前言：本篇作为学习笔记的第四篇，重点分析智能合约的技术构