(xié)議用于DApp間通信。LES的全稱是輕量級(jí)以太坊子協(xié)議(LightEthereumSub-protocol)，允許以太坊節(jié)點(diǎn)同步獲取區(qū)塊時(shí)僅下載區(qū)塊的頭部，在需要時(shí)再獲取區(qū)塊的其他部分。（5）共識(shí)層在以太坊系統(tǒng)中有PoW(ProofofWork)和PoS(ProofofStake)兩種共識(shí)算法。（6）合約層分為兩層，底層是EVM(EthereumVirtualMachine，即以太坊虛擬機(jī))，上層的智能合約運(yùn)行在EVM中。智能合約是運(yùn)行在以太坊上的代碼的統(tǒng)稱，一個(gè)智能合約往往包含數(shù)據(jù)和代碼兩部分。智能合約系統(tǒng)將約定或合同代碼化，由特定事件驅(qū)動(dòng)觸發(fā)執(zhí)行。因此，在原理上適用于對(duì)安全性、信任性、長(zhǎng)期性的約定或合同場(chǎng)景。在以太坊系統(tǒng)中，智能合約的默認(rèn)編程語(yǔ)言是Solidity，一般學(xué)過(guò)JavaScript語(yǔ)言的讀者很容易上手Solidity。（7）應(yīng)用層有DApp(DecentralizedApplication，分布式應(yīng)用)、以太坊錢包等多種衍生應(yīng)用，是目前開(kāi)發(fā)者最活躍的一層。1.以太坊體系結(jié)構(gòu)一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理①以太坊區(qū)塊鏈的范式闡述

以太坊的本質(zhì)就是一個(gè)基于交易的狀態(tài)機(jī)（transaction-basedstatemachine）。在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，狀態(tài)機(jī)是指可以讀取一系列的輸入，然后根據(jù)這些輸入，會(huì)轉(zhuǎn)換成一個(gè)新的狀態(tài)出來(lái)的東西，如圖所示。

根據(jù)以太坊的狀態(tài)機(jī)，我們從創(chuàng)世紀(jì)狀態(tài)（genesisstate）開(kāi)始。這差不多類似于一片空白的石板，在網(wǎng)絡(luò)中還沒(méi)有任何交易的產(chǎn)生狀態(tài)。當(dāng)交易被執(zhí)行后，這個(gè)創(chuàng)世紀(jì)狀態(tài)就會(huì)轉(zhuǎn)變成最終狀態(tài)。在任何時(shí)刻，這個(gè)最終狀態(tài)都代表著以太坊當(dāng)前的狀態(tài)。一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理

以太坊的狀態(tài)有數(shù)百萬(wàn)個(gè)交易，這些交易都被打包到以太坊區(qū)塊中。一個(gè)區(qū)塊包含了一系列的交易，每個(gè)區(qū)塊都與它的前一個(gè)區(qū)塊鏈接起來(lái)。

為了讓一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換成下一個(gè)狀態(tài)，交易必須是有效的。為了讓一個(gè)交易被認(rèn)為是有效的，它必須要經(jīng)過(guò)一個(gè)驗(yàn)證過(guò)程，此過(guò)程也就是挖礦。挖礦就是一組節(jié)點(diǎn)（即電腦）用它們的計(jì)算資源來(lái)創(chuàng)建一個(gè)包含有效交易的區(qū)塊出來(lái)。任何在網(wǎng)絡(luò)上宣稱自己是礦工的節(jié)點(diǎn)都可以嘗試創(chuàng)建和驗(yàn)證區(qū)塊。世界各地的很多礦工都在同一時(shí)間創(chuàng)建和驗(yàn)證區(qū)塊。每個(gè)礦工在提交一個(gè)區(qū)塊到區(qū)塊鏈上的時(shí)候都會(huì)提供一個(gè)數(shù)學(xué)機(jī)制的“證明”，這個(gè)證明就像一個(gè)保證：如果這個(gè)證明存在，那么這個(gè)區(qū)塊一定是有效的。為了讓一個(gè)區(qū)塊添加到主鏈上，一個(gè)礦工必須要比其他礦工更快的提供出這個(gè)“證明”。通過(guò)礦工提供的一個(gè)數(shù)學(xué)機(jī)制的“證明”來(lái)證實(shí)每個(gè)區(qū)塊的過(guò)程稱之為工作量證明（proofofwork）。證實(shí)了一個(gè)新區(qū)塊的礦工都會(huì)被獎(jiǎng)勵(lì)一定價(jià)值的獎(jiǎng)賞。以太坊使用一種內(nèi)在數(shù)字代幣--以太幣（Ether）作為獎(jiǎng)賞。每次礦工證明了一個(gè)新區(qū)塊，那么就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的以太幣并被獎(jiǎng)勵(lì)給礦工。一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理

前面，我們定義了區(qū)塊鏈就是一個(gè)具有共享狀態(tài)的交易單機(jī)。使用這個(gè)定義，我們可以知道正確的當(dāng)前狀態(tài)是一個(gè)全球真相，所有人都必須要接受它。擁有多個(gè)狀態(tài)（或多個(gè)鏈）會(huì)摧毀這個(gè)系統(tǒng)，因?yàn)樗谀膫€(gè)是正確狀態(tài)的問(wèn)題上不可能得到統(tǒng)一結(jié)果。如果鏈分叉了，你有可能在一條鏈上擁有10個(gè)幣，一條鏈上擁有20個(gè)幣，另一條鏈上擁有40個(gè)幣。在這種場(chǎng)景下，是沒(méi)有辦法確定哪個(gè)鏈才是最“有效的”。

不論什么時(shí)候只要多個(gè)路徑產(chǎn)生了，一個(gè)“分叉”就會(huì)出現(xiàn)。我們通常都想避免分叉，因?yàn)樗鼈儠?huì)破壞系統(tǒng)，強(qiáng)制人們?nèi)ミx擇哪條鏈?zhǔn)撬麄兿嘈诺逆?。一以太坊詳?.以太坊工作流程及運(yùn)行原理為了確定哪個(gè)路徑才是最有效的以及防止多條鏈的產(chǎn)生，以太坊使用了一個(gè)叫做“GHOST協(xié)議”（GHOSTprotocol）的數(shù)學(xué)機(jī)制。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，GHOST協(xié)議就是讓我們必須選擇一個(gè)在其上完成計(jì)算最多的路徑。一個(gè)方法確定路徑就是使用最近一個(gè)區(qū)塊（葉子區(qū)塊）的區(qū)塊號(hào)，區(qū)塊號(hào)代表著當(dāng)前路徑上總的區(qū)塊數(shù)（不包含創(chuàng)世紀(jì)區(qū)塊）。區(qū)塊號(hào)越大，路徑就會(huì)越長(zhǎng)，就說(shuō)明越多的挖礦算力被消耗在此路徑上以達(dá)到葉子區(qū)塊。使用這種推理就可以允許我們贊同當(dāng)前狀態(tài)的權(quán)威版本。一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理②以太坊系統(tǒng)的主要組件以太坊系統(tǒng)的主要組件包括：賬戶、賬戶狀態(tài)、世界狀態(tài)、gas和費(fèi)用、交易、區(qū)塊、交易執(zhí)行、挖礦、PoW等。

（1）賬戶：

以太坊的全球“共享狀態(tài)”是由很多小的對(duì)象（賬戶）組成，這些賬戶通過(guò)消息傳遞框架實(shí)現(xiàn)彼此交互。每個(gè)賬戶都有一個(gè)與之關(guān)聯(lián)的狀態(tài)以及一個(gè)20字節(jié)的地址。以太坊中的地址是160位比特的標(biāo)識(shí)符，用于標(biāo)識(shí)任何賬戶。有兩種類型的賬戶：外部賬戶（由私鑰控制，沒(méi)有與之關(guān)聯(lián)的代碼）和合約賬戶（由合約代碼控制，有與之關(guān)聯(lián)的代碼）。一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理

理解外部賬戶和合約賬戶之間的根本區(qū)別是非常重要的。通過(guò)創(chuàng)建及使用其私鑰簽名一個(gè)交易，外部賬戶能夠給其他外部賬戶或其他合約賬戶發(fā)送消息。兩個(gè)外部賬戶之間的消息只是簡(jiǎn)單的價(jià)值傳輸。但從外部賬戶發(fā)送到合約賬戶的消息可以激活合約賬戶的代碼，允許它執(zhí)行各種操作（例如，轉(zhuǎn)移代幣、寫入內(nèi)部存儲(chǔ)、發(fā)新幣、執(zhí)行計(jì)算、創(chuàng)建新合約等。）

與外部賬戶不同，合約賬戶無(wú)法自行啟動(dòng)新的交易。相反，合約賬戶僅能夠通過(guò)響應(yīng)它們收到的交易來(lái)觸發(fā)自身的交易，比如從外部賬戶或從其他的合約賬戶的交易來(lái)觸發(fā)。因此，任何以太坊區(qū)塊鏈上發(fā)生的操作始終由外部賬戶所觸發(fā)的交易來(lái)啟動(dòng)。一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理（2）賬戶狀態(tài)：賬戶狀態(tài)由四個(gè)部分組成：1)Nonce隨機(jī)數(shù)：如果該賬戶是外部賬戶，這個(gè)數(shù)代表從這個(gè)賬戶地址發(fā)出來(lái)的交易數(shù)。如果該賬戶是合約賬戶，則該nonce是該賬戶創(chuàng)建的合約數(shù)，每創(chuàng)建一次會(huì)加1。2)Balance賬戶余額：該地址擁有的Wei數(shù)，每個(gè)Ether有10^18Wei。3)StorageRoot：MerklePatricia樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)的哈希值。Merkletree對(duì)該賬戶的存儲(chǔ)內(nèi)容的哈希進(jìn)行編碼，默認(rèn)情況下為空。4)CodeHash：該賬戶EVM代碼的哈希。對(duì)于合約賬戶，就是被Hash的代碼并作為codeHash保存。對(duì)于外部賬戶而言，Codehash字段是空字符串的哈希值。一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理（3）世界狀態(tài)：以太坊的全局狀態(tài)就是由賬戶地址和賬戶狀態(tài)的一個(gè)映射組成。這個(gè)映射被保存在一個(gè)叫做MerklePatricia樹(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。MerkleTree是一種由一系列節(jié)點(diǎn)組成的二叉樹(shù)，這些節(jié)點(diǎn)包括：1)在樹(shù)底的包含了源數(shù)據(jù)的大量葉子節(jié)點(diǎn)。2)一系列的中間的節(jié)點(diǎn)，這些節(jié)點(diǎn)是兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)的Hash值。3)一個(gè)根節(jié)點(diǎn)，同樣是兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)的Hash值，代表著整棵樹(shù)。一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理樹(shù)底的數(shù)據(jù)是通過(guò)分開(kāi)我們想要保存到chunks的數(shù)據(jù)產(chǎn)生的，然后將chunks分成buckets，再然后再獲取每個(gè)bucket的hash值并一直重復(fù)直到最后只剩下一個(gè)Hash：根Hash。一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理這棵樹(shù)要求存在里面的值（value）都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的key。從樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)開(kāi)始，key會(huì)告訴你順著哪個(gè)子節(jié)點(diǎn)可以獲得對(duì)應(yīng)的值，這個(gè)值存在葉子節(jié)點(diǎn)。在以太坊中，key/value是地址和與地址相關(guān)聯(lián)的賬戶之間狀態(tài)的映射，包括每個(gè)賬戶的balance，nonce，codeHash和storageRoot（storageRoot自己就是一顆樹(shù)）。一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理同樣的樹(shù)結(jié)構(gòu)也用來(lái)存儲(chǔ)交易和收據(jù)。更具體的說(shuō)，每個(gè)塊都有一個(gè)頭(header)，保存了三個(gè)不同Merkletrie結(jié)構(gòu)的根節(jié)點(diǎn)的Hash，包括：1)狀態(tài)樹(shù)。2)交易樹(shù)。3)收據(jù)樹(shù)。一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理區(qū)塊鏈?zhǔn)强恳蝗汗?jié)點(diǎn)來(lái)維持的，有兩種節(jié)點(diǎn)類型：全節(jié)點(diǎn)和輕節(jié)點(diǎn)。全節(jié)點(diǎn)通過(guò)下載整條鏈來(lái)進(jìn)行同步，一個(gè)全節(jié)點(diǎn)包含了整個(gè)鏈，從創(chuàng)世紀(jì)塊到當(dāng)前塊，執(zhí)行其中包含的所有交易。通常，礦工會(huì)存儲(chǔ)全節(jié)點(diǎn)，因?yàn)樗麄冊(cè)谕诘V過(guò)程中需要全節(jié)點(diǎn)。一個(gè)節(jié)點(diǎn)如果不需要執(zhí)行所有的交易或輕松訪問(wèn)歷史數(shù)據(jù)，就沒(méi)必要保存整條鏈，這就是輕節(jié)點(diǎn)概念的來(lái)源。比起下載和存儲(chǔ)整個(gè)鏈以及執(zhí)行其中所有的交易，輕節(jié)點(diǎn)僅僅下載鏈的頭，從創(chuàng)世紀(jì)塊到當(dāng)前塊的頭，不執(zhí)行任何的交易或檢索任何相關(guān)聯(lián)的狀態(tài)。由于輕節(jié)點(diǎn)可以訪問(wèn)塊的頭，而頭中包含了3個(gè)tries的Hash，所有輕節(jié)點(diǎn)依然可以很容易生成和接收關(guān)于交易、事件、余額等可驗(yàn)證的答案，因?yàn)樵贛erkle樹(shù)中hash值是向上傳播的。如果一個(gè)惡意用戶試圖用一個(gè)假交易來(lái)交換Merkle樹(shù)底的交易，這個(gè)會(huì)改變它上面節(jié)點(diǎn)的hash值，而它上面節(jié)點(diǎn)的值的改變也會(huì)導(dǎo)致上上一個(gè)節(jié)點(diǎn)Hash值的改變，以此類推，一直到樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)。如圖。一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理任何節(jié)點(diǎn)想要驗(yàn)證一些數(shù)據(jù)都可以通過(guò)Merkle證明來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，Merkle證明的組成如下：1)一塊需要驗(yàn)證的數(shù)據(jù)。2)樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)Hash。3)一個(gè)“分支”（從chunk到根這個(gè)路徑上所有的hash值）。任何可以讀取證明的人都可以驗(yàn)證分支的hash是連貫的，因此給出的塊在樹(shù)中實(shí)際的位置就是在此處。使用MerklePatricia樹(shù)的好處就是該結(jié)構(gòu)的根節(jié)點(diǎn)加密取決于存儲(chǔ)在樹(shù)中的數(shù)據(jù)，而且根據(jù)點(diǎn)的hash還可以作為該數(shù)據(jù)的安全標(biāo)識(shí)。由于塊的頭包含了狀態(tài)、交易、收據(jù)樹(shù)的根hash，所有任何節(jié)點(diǎn)都可以驗(yàn)證以太坊的一小部分狀態(tài)而不用保存整個(gè)狀態(tài)，而這整個(gè)狀態(tài)的大小可能是非常大的。一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理（4）Gas和支付：以太坊有一個(gè)非常重要的概念是費(fèi)用的概念。在以太坊網(wǎng)絡(luò)上交易而消耗的計(jì)算都會(huì)產(chǎn)生費(fèi)用，支付的費(fèi)用以“gas”來(lái)計(jì)算。gas是用于衡量特定計(jì)算所需費(fèi)用的單位。gas價(jià)格是你愿意花費(fèi)在每單位gas上的Ether總量，用“gwei”來(lái)衡量?！癢ei”是Ether的最小單位，1018Wei代表1Ether。1gwei是1,000,000,000Wei。一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理每次交易，交易發(fā)送人（轉(zhuǎn)賬人）都會(huì)設(shè)置gas的limit和gas價(jià)格。gas價(jià)格和gaslimit代表了發(fā)送人愿意為交易支付的最大數(shù)量的Wei。例如，我們假設(shè)發(fā)送人設(shè)置gaslimit是50,000，gas價(jià)格是20gwei。這意味著交易發(fā)送者愿意支付最多50,000*20gwei=1,000,000,000,000,000Wei，也就是0.001Ether用來(lái)執(zhí)行該交易。gaslimit代表了交易發(fā)送人愿意支付的最大費(fèi)用。如果交易發(fā)送人賬戶余額可以覆蓋這個(gè)最大值，就不會(huì)有問(wèn)題。交易結(jié)束時(shí)，發(fā)送人會(huì)收到未被使用的gas資金退款，并按最初價(jià)格交易。如果交易發(fā)送人沒(méi)有提供足夠的gas來(lái)執(zhí)行交易，交易會(huì)用光gas，并且該交易無(wú)效。在這種情況下，交易過(guò)程中止，發(fā)生的任何狀態(tài)更改都會(huì)被逆轉(zhuǎn)，這樣交易會(huì)結(jié)束，并回到交易前的以太坊狀態(tài)。此外，還會(huì)記錄交易失敗，顯示什么交易試圖發(fā)起并在哪里失敗。同時(shí)，既然在用光gas之前，機(jī)器已經(jīng)花費(fèi)了努力進(jìn)行計(jì)算，邏輯上來(lái)說(shuō)，這些花費(fèi)的gas不會(huì)再退還給交易發(fā)送人。交易發(fā)送人花費(fèi)的所有g(shù)as資金都被發(fā)送到“受益人”地址，這通常是礦工的地址。既然礦工花費(fèi)努力來(lái)計(jì)算和驗(yàn)證交易，礦工收取gas費(fèi)用作為獎(jiǎng)勵(lì)。通常，交易發(fā)送人愿意支付的gas價(jià)格越高，礦工從交易中獲得價(jià)值越大。因此，礦工也會(huì)選擇價(jià)格高的交易。這樣，礦工自由選擇他們?cè)敢怛?yàn)證的交易。為了引導(dǎo)交易發(fā)送者設(shè)置gas價(jià)格，礦工可以選擇宣傳他們會(huì)執(zhí)行交易的最低gas價(jià)格。一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理通常，交易發(fā)送人愿意支付的gas價(jià)格越高，礦工從交易中獲得價(jià)值越大。因此，礦工也會(huì)選擇價(jià)格高的交易。這樣，礦工自由選擇他們?cè)敢怛?yàn)證的交易。為了引導(dǎo)交易發(fā)送者設(shè)置gas價(jià)格，礦工可以選擇宣傳他們會(huì)執(zhí)行交易的最低gas價(jià)格。gas不僅用于支付計(jì)算步驟，也用于支付存儲(chǔ)費(fèi)用。存儲(chǔ)所需的總體費(fèi)用跟使用32字節(jié)的最小倍數(shù)成正比。存儲(chǔ)的費(fèi)用有一些細(xì)微差別。比如，既然不斷增加的存儲(chǔ)增大了所有節(jié)點(diǎn)的以太坊狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)的大小，那么有動(dòng)機(jī)來(lái)保持小的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量。因此，如果交易具有可以清除存儲(chǔ)中的條目的步驟，則免除執(zhí)行該操作的費(fèi)用，并且為了釋放存儲(chǔ)空間還可以退還費(fèi)用。以太坊是圖靈完備的語(yǔ)言，智能合約引入了循環(huán)語(yǔ)句，這使得以太坊容易受到停頓問(wèn)題的影響，可能會(huì)使程序無(wú)限運(yùn)行下去。如果沒(méi)有費(fèi)用，惡意行為者可以通過(guò)在交易中執(zhí)行無(wú)限循環(huán)，而輕易地破壞網(wǎng)絡(luò)。因此，計(jì)費(fèi)機(jī)制可以保護(hù)網(wǎng)絡(luò)免受惡意攻擊。以太坊網(wǎng)絡(luò)上的存儲(chǔ)也有成本，因此存儲(chǔ)也是需要付費(fèi)的。一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理（5）交易和消息：以太坊是基于交易的狀態(tài)機(jī)，發(fā)生在不同賬戶之間的交易推動(dòng)著以太坊的全球狀態(tài)從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另外一個(gè)狀態(tài)。從最根本的意義上來(lái)說(shuō)，交易是加密簽名的指令，它由外部賬戶生成，并序列化，然后提交到區(qū)塊鏈上。有兩類交易：消息調(diào)用和合約創(chuàng)建（即創(chuàng)建新的以太坊合約的交易）。一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理所有類型的交易均包含以下部分：1)Nonce（隨機(jī)數(shù)）：交易發(fā)送人發(fā)送的交易數(shù)量的計(jì)數(shù)。（跟比特幣的Nonce概念不同。）2)Gasprice：交易發(fā)送人愿意為執(zhí)行交易所需的每單位gas支付的Wei的數(shù)量。3)Gaslimit：交易發(fā)送人愿意為執(zhí)行交易支付的最大gas數(shù)量。數(shù)量是設(shè)置并預(yù)付的，在任何計(jì)算完成之前確定。4)To：接收人的地址。如是創(chuàng)建合約的交易，合約賬戶地址還不存在，所以使用的是空值。5)Value：從發(fā)送人轉(zhuǎn)移到接收人的Wei總量。在創(chuàng)建合約的交易中，這個(gè)值作為新創(chuàng)建合約賬戶的初始余額。6)v，r，s：用于生成簽名，該簽名可以標(biāo)識(shí)交易的發(fā)送人。7)Init：僅用于創(chuàng)建合約的交易。它是EVM代碼片段，可用來(lái)初始化新的合約賬戶。Init只允許一次，然后被拋棄。首次運(yùn)行init時(shí)，它會(huì)返回賬戶代碼的正文，這段代碼與合約賬戶產(chǎn)生永久關(guān)聯(lián)關(guān)系。8)數(shù)據(jù)：僅用于消息調(diào)用的可選字段。它是指消息調(diào)用的輸入數(shù)據(jù)（即參數(shù)）。比如，如果智能合約充當(dāng)域名注冊(cè)的服務(wù)，對(duì)合約的調(diào)用可能需要輸入字段如域名或IP地址。一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理（6）區(qū)塊：區(qū)塊就是交易的集合，公鏈或者聯(lián)盟鏈將交易打包成區(qū)塊以后會(huì)進(jìn)行持久化存儲(chǔ)。（7）交易執(zhí)行：所有交易的執(zhí)行必須滿足以下條件：1)交易必須是格式正確的RLP?！癛LP”代表“遞歸長(zhǎng)度前綴”，是一種數(shù)據(jù)格式，它用于編碼二進(jìn)制數(shù)據(jù)的嵌套數(shù)組。RLP是以太坊用于序列化對(duì)象的格式。2)有效的交易簽名。3)有效交易nonce。一個(gè)賬戶的nonce是從該賬戶發(fā)送過(guò)來(lái)交易計(jì)數(shù)。為了有效，交易nonce必須等于發(fā)送者賬戶的nonce。一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理4）交易的gaslimit必須等于或大于交易使用的固有g(shù)as，發(fā)送人的賬戶余額必須有足夠的Ether覆蓋“預(yù)定”gas成本。固有g(shù)as包括：為執(zhí)行交易預(yù)先定義的成本gas；與交易一起發(fā)送的數(shù)據(jù)的gas費(fèi)用（每字節(jié)數(shù)據(jù)或代碼相當(dāng)于零時(shí)則是4gas的費(fèi)用，每非零字節(jié)的數(shù)據(jù)或代碼是68gas費(fèi)用）；如果交易是創(chuàng)建合約的交易，則額外增加32000gas?！邦A(yù)定”gas成本包括兩個(gè)方面：最大的gas成本（交易的gaslimit乘以交易的gas價(jià)格）；從發(fā)送者轉(zhuǎn)移到接收者的總價(jià)值（總值）。如果交易滿足以上4個(gè)條件，交易才會(huì)繼續(xù)執(zhí)行。在交易執(zhí)行之前，先從發(fā)送人的余額中扣除預(yù)定的執(zhí)行成本，并將發(fā)送人的賬戶的nonce增加1以計(jì)入當(dāng)前的交易。此時(shí)，可以算出剩余的gas，它們作為交易的總gaslimit減去使用過(guò)的固有g(shù)as。一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理接下來(lái)交易開(kāi)始執(zhí)行。在交易的執(zhí)行過(guò)程中，以太坊跟蹤“子狀態(tài)”，該子狀態(tài)是記錄交易過(guò)程中產(chǎn)生的信息的方法，主要包括：1)自毀集：在交易完成后被拋棄的一組賬戶。2)日志系列：虛擬機(jī)代碼執(zhí)行的歸檔及可索引的檢查點(diǎn)。3)退還余額：交易后退還給發(fā)送人賬戶的金額。接下來(lái)，處理交易要求的各種計(jì)算。一旦交易要求的所有步驟都被處理完畢，假定沒(méi)有無(wú)效狀態(tài)，則通過(guò)確定要退還給發(fā)送人的未使用的gas金額來(lái)實(shí)現(xiàn)最終狀態(tài)。除了未使用的gas，發(fā)送人還可以從上面提到的“退款余額”中獲得一些補(bǔ)貼。一旦發(fā)送人獲得退款：1)gas的Ether已經(jīng)給到礦工。2)交易使用的gas被添加到區(qū)塊gas計(jì)數(shù)器（它跟蹤區(qū)塊中所有交易使用的總gas，并在驗(yàn)證區(qū)塊時(shí)使用）。3)在自毀集中的所有賬戶都將被刪除。最后，留下新的狀態(tài)和一組交易創(chuàng)建的日志。一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理③運(yùn)行原理（1）合約創(chuàng)建：為了創(chuàng)建新的合約賬戶，首先使用特殊公式聲明新賬戶地址，然后通過(guò)如下方式初始化新賬戶：1)把nonce（隨機(jī)數(shù)）設(shè)置為零。2)如果發(fā)送人用交易發(fā)送一定量的Ether作為價(jià)值，則設(shè)置該價(jià)值為賬戶余額。3)從發(fā)送人的余額中扣除發(fā)送給新賬戶的價(jià)值。4)把存儲(chǔ)設(shè)置為空。5)把合約的codeHash設(shè)置為空字符串的哈希。一旦初始化賬戶，使用跟隨交易發(fā)送的init代碼實(shí)際上能夠創(chuàng)建賬戶。在執(zhí)行這個(gè)初始化代碼時(shí)會(huì)產(chǎn)生多樣的變化。根據(jù)合約的構(gòu)造函數(shù)，它可能會(huì)升級(jí)賬戶的存儲(chǔ)、創(chuàng)建其他合約賬戶、進(jìn)行其他消息調(diào)用等。一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理當(dāng)執(zhí)行初始化合約的代碼時(shí)，它使用gas。交易不允許使用比剩余gas更多的gas。如果遇到這樣的情況，執(zhí)行導(dǎo)致gas不足的異常，然后退出。如果交易因?yàn)間as不足異常而退出，那么，狀態(tài)會(huì)立刻復(fù)原到交易之前到那個(gè)點(diǎn)，而發(fā)送人不會(huì)收到gas退款，該gas已在之前執(zhí)行中用完。但是，如果發(fā)送人用交易發(fā)送任何Ether價(jià)值，即使合約創(chuàng)建失敗，Ether價(jià)值也會(huì)被退回。如果初始化代碼執(zhí)行成功，會(huì)支付最終的成功創(chuàng)建合約的成本。這是存儲(chǔ)成本，支付費(fèi)用跟所創(chuàng)建合約代碼的大小成正比。如果沒(méi)有足夠的剩余gas來(lái)支付最終的成本，交易再次出現(xiàn)gas不足的異常，并中止。如果在交易執(zhí)行過(guò)程中沒(méi)有發(fā)生異常，則剩余的未使用的gas會(huì)退還給交易的最初發(fā)送人，由此被改變的狀態(tài)也允許持續(xù)存在。一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理（2）消息調(diào)用：消息調(diào)用的執(zhí)行跟合約創(chuàng)建的執(zhí)行類似，不過(guò)存在一些差異。消息調(diào)用執(zhí)行并不包括任何init代碼，因?yàn)闆](méi)有創(chuàng)建新的賬戶。如果數(shù)據(jù)由交易發(fā)送人提供，則它可以包含輸入數(shù)據(jù)。一旦執(zhí)行，消息調(diào)用還有額外的組件，組件包含了輸出數(shù)據(jù)，如果接下來(lái)的執(zhí)行需要該數(shù)據(jù)，它會(huì)被使用。跟合約創(chuàng)建一樣，如果因?yàn)間as不足或交易無(wú)效（如堆棧溢出、無(wú)效跳轉(zhuǎn)目標(biāo)或無(wú)效指令），消息調(diào)用退出，并且所使用的gas不會(huì)退還給最初的調(diào)用者。相反，所有剩余的未使用的gas被消耗，并且狀態(tài)會(huì)復(fù)原到余額轉(zhuǎn)移之前的點(diǎn)。一以太坊詳解2.以太坊工作流程及運(yùn)行原理（3）執(zhí)行模式：交易是在VM上執(zhí)行的，實(shí)際處理交易流程的部分協(xié)議是以太坊自己的虛擬機(jī)，也就是所謂的EVM。EVM是圖靈完備的虛擬機(jī)，跟其他圖靈完備的機(jī)器相比，EVM唯一的限制是它跟gas是內(nèi)在綁定的。也就是說(shuō)，它的計(jì)算量是受gas量?jī)?nèi)在約束的。EVM有基于堆棧的架構(gòu)，堆棧計(jì)算機(jī)使用后進(jìn)先出堆棧來(lái)保存臨時(shí)值。EVM中每個(gè)堆棧項(xiàng)的大小是256位，堆棧最大的大小為1024。EVM有內(nèi)存，其中的item存儲(chǔ)為字尋址字節(jié)數(shù)組。內(nèi)存不穩(wěn)定，意味著它不是持久的。EVM還有存儲(chǔ)空間。跟內(nèi)存不同，存儲(chǔ)是穩(wěn)定的，同時(shí)它作為系統(tǒng)狀態(tài)的一部分進(jìn)行維持。EVM在虛擬ROM中分別存儲(chǔ)程序代碼，這些代碼只能通過(guò)特別指令訪問(wèn)。通過(guò)這種方式，EVM跟經(jīng)典的馮·諾依曼架構(gòu)不同，其中的程序代碼存儲(chǔ)在內(nèi)存或存儲(chǔ)器中。EVM也有它自己的語(yǔ)言：“EVM字節(jié)代碼”。當(dāng)一個(gè)程序員編寫以太坊智能合約時(shí)，一般來(lái)說(shuō)，會(huì)使用高階語(yǔ)言如Solidity。之后，可以將其編譯為EVM可以理解的EVM字節(jié)代碼。一以太坊詳解3.以太坊區(qū)塊結(jié)構(gòu)及鏈結(jié)構(gòu)區(qū)塊就是交易的集合，公鏈或者聯(lián)盟鏈將交易打包成區(qū)塊以后會(huì)進(jìn)行持久化存儲(chǔ)。如圖是經(jīng)典的以太坊區(qū)塊結(jié)構(gòu)，從中可以看到以太坊區(qū)塊結(jié)構(gòu)由兩部分組成，分別是區(qū)塊頭（header）和區(qū)塊體（body）兩部分。一以太坊詳解3.以太坊區(qū)塊結(jié)構(gòu)及鏈結(jié)構(gòu)區(qū)塊頭（header）：區(qū)塊頭存儲(chǔ)了區(qū)塊的元信息，用來(lái)對(duì)區(qū)塊內(nèi)容進(jìn)行一些標(biāo)識(shí)、校驗(yàn)、說(shuō)明等。（1）通用字段：ParentHash：父區(qū)塊的哈希值。Root：世界狀態(tài)的哈希，stateDB的RLP編碼后的哈希值。TxHash（transactionroothash）：交易字典樹(shù)的根哈希，由本區(qū)塊所有交易的交易哈希算出。ReceptHash：收據(jù)樹(shù)的哈希。Time：區(qū)塊產(chǎn)生出來(lái)的Unix時(shí)間戳。Number：區(qū)塊號(hào)。Bloom：布隆過(guò)濾器，快速定位日志是否在這個(gè)區(qū)塊中。一以太坊詳解3.以太坊區(qū)塊結(jié)構(gòu)及鏈結(jié)構(gòu)（2）公鏈場(chǎng)景：Coinbase：挖出這個(gè)塊的礦工地址，挖出區(qū)塊所獎(jiǎng)勵(lì)的ETH就會(huì)發(fā)放到這個(gè)地址。Difficulty：當(dāng)前工作量證明算法的復(fù)雜度。GasLimit：每個(gè)區(qū)塊Gas的消耗上線。GasUsed：當(dāng)前區(qū)塊所有交易使用的Gas之和。MixDigest：挖礦得到的Pow算法證明的摘要，也就是挖礦的工作量證明。nonce：挖礦找到的滿足條件的值。Uncle：叔塊，和以太坊的共識(shí)算法相關(guān)。一般而言一個(gè)類以太坊的聯(lián)盟鏈?zhǔn)切枰厦娼榻B的通用字段的，但是也不絕對(duì)，還可能與選擇的共識(shí)算法，隱私保護(hù)策略，設(shè)計(jì)偏好有關(guān)。區(qū)塊體（Body）：區(qū)塊體包括這個(gè)區(qū)塊打包的所有交易，在一些鏈的設(shè)計(jì)中，并不像以太坊區(qū)分header和body，而是整合在一起。（1）區(qū)塊頭存儲(chǔ)以太坊通過(guò)如下方式將區(qū)塊頭轉(zhuǎn)換成鍵值對(duì)存儲(chǔ)在LevelDB中：headerPrefix+num+hash->rlp(header)（2）區(qū)塊體存儲(chǔ)區(qū)塊體的存儲(chǔ)方式也是類似：bodyPrefix+num+hash->rlp(block)最初系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)空白的區(qū)塊（無(wú)交易信息），每個(gè)新產(chǎn)生的區(qū)塊的ParentHash指向上一塊區(qū)塊，這樣就形成了區(qū)塊鏈。2以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境二以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境當(dāng)開(kāi)發(fā)者使用Solidity語(yǔ)言編寫智能合約時(shí)，智能合約實(shí)際上就是由Solidity代碼編譯后的程序，也就是說(shuō)，智能合約的編譯環(huán)境就是Solidity的編譯環(huán)境。而這段程序（智能合約）的執(zhí)行環(huán)境就是EVM。在以太坊中，Solidity編寫的智能合約經(jīng)過(guò)編譯后會(huì)生成一串十六進(jìn)制字節(jié)碼，創(chuàng)建后進(jìn)行調(diào)用時(shí)，也需要將調(diào)用的函數(shù)（function）名稱和參數(shù)轉(zhuǎn)化成一串十六進(jìn)制字節(jié)碼寫進(jìn)交易中。當(dāng)用戶通過(guò)發(fā)起ethsendTransaction或者ethcall創(chuàng)建或者調(diào)用智能合約時(shí)，就要在交易（Transaction）的data字段填入這個(gè)十六進(jìn)制碼。創(chuàng)建智能合約時(shí)，EVM會(huì)將這段字節(jié)碼解析成相應(yīng)的指令符序列，存儲(chǔ)到一個(gè)新建的智能合約地址下。當(dāng)用戶調(diào)用這個(gè)智能合約時(shí)，以太坊本身會(huì)根據(jù)交易里的to宇段先獲取到這個(gè)智能合約的信息，EVM先根據(jù)data字段里解析出的具體函數(shù)和參數(shù)生成具體的指令，再依次執(zhí)行這些指令得到執(zhí)行結(jié)果，這些操作會(huì)涉及對(duì)賬戶狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行更改。二以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境1.以太坊開(kāi)發(fā)工具及框架流行的以太坊開(kāi)發(fā)框架：（1）Truffle：最為流行的智能合約開(kāi)發(fā)、測(cè)試和部署框架，經(jīng)常與Ganache(也是由Truffle團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā))一起搭配使用。（2）Embark：和廣泛使用的Truffle類似，Embark也是一個(gè)功能強(qiáng)大的DApp開(kāi)發(fā)框架，幫助開(kāi)發(fā)者快速構(gòu)建和部署DApp。Embark不單可以與以太坊區(qū)塊鏈通信，還集成了IPFS/Swarm去中心化存儲(chǔ)和Whisper網(wǎng)絡(luò)通信功能。（3）Populus：用Python語(yǔ)言寫的智能合約開(kāi)發(fā)框架。（4）Etherlime：基于ethers.js的DApp開(kāi)發(fā)框架。二以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境1.以太坊開(kāi)發(fā)工具及框架集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）：（1）Remix：一個(gè)基于solidity語(yǔ)言的在線智能合約開(kāi)發(fā)IDE，它提供從編譯，調(diào)試到部署的全流程支持。（2）AtomAtom：AtomAtom編輯器可以結(jié)合AtomSolidityLinter,Etheratom等插件進(jìn)行智能合約開(kāi)發(fā)。（3）Pragma：一個(gè)非常簡(jiǎn)單的solidity合約在線IDE，提供合約的編譯、部署與調(diào)用支持。（4）SuperblocksStudio：SuperblocksStudio可以幫助你在線編寫、編譯與部署智能合約，目前處于beta版本。（5）Vimsolidity：有了這個(gè)，使用vim也可以寫愉快地寫solidity了。（6）VisualStudioCode：VSCode是日常用的最多的工具。（7）IntellijSolidityPlugin：JetBrainsIntelliJIdeaIDE上用的solidity插件，支持語(yǔ)法高亮，格式化與代碼自動(dòng)補(bǔ)全。本文選擇Truffle這個(gè)最為流行的智能合約開(kāi)發(fā)、測(cè)試和部署框架進(jìn)行介紹。本節(jié)介紹用于啟動(dòng)以太坊的以太坊客戶端Geth、編譯智能合約的Solidity編譯器和流行的智能合約開(kāi)發(fā)框架Truffle。二以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境1.以太坊開(kāi)發(fā)工具及框架1．GethGeth是GoEthereum開(kāi)源項(xiàng)目的簡(jiǎn)稱，它是使用Go語(yǔ)言編寫且實(shí)現(xiàn)了Ethereum協(xié)議的客戶端軟件，也是目前用戶最多，使用最廣泛的客戶端。通過(guò)Geth客戶端與以太坊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接和交互可以實(shí)現(xiàn)賬戶管理、合約部署、挖礦等眾多有趣且實(shí)用的功能。Geth啟動(dòng)時(shí)需要對(duì)創(chuàng)世區(qū)塊文件和相關(guān)參數(shù)進(jìn)行配置。創(chuàng)世區(qū)塊文件genesis.json是區(qū)塊鏈最重要的識(shí)別標(biāo)志之一，每一條區(qū)塊鏈都有唯一識(shí)別的創(chuàng)世區(qū)塊文件，如果兩臺(tái)機(jī)器啟動(dòng)Geth時(shí)所選用的創(chuàng)世區(qū)塊文件不同，就無(wú)法被識(shí)別為同一條區(qū)塊鏈的成員。因此，同一條聯(lián)盟鏈中的所有節(jié)點(diǎn)必須使用同一份創(chuàng)世區(qū)塊文件進(jìn)行初始化配置。二以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境1.以太坊開(kāi)發(fā)工具及框架下面是創(chuàng)世區(qū)塊文件genesis.json的一個(gè)示例：{"config":{"chainId":11,"homesteadBlock":0,"eip150Block":0,"eip150Hash":"0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000","eip155Block":0,"eip158Block":0,"byzantiumBlock":0,"constantinopleBlock":0,"petersburgBlock":0,"ethash":{}},"nonce":"0x0","timestamp":"0x5d5cdc87","extraData":"0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000","gasLimit":"0x47b760","difficulty":"0x80000","mixHash":"0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000","coinbase":"0x0000000000000000000000000000000000000000","alloc":{"0000000000000000000000000000000000000000":{"balance":"0x1"}},"number":"0x0","gasUsed":"0x0","parentHash":"0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000"}二以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境1.以太坊開(kāi)發(fā)工具及框架根據(jù)配置用途可分為三大類：（1）鏈配置。config項(xiàng)是定義鏈配置，會(huì)影響共識(shí)協(xié)議，雖然鏈配置對(duì)創(chuàng)世影響不大，但新區(qū)塊的出塊規(guī)則均依賴鏈配置。（2）創(chuàng)世區(qū)塊頭信息配置。nonce：隨機(jī)數(shù)，對(duì)應(yīng)創(chuàng)世區(qū)塊Nonce字段。timestamp：UTC時(shí)間戳，對(duì)應(yīng)創(chuàng)世區(qū)塊Time字段。extraData：額外數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)創(chuàng)世區(qū)塊Extra字段。gasLimit：必填，燃料上限，對(duì)應(yīng)創(chuàng)世區(qū)塊GasLimit字段。difficulty：必填，難度系數(shù)，對(duì)應(yīng)創(chuàng)世區(qū)塊Difficulty字段。搭建私有鏈時(shí)，需要根據(jù)情況選擇合適的難度值，以便調(diào)整出塊。minHash：一個(gè)哈希值，對(duì)應(yīng)創(chuàng)世區(qū)塊的MixDigest字段。和nonce值一起證明在區(qū)塊上已經(jīng)進(jìn)行了足夠的計(jì)算。coinbase：一個(gè)地址，對(duì)應(yīng)創(chuàng)世區(qū)塊的Coinbase字段。（3）初始賬戶資產(chǎn)配置。alloc項(xiàng)是創(chuàng)世中初始賬戶資產(chǎn)配置。在生成創(chuàng)世區(qū)塊時(shí)，將此數(shù)據(jù)集中的賬戶資產(chǎn)寫入?yún)^(qū)塊中，相當(dāng)于預(yù)挖礦。這對(duì)開(kāi)發(fā)測(cè)試和私有鏈非常好用，不需要挖礦就可以直接為任意多個(gè)賬戶分配資產(chǎn)。二以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境1.以太坊開(kāi)發(fā)工具及框架Geth常用命令：（1）初始化創(chuàng)世區(qū)塊：geth--datadir/path/to/datadirinit/path/to/genesis.json（2）啟動(dòng)私有鏈：geth--identity"TestNode"--rpc--rpcport"8545"--datadir/path/to/datadir--port "30303"--nodiscoverconsole--identity：指定節(jié)點(diǎn)ID。--rpc：表示開(kāi)啟HTTP-RPC服務(wù)。--rpcport：指定HTTP-RPC服務(wù)監(jiān)聽(tīng)端口號(hào)（默認(rèn)為8545）。--datadir：指定區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置。--port：指定和其他節(jié)點(diǎn)連接所用的端口號(hào)（默認(rèn)為30303）。--nodiscover：關(guān)閉節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)機(jī)制，防止加入同樣配置的陌生節(jié)點(diǎn)。（3）快速同步模式：geth--fastconsole2>network_sync.log（4）瀏覽日志：tail-fnetwork_sync.log二以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境1.以太坊開(kāi)發(fā)工具及框架（5）賬戶操作：創(chuàng)建賬戶：gethaccountnew查看賬戶：gethaccountlist查看賬戶余額：eth.getBalance(eth.accounts[])解鎖賬戶：personal.unlockAccount(eth.accounts[],<password>)轉(zhuǎn)賬：eth.sendTransaction({from:sender,to:receiver,value:amount,gas:gasAmount})（6）挖礦：設(shè)置挖礦進(jìn)程數(shù)目：geth--mine--minerthreads=4開(kāi)始挖礦：miner.start(8)結(jié)束挖礦：miner.stop()查看挖礦速率：miner.getHashrate()查看區(qū)塊高度：eth.blockNumber查看挖礦賬戶：eth.coinbase設(shè)置挖礦賬戶：miner.setEtherbase(eth.accounts[0])二以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境1.以太坊開(kāi)發(fā)工具及框架（7）檢查連接狀態(tài)：檢查是否連接：net.listening連接到的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)：net.peerCount添加節(jié)點(diǎn)：admin.addPeer()查看添加的節(jié)點(diǎn)的信息：admin.peers（8）查看：查看區(qū)塊信息：eth.getBlock(n)交易信息：eth.getTransaction()查看正在等待確認(rèn)的交易：eth.getBlock("pending",true).transactions二以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境1.以太坊開(kāi)發(fā)工具及框架2．Solidity編譯器以太坊官方社區(qū)提供了Solidity語(yǔ)言的編譯開(kāi)發(fā)工具Solidity項(xiàng)目（/ethereum/solidity）。該項(xiàng)目是用C++編寫的，使用者可以根據(jù)自己的操作系統(tǒng)下載相應(yīng)發(fā)布版的二進(jìn)制可執(zhí)行文件。如果想使用最新的版本，可以同步最新的代碼自行編譯生成可執(zhí)行文件。Solidity項(xiàng)目還提供了一個(gè)命令行工具：Solc。Solc不僅提供將Solidity編譯成字節(jié)碼的功能，也提供一些智能合約相關(guān)的信息，比如可以生成函數(shù)的簽名（調(diào)用智能合約各個(gè)函數(shù)時(shí)的依據(jù)）、估算每個(gè)函數(shù)消耗的Gas等。下面我們展示一些常用的Sole使用方法。Solc命令行工具基本的使用模板：solc[options][input_file...]其中options可以是各種參數(shù)，用于指定輸出的文件的格式和輸出路徑等。二以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境1.以太坊開(kāi)發(fā)工具及框架Solc最常使用的例子如下：solc--bin-otmp/solcoutputcontract.sol其中，--bin是指將Solidity智能合約編譯成十六進(jìn)制字節(jié)碼。執(zhí)行完以上命令后，會(huì)在/tmp/solcoutput目錄下生成一個(gè)以代碼中定義的合約名（非文件名）命名的.bin的文件，里面存著編譯出來(lái)的字節(jié)碼。除了--bin，Solc也支持其他各種相關(guān)格式的輸出：--ast：所有源文件的抽象語(yǔ)法樹(shù)。--ast-json：json格式的抽象語(yǔ)法樹(shù)。--ast-compact-on：壓縮（去空格、空行）過(guò)后的json格式抽象語(yǔ)法樹(shù)。--asm：EVM的匯編語(yǔ)言。--asm-json：json格式的EVM匯編語(yǔ)言。--opcodes：操作碼（和--asm作用類似，區(qū)別在于asm會(huì)有一些對(duì)應(yīng)到源文件的注釋，而opcodes只有操作碼）。--bin：十六進(jìn)制字節(jié)碼。--bin-runtime：運(yùn)行時(shí)部分的十六進(jìn)制碼（沒(méi)有構(gòu)造函數(shù)部分）。二以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境1.以太坊開(kāi)發(fā)工具及框架--clone-bin：克隆合約的十六進(jìn)制字節(jié)碼。--abi：應(yīng)用程序二進(jìn)制接口規(guī)范。--hashes：各個(gè)函數(shù)的簽名（十六進(jìn)制名稱，用于調(diào)用智能合約時(shí)識(shí)別指定的函數(shù)）。--userdoc：用戶使用說(shuō)明文檔。--devdoc：開(kāi)發(fā)者文檔。--metadata：編譯源文件的元數(shù)據(jù)（包括編譯器版本、abi、userdoc、devdoc、設(shè)置、源文件hash等，以json格式組織在一起）。例子里的-o是用來(lái)指定輸出文件路徑的。還有一些常用的選項(xiàng)：--optimize：編譯字節(jié)碼時(shí)進(jìn)行優(yōu)化。--optimize-runsn(=200)在激活優(yōu)化功能時(shí)，為了進(jìn)行優(yōu)化，試執(zhí)行合約的次數(shù)--add-std：添加標(biāo)準(zhǔn)合約。--librarieslibs：指定合約依賴的庫(kù)。--overwrite：在指定目錄里覆蓋已有的輸出文件。--pretty-json：當(dāng)用戶指定輸出的格式為json時(shí)，以可讀性更好的形式輸出。--gas：執(zhí)行編譯時(shí)打印出各個(gè)函數(shù)估測(cè)消耗的Gas數(shù)量。二以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境1.以太坊開(kāi)發(fā)工具及框架3．TruffleTruffle(/)是現(xiàn)在比較流行的Solidity智能合約開(kāi)發(fā)框架，功能十分強(qiáng)大，可以幫助開(kāi)發(fā)者迅速搭建起一個(gè)DApp。Truffle具體的特性有：（1）內(nèi)建智能合約編譯、鏈接、部署和二進(jìn)制包管理功能；（2）支持對(duì)智能合約的自動(dòng)測(cè)試；（3）支持自動(dòng)化部署、移植；（4）支持公有鏈和私有鏈，可以輕松部署到不同的網(wǎng)絡(luò)中；（5）支持訪問(wèn)外部包，可以方便地基于NPM和EthPM引入其他智能合約的依賴；（6）可以使用Truffle命令行工具執(zhí)行外部腳本。二以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境2.以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建本節(jié)介紹以太坊客戶端Geth、編程語(yǔ)言Solidity和智能合約開(kāi)發(fā)框架Truffle的安裝。1．Geth安裝Go-ethereum又稱Geth，是當(dāng)前最為成熟的以太坊客戶端，采用Go語(yǔ)言編寫，以下是Geth的安裝部署過(guò)程。（1）在Windows系統(tǒng)中一鍵安裝Geth安裝包下載地址為：/downloads/。下載完成后打開(kāi)并安裝，默認(rèn)路徑為C:\ProgramFiles\Geth。安裝完成后，打開(kāi)命令行，輸入如命令gethhelp顯示如圖所示表示安裝成功。二以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境2.以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建（2）在Linux系統(tǒng)中安裝Geth在Linux系統(tǒng)中，Geth可以從指定源直接安裝，也可以下載源代碼井編譯安裝。下面以Ubuntu16.04為例說(shuō)明其安裝部署過(guò)程。需要注意的是，在Linux環(huán)境下部分命令需要root權(quán)限執(zhí)行，如apt命令等，本章的命令代碼中以“#”開(kāi)頭的命令表示需要root權(quán)限執(zhí)行，以“$”開(kāi)頭表示僅需在普通用戶權(quán)限下執(zhí)行。使用PPA安裝：#apt-getinstall-ysoftware-properties-common#add-apt-repository-yppa:ethereum/ethereum#add-apt-repository-yppa:ethereum/ethereum-dev#apt-getupdate#apt-getinstallethereum編譯完成后的二進(jìn)制文件為./build/bin/geth。二以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境2.以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建2．Solidity安裝（1）Windows系統(tǒng)中安裝Solidity一鍵安裝Nodejs。Nodejs官方長(zhǎng)期支持的版本為8.10.0LTS，其下載地址為/dist/v8.10.0/node-v8.10.0-x64.msi。安裝完成后，在命令行或者終端中使用命令：npminstallsolc進(jìn)行安裝。（2）在Linux系統(tǒng)中安裝Solidity使用NPM進(jìn)行安裝：使用命令#apt-getinstallnodejs安裝nodejs。安裝完成后使用命令npminstallsolc進(jìn)行安裝，再按如下方法進(jìn)行源代碼編譯。首先使用如下命令加入相關(guān)的包依賴：#sudoapt-get-yupdate#sudoapt-get-yinstalllanguage-pack-en-base#sudodpkg-reconfigurelocales#sudoapt-get-yinstallsoftware-properties-common#sudoadd-apt-repository-yppa:ethereum/ethereum#sudoadd-apt-repository-yppa:ethereum/ethereum-dev#sudoapt-get-yupdate#sudoapt-get-yupgrade二以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境2.以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建然后使用如下命令下載并編譯Solidity：#gitclone--recursive/ethereum/webthree-umbrella.git#cdwebthree-umbrella#更新Solidity庫(kù)#./webthree-helpers/scripts/ethupdate.sh--no-push--simple-pull--projectsolidity#編譯Solidity#./webthree-helpers/scripts/ethbuild.sh--no-git--projectsolidity--all--cores4-DEVMJIT=0二以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境2.以太坊開(kāi)發(fā)環(huán)境搭建3．安裝Truffle（1）Windows系統(tǒng)中安裝Truffle在命令行或者終端中使用命令：#npminstall--global--productionwindows-build-tools安裝依賴，安裝完成后使用#npminstall-gtruffle安裝Truffle。（2）Linux系統(tǒng)中安裝Truffle在命令行或者終端中使用命令：#npminstall-gtruffle。3以太坊智能合約開(kāi)發(fā)三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)1.智能合約運(yùn)行環(huán)境

以太坊虛擬機(jī)（EVM）是以太坊中智能合約的運(yùn)行環(huán)境，它不僅被沙箱封裝起來(lái)，事實(shí)上它被完全隔離運(yùn)行，也就是說(shuō)運(yùn)行在EVM內(nèi)部的代碼不能接觸到網(wǎng)絡(luò)、文件系統(tǒng)或者其它進(jìn)程，甚至智能合約之間也只有有限的調(diào)用。1．業(yè)務(wù)流程以太坊虛擬機(jī)，簡(jiǎn)稱EVM，是用來(lái)執(zhí)行以太坊上的交易的。業(yè)務(wù)流程如圖所示：輸入一筆交易，內(nèi)部會(huì)轉(zhuǎn)換成一個(gè)Message對(duì)象，傳入EVM執(zhí)行。如果是一筆普通轉(zhuǎn)賬交易，那么直接修改StateDB中對(duì)應(yīng)的賬戶余額即可。如果是智能合約的創(chuàng)建或者調(diào)用，則通過(guò)EVM中的解釋器加載和執(zhí)行字節(jié)碼，執(zhí)行過(guò)程中可能會(huì)查詢或者修改StateDB。三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)1.智能合約運(yùn)行環(huán)境2．固定油費(fèi)（IntrinsicGas）

對(duì)于每筆交易，先需要收取一筆固定油費(fèi)，計(jì)算方法如下：如果交易不帶額外數(shù)據(jù)（Payload），比如普通轉(zhuǎn)賬，那么需要收取21000的油費(fèi)。如果交易攜帶額外數(shù)據(jù)，那么額外攜帶的數(shù)據(jù)也是需要收費(fèi)的。具體來(lái)說(shuō)是按字節(jié)收費(fèi)：字節(jié)為0的收4塊，字節(jié)不為0收68塊，所以會(huì)看到很多做合約優(yōu)化的，目的就是減少數(shù)據(jù)中不為0的字節(jié)數(shù)量，從而降低油費(fèi)gas消耗。三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)1.智能合約運(yùn)行環(huán)境3．生成Contract對(duì)象

交易會(huì)被轉(zhuǎn)換成一個(gè)Message對(duì)象傳入EVM，而EVM則會(huì)根據(jù)Message生成一個(gè)Contract對(duì)象以便后續(xù)執(zhí)行：可以看到，Contract中會(huì)根據(jù)合約地址，從StateDB中加載對(duì)應(yīng)的代碼，然后送入解釋器執(zhí)行。執(zhí)行合約能夠消耗的油費(fèi)有一個(gè)上限，就是節(jié)點(diǎn)配置的每個(gè)區(qū)塊能夠容納的GasLimit。三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)1.智能合約運(yùn)行環(huán)境4．送入解釋器執(zhí)行代碼跟輸入都有了，就可以送入解釋器執(zhí)行了。EVM是基于棧的虛擬機(jī)，解釋器中需要操作四大組件：PC：類似于CPU中的PC寄存器，指向當(dāng)前執(zhí)行的指令。Stack：執(zhí)行堆棧，位寬為256bits，最大深度為1024。Memory：內(nèi)存空間。Gas：油費(fèi)池，耗光油費(fèi)則交易執(zhí)行失敗。三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)1.智能合約運(yùn)行環(huán)境具體解釋執(zhí)行的流程參見(jiàn)：EVM的每條指令稱為一個(gè)OpCode，占用一個(gè)字節(jié)，所以指令集最多不超過(guò)256，具體描述參見(jiàn)：https://ethervm.io。首先PC會(huì)從合約代碼中讀取一個(gè)OpCode，然后從一個(gè)JumpTable中檢索出對(duì)應(yīng)的operation，也就是與其相關(guān)聯(lián)的函數(shù)集合。接下來(lái)會(huì)計(jì)算該操作需要消耗的油費(fèi)，如果油費(fèi)耗光則執(zhí)行失敗，返回ErrOutOfGas錯(cuò)誤。如果油費(fèi)充足，則調(diào)用execute()執(zhí)行該指令，根據(jù)指令類型的不同，會(huì)分別對(duì)Stack、Memory或者StateDB進(jìn)行讀寫操作。三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)1.智能合約運(yùn)行環(huán)境5．調(diào)用合約函數(shù)

前面分析完了EVM解釋執(zhí)行的主要流程，那么EVM怎么知道交易想調(diào)用的是合約里的哪個(gè)函數(shù)呢？前面提到跟合約代碼一起送到解釋器里的還有一個(gè)Input，而這個(gè)Input數(shù)據(jù)是由交易提供的。三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)1.智能合約運(yùn)行環(huán)境Input數(shù)據(jù)通常分為兩個(gè)部分：前面4個(gè)字節(jié)被稱為“4-bytesignature”，是某個(gè)函數(shù)簽名的Keccak哈希值的前4個(gè)字節(jié)，作為該函數(shù)的唯一標(biāo)識(shí)。后面跟的就是調(diào)用該函數(shù)需要提供的參數(shù)了，長(zhǎng)度不定。例如：在部署完A合約后，調(diào)用add(1)對(duì)應(yīng)的Input數(shù)據(jù)是：0x87db03b70000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001。而在編譯智能合約的時(shí)候，編譯器會(huì)自動(dòng)在生成的字節(jié)碼的最前面增加一段函數(shù)選擇邏輯：首先通過(guò)CALLDATALOAD（把輸入數(shù)據(jù)加載到Stack中）指令將“4-bytesignature”壓入堆棧中，然后依次跟該合約中包含的函數(shù)進(jìn)行比對(duì)，如果匹配則調(diào)用JUMPI指令跳入該段代碼繼續(xù)執(zhí)行。三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)1.智能合約運(yùn)行環(huán)境6．合約調(diào)用合約合約內(nèi)部調(diào)用另外一個(gè)合約，有4種調(diào)用方式：1)CALL。2)CALLCODE。3)DELEGATECALL。4)STATICALL。這里先以最簡(jiǎn)單的CALL為例，調(diào)用流程如下圖所示：三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)1.智能合約運(yùn)行環(huán)境6．合約調(diào)用合約合約內(nèi)部調(diào)用另外一個(gè)合約，有4種調(diào)用方式：1)CALL。2)CALLCODE。3)DELEGATECALL。4)STATICALL。三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)1.智能合約運(yùn)行環(huán)境這里先以最簡(jiǎn)單的CALL為例，調(diào)用流程如下圖所示：可以看到，調(diào)用者把調(diào)用參數(shù)存儲(chǔ)在內(nèi)存中，然后執(zhí)行CALL指令。CALL指令執(zhí)行時(shí)會(huì)創(chuàng)建新的Contract對(duì)象，并以內(nèi)存中的調(diào)用參數(shù)作為其Input。解釋器會(huì)為新合約的執(zhí)行創(chuàng)建新的Stack和Memory，從而不會(huì)破環(huán)原合約的執(zhí)行環(huán)境。新合約執(zhí)行完成后，通過(guò)RETURN指令把執(zhí)行結(jié)果寫入之前指定的內(nèi)存地址，然后原合約繼續(xù)向后執(zhí)行。三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)1.智能合約運(yùn)行環(huán)境7．創(chuàng)建合約如果某一筆交易的to地址為nil，則表明該交易是用于創(chuàng)建智能合約的。首先需要?jiǎng)?chuàng)建合約地址，采用下面的計(jì)算公式：Keccak(RLP(call_addr,nonce))[:12]。也就是說(shuō)，對(duì)交易發(fā)起人的地址和nonce進(jìn)行RLP編碼，再算出Keccak哈希值，取后20個(gè)字節(jié)作為該合約的地址。下一步就是根據(jù)合約地址創(chuàng)建對(duì)應(yīng)的stateObject，然后存儲(chǔ)交易中包含的合約代碼。該合約的所有狀態(tài)變化會(huì)存儲(chǔ)在一個(gè)storagetrie中，最終以Key-Value的形式存儲(chǔ)到StateDB中。代碼一經(jīng)存儲(chǔ)則無(wú)法改變，而storagetrie中的內(nèi)容則是可以通過(guò)調(diào)用合約進(jìn)行修改的，比如通過(guò)SSTORE指令。三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)2.智能合約開(kāi)發(fā)語(yǔ)言1結(jié)構(gòu)Solidity中的合約與面向?qū)ο缶幊陶Z(yǔ)言中的類（Class）很相似，在一個(gè)合約中可以聲明多種成員，包括狀態(tài)變量、函數(shù)、函數(shù)修改器、事件等。同時(shí)，一個(gè)合約可以繼承另一個(gè)合約。本節(jié)將簡(jiǎn)單介紹各種成員的形式和作用。狀態(tài)變量是永久存儲(chǔ)在合約賬戶存儲(chǔ)中的值，用于保存合約的狀態(tài)。Solidity語(yǔ)言提供了多種類型的變量，下面的代碼在合約中聲明了一個(gè)無(wú)符號(hào)整數(shù)類型的狀態(tài)變量：contractSimpleStorage{uintsomeData;//狀態(tài)變量}函數(shù)是合約代碼的執(zhí)行單位，一個(gè)合約中可能包含許許多多提供各種功能的函數(shù)，它們相互調(diào)用，共同組成合約的工作邏輯。合約中還有一些特殊的函數(shù)，比如合約創(chuàng)建時(shí)執(zhí)行的構(gòu)造函數(shù)、想要調(diào)用一個(gè)不存在的函數(shù)時(shí)自動(dòng)執(zhí)行的fallback函數(shù)等。下面的代碼在合約中聲明了一個(gè)不做任何操作的函數(shù)：contractSimpleAction{functiondoNothing(){//函數(shù)}}三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)2.智能合約開(kāi)發(fā)語(yǔ)言函數(shù)修改器可用于改變函數(shù)的行為，在函數(shù)執(zhí)行前或執(zhí)行后插入其他邏輯，比如在函數(shù)執(zhí)行前進(jìn)行參數(shù)檢查等。下面的代碼演示了如何使用一個(gè)函數(shù)修改器確保一個(gè)函數(shù)只能被合約的創(chuàng)建者調(diào)用：contractSimpleContract{addresspubliccreater;functionSimpleContract(){creater=msg.sender;//構(gòu)造函數(shù)中記錄合約創(chuàng)建者}modifieronlyCreater(){//函數(shù)修改器require(msg.sender==creater);_//使用下劃線指代原函數(shù)代碼}functionabort()onlyCreater{//使用函數(shù)修改器}}三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)2.智能合約開(kāi)發(fā)語(yǔ)言事件是以太坊日志協(xié)議的高層次抽象，用于記錄合約執(zhí)行過(guò)程中發(fā)生的各種事件和狀態(tài)變化。在下面的代碼中，當(dāng)donate函數(shù)被調(diào)用時(shí)會(huì)自動(dòng)記錄調(diào)用者的地址和以太幣數(shù)量，以供將來(lái)查看：contractFunding{eventDeposit(addressfrom,uintamount);//事件functiondonate()payable{Deposit(msg.sender,msg.value);//觸發(fā)事件}}三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)2.智能合約開(kāi)發(fā)語(yǔ)言2變量類型在計(jì)算機(jī)程序中需要使用變量來(lái)存儲(chǔ)值。值有多種類型，比如整數(shù)、小數(shù)、字符串等，不同類型的值需要存儲(chǔ)在不同類型的變量中。Solidity是一門靜態(tài)類型語(yǔ)言，每一個(gè)變量都必須指定變量的類型，否則無(wú)法正確編譯。Solidity提供了一些基礎(chǔ)的變量類型，可以使用這些基礎(chǔ)類型組合形成復(fù)雜的類型。變量類型根據(jù)參數(shù)傳遞方式的不同可以分為兩類：值類型和引用類型。值類型在每次賦值或者作為參數(shù)傳遞時(shí)都會(huì)創(chuàng)建一份拷貝，引用類型則有兩種存儲(chǔ)地點(diǎn)，即賬戶存儲(chǔ)和內(nèi)存。狀態(tài)變量與部分類型的局部變量（數(shù)組、結(jié)構(gòu)體等復(fù)雜類型）是默認(rèn)保存在賬戶存儲(chǔ)中的，而函數(shù)的參數(shù)和其他簡(jiǎn)單類型的局部變量則保存在內(nèi)存中。必要時(shí)還可以在聲明變量時(shí)加上memory或者storage修飾詞來(lái)強(qiáng)制限定變量的存儲(chǔ)地點(diǎn)。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)地點(diǎn)非常重要，引用類型在不同的存儲(chǔ)位置賦值，其產(chǎn)生的結(jié)果完全不同。值類型包括布爾類型、整數(shù)類型、地址類型、固定長(zhǎng)度字節(jié)數(shù)組等，引用類型包括數(shù)組、結(jié)構(gòu)體等。三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)2.智能合約開(kāi)發(fā)語(yǔ)言1.值類型（1）布爾類型布爾類型（bool）可能的取值是常量true和false。支持!（邏輯非）、&&（邏輯與）、||（邏輯或）、==（等于）、!=（不等于）等運(yùn)算符。（2）整數(shù)類型int表示有符號(hào)整數(shù)，uint表示元符號(hào)整數(shù)。變量支持通過(guò)后綴指明變量使用多少位進(jìn)行存儲(chǔ)，后綴必須是8~256范圍內(nèi)8的整數(shù)倍，比如int8、intl6、int256。如果沒(méi)有顯式指明后綴，int默認(rèn)表示int256，uint默認(rèn)表示uint256。（3）枚舉類型枚舉類型（enums）是一種用戶自定義的類型，用于聲明一些命名的常數(shù)。下面的代碼演示了如何聲明和使用枚舉類型。枚舉類型可以與整數(shù)類型之間顯式地進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換，但是不能自動(dòng)進(jìn)行隱式轉(zhuǎn)換。枚舉類型的成員默認(rèn)從0開(kāi)始，依次遞增，在下面的例子中DEFAULT、ONE、TWO分別對(duì)應(yīng)整數(shù)0、1、2。contractSirnpleEnurn{enurnSorneEnurn{DEFAULT,ONE,TWO};//聲明一個(gè)枚舉類型}三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)2.智能合約開(kāi)發(fā)語(yǔ)言（4）地址類型地址類型（address）的長(zhǎng)度為20字節(jié)（與以太坊賬戶地址長(zhǎng)度一致），其是合約的基類，擁有－些成員方法和變量。從Solidity0.5.0版本開(kāi)始，合約不再繼承自地址類型，但是開(kāi)發(fā)者仍可以通過(guò)顯式類型轉(zhuǎn)換將合約轉(zhuǎn)換為地址類型。<address>.balance：類型為uint，表示賬戶的余額，單位是wei。＜address>.transfer(uint256amount）：發(fā)送amount數(shù)量的以太幣給address表示的賬戶，單位是wei，失敗會(huì)拋出異常。＜address>.send(uint256amount)returns(bool）：與＜address>.transfer類似，同樣是進(jìn)行以太幣的轉(zhuǎn)賬。兩者的區(qū)別是如果執(zhí)行失?。糰ddress>.transfer會(huì)拋出異常并且終止代碼，＜address>.send則是返回false，代碼繼續(xù)執(zhí)行。需要注意的是，以太幣的轉(zhuǎn)賬會(huì)有失敗的風(fēng)險(xiǎn)，為了確保以太幣轉(zhuǎn)賬的安全，一定要檢查＜address>.send的返回值，或者使用＜address>.transfer。三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)2.智能合約開(kāi)發(fā)語(yǔ)言<address>.call(...)returns(bool）：發(fā)起底層的CALL指令，失敗將返回false。<address>.callcode(...)returns(bool）：發(fā)起底層的CALLCODE指令，失敗將返回false。＜address>.delegatecall(...)returns(bool）：發(fā)起底層的DELETECALL指令，失敗將返回false。以上三個(gè)函數(shù)提供了一個(gè)底層的、靈活的方式與合約進(jìn)行交互，＜address>.call(...)可以接受任何長(zhǎng)度、任何類型的參數(shù)，每個(gè)參數(shù)將被填充到32字節(jié)并拼接在一起。但有一種例外情況，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)參數(shù)的長(zhǎng)度恰好是4字節(jié)時(shí)，該參數(shù)不會(huì)被打包成32字節(jié)，而是被作為指定函數(shù)的簽名。在下面的代碼中，第一個(gè)參數(shù)bytes4(keccak256("fun(uint256)"))為長(zhǎng)度4字節(jié)的函數(shù)簽名，表示調(diào)用一個(gè)函數(shù)簽名為fun(uint256)的函數(shù)，4則是實(shí)際傳給fun函數(shù)的參數(shù)：addressnameReg=0x72ba7d8e73fe8eb666ea66babc8116a4lbfb10e2;nameReg.call(bytes4(keccak256("fun(uint256)")),4);函數(shù)簽名使用基本類型的典型格式定義，如果有多個(gè)參數(shù)要使用逗號(hào)隔開(kāi)，并且要去掉表達(dá)式中的所有空格。<address>.delegatecall與＜address>.call的區(qū)別是調(diào)用delegatecall時(shí)僅執(zhí)行代碼，而諸如賬戶存儲(chǔ)、余額等其他方面都是用當(dāng)前合約的數(shù)據(jù)，這是為了使用另一個(gè)合約中的庫(kù)代碼。為了代碼能夠順利執(zhí)行，調(diào)用者必須確保本合約中的存儲(chǔ)變量與delegatecall執(zhí)行的代碼相兼容。<address>.callcode是早期使用的接口，比起call擁有更低的權(quán)限，無(wú)法訪問(wèn)msg.sender、msg.value等變量。以上三個(gè)函數(shù)是非常底層的函數(shù)調(diào)用。在實(shí)際情況中建議開(kāi)發(fā)者還是盡量不要使用，因?yàn)樗鼈兤茐牧薙olidity語(yǔ)言的類型安全。三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)2.智能合約開(kāi)發(fā)語(yǔ)言2.引用類型（1）數(shù)組Solidity中的數(shù)組包括固定長(zhǎng)度的數(shù)組，以及運(yùn)行時(shí)可動(dòng)態(tài)改變長(zhǎng)度的動(dòng)態(tài)數(shù)組。對(duì)于賬戶存儲(chǔ)中的數(shù)組，數(shù)組元素可以是任何類型，而內(nèi)存中的數(shù)組，其數(shù)組元素不可以是映射。一個(gè)包含固定k個(gè)T類型數(shù)據(jù)的數(shù)組可以用T[k]語(yǔ)句來(lái)聲明，一個(gè)動(dòng)態(tài)長(zhǎng)度的數(shù)組用T[]來(lái)聲明。下面來(lái)了解數(shù)組的成員變量和函數(shù)。1）length：數(shù)組可以通過(guò)訪問(wèn)length成員獲取數(shù)組的長(zhǎng)度。對(duì)于賬戶存儲(chǔ)中的數(shù)組，可以通過(guò)修改數(shù)組的length成員動(dòng)態(tài)地改變數(shù)組的長(zhǎng)度，而內(nèi)存中的數(shù)組在創(chuàng)建之后，其length成員就已經(jīng)完全確定了，無(wú)法修改。2）push：賬戶存儲(chǔ)中的動(dòng)態(tài)數(shù)組以及bytes類型的變量，可以通過(guò)調(diào)用push方法在數(shù)組尾部添加元素，返回值為數(shù)組新的長(zhǎng)度。3）bytes和string：一種特殊的數(shù)組。bytes通常用于表示任意長(zhǎng)度的字節(jié)數(shù)據(jù)，而string用于表示任意長(zhǎng)度的字符數(shù)據(jù)（UTF-8編碼）。但是string不支持length成員和下標(biāo)訪問(wèn)。兩者之間可以互相轉(zhuǎn)換，比如bytes(s)可以將字符串s轉(zhuǎn)換成bytes類型。但是需要注意字符串中的字符是以UTF-8編碼保存的，轉(zhuǎn)換成bytes類型時(shí)會(huì)將多字節(jié)的字符展開(kāi)，此時(shí)如果使用下標(biāo)的方式訪問(wèn)bytes，有可能只訪問(wèn)到一個(gè)字符的部分編碼。如果想要訪問(wèn)一個(gè)字符串的長(zhǎng)度，可以使用bytes(s).length，但是要注意這樣獲取到的長(zhǎng)度同樣是以UTF-8編碼計(jì)算的長(zhǎng)度，而不是以單個(gè)字符計(jì)算的長(zhǎng)度。還有一點(diǎn)需要注意，因?yàn)镋VM的限制，外部函數(shù)調(diào)用無(wú)法返回一個(gè)動(dòng)態(tài)長(zhǎng)度的數(shù)組，唯一的做法是將需要返回的內(nèi)容放在一個(gè)足夠長(zhǎng)的定長(zhǎng)數(shù)組中。三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)2.智能合約開(kāi)發(fā)語(yǔ)言（2）結(jié)構(gòu)體Solidity語(yǔ)言中的結(jié)構(gòu)體（struct）與C語(yǔ)言中很相似，允許開(kāi)發(fā)者根據(jù)需要自定義變量類型。下面的代碼展示了如何聲明一個(gè)結(jié)構(gòu)體：contractTest{structStudent{stringname;uintage;uintscore;stringsex;}}結(jié)構(gòu)體可以作為映射或者數(shù)組中的元素，其本身也可以包含映射和數(shù)組等類型，但是不能將一個(gè)結(jié)構(gòu)體用作其本身的成員，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)體嵌套自身會(huì)導(dǎo)致無(wú)限循環(huán)。三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)2.智能合約開(kāi)發(fā)語(yǔ)言（3）映射映射（Mapping）是一種鍵值對(duì)映射關(guān)系的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，我們使用mapping(KeyType=>ValueType）來(lái)聲明一個(gè)映射，其中KeyType可以是除了映射、動(dòng)態(tài)數(shù)組、合約、枚舉類型、結(jié)構(gòu)體以外的任何類型，ValueType則可以是任意類型，包括映射本身。映射可以看作一個(gè)散列表，其中所有可能存在的鍵都有一個(gè)默認(rèn)值，默認(rèn)值的二進(jìn)制編碼全為0，所以映射并沒(méi)有長(zhǎng)度的概念。同時(shí)，映射并不存儲(chǔ)鍵的數(shù)據(jù)，而僅僅存儲(chǔ)它的Keccak-256散列值。三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)2.智能合約開(kāi)發(fā)語(yǔ)言3.類型轉(zhuǎn)換如果一個(gè)運(yùn)算符作用于兩個(gè)類型不同的變量，編譯器會(huì)自動(dòng)嘗試將一個(gè)變量類型轉(zhuǎn)換為另一個(gè)變量的類型，這是隱式類型轉(zhuǎn)換。通常，在語(yǔ)義合理并且不會(huì)造成信息損失的情況下允許進(jìn)行隱式類型轉(zhuǎn)換，比如uint8轉(zhuǎn)換為uint16或者uint32，但是int8不能轉(zhuǎn)換成uintl6，這是因?yàn)閡intl6不能表示負(fù)數(shù)。任何可以轉(zhuǎn)換為uintl6的變量都可以轉(zhuǎn)換為address類型。有時(shí)在編譯器不能進(jìn)行隱式類型轉(zhuǎn)換的情況下可以強(qiáng)行進(jìn)行類型轉(zhuǎn)換，這叫做顯式類型轉(zhuǎn)換。但是請(qǐng)注意，進(jìn)行顯式類型轉(zhuǎn)換前必須知道你在進(jìn)行什么操作并且確定操作的結(jié)果是你想要的，否則會(huì)造成很多異常情況。uint32a=0x12345678;uintl6b=uintl6(a);以上代碼將uint32類型轉(zhuǎn)換為uint16類型，這導(dǎo)致了數(shù)值的高16位被截?cái)?。三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)2.智能合約開(kāi)發(fā)語(yǔ)言4.運(yùn)算符Solidity語(yǔ)言中也包括算術(shù)運(yùn)算符、比較運(yùn)算符、位運(yùn)算等。運(yùn)算符的優(yōu)先順序如下圖所示。三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)2.智能合約開(kāi)發(fā)語(yǔ)言在以上運(yùn)算符中，需要特別注意delete運(yùn)算符。在其他編程語(yǔ)言中，delete經(jīng)常作為一種與new相反的內(nèi)存管理操作，用于釋放內(nèi)存。但是在Solidity中，delete僅僅是一項(xiàng)賦值運(yùn)算，它用作給變量賦初始值。例如，deletea與a=0是等效的；delete用于數(shù)組表示將該數(shù)據(jù)變成一個(gè)長(zhǎng)度為0的空數(shù)組；當(dāng)作用于固定長(zhǎng)度數(shù)組時(shí)，該數(shù)組將變?yōu)橐粋€(gè)長(zhǎng)度不變但每個(gè)元素都被賦值為默認(rèn)值的數(shù)組；當(dāng)作用于結(jié)構(gòu)體時(shí)，delete將遞歸作用于除映射外的所有成員；delete對(duì)映射無(wú)效。下面的代碼展示了delete對(duì)復(fù)雜類型變量的效果：contractDeleteExample{functiondeleteArray(){uint[]memorya=newuint[](3);a[0]=l;a[l]=2;a[2]=3;deletea[l];//數(shù)組將變?yōu)閇1,0,3]deletea;//a.length將變?yōu)?}structS{uinta;stringb;bytesc;};functiondeleteStruct(){Ss=S(1,"hello","world");deletes; //刪除s中的所有元素，a、b、c分別被賦值為0、空串、0x0}}三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)2.智能合約開(kāi)發(fā)語(yǔ)言5.類型推斷Solidity語(yǔ)言中，var關(guān)鍵字和C＋＋語(yǔ)言中的auto關(guān)鍵字類似，用于類型推斷。uint24x=0xl23;vary=x;var聲明的變量將會(huì)擁有第一個(gè)賦值變量的類型，比如上面一段代碼中，y的類型是uint24。在使用中有時(shí)需要小心，比如for(vari=0;i<2000;i++){…}將是一個(gè)無(wú)限循環(huán)，因?yàn)楦鶕?jù)類型推斷i的類型為unit8，所有i永遠(yuǎn)都不會(huì)滿足跳出循環(huán)的條件（i>=2000）。三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)2.智能合約開(kāi)發(fā)語(yǔ)言3內(nèi)置單位、全局變量和函數(shù)Solidity包含一些內(nèi)置單位、全局變量和函數(shù)以供使用。（1）貨幣單位一個(gè)字面量的數(shù)字可以使用wei、finney、szabo和ether等后綴表示不同的額度，不加任何后綴則默認(rèn)單位為wei。比如“2ether==2000finney”的結(jié)果是true。（2）時(shí)間單位與貨幣單位相似，不同的時(shí)間單位可以以秒為基本單位進(jìn)行轉(zhuǎn)換，不同的單位定義如下：1==1seconds1minutes==60seconds1hours==60minutes1days==24hours1weeks==7days1years==365days特別注意，如果想要使用這些單位進(jìn)行時(shí)間計(jì)算必須特別小心，因?yàn)橐荒瓴⒉豢偸怯?65天；同時(shí)因?yàn)殚c秒的存在，一天也并不總是24小時(shí)。因?yàn)殚c秒的計(jì)算難以預(yù)測(cè)，因此為保證日歷庫(kù)的精確性，需要由外部供應(yīng)商定期更新。三以太坊智能合約開(kāi)發(fā)2.智能合約開(kāi)發(fā)語(yǔ)言（3）區(qū)塊和交易屬性有一些方法和變量可以用于獲取區(qū)塊和交易的屬性。block.blockhash(uintblo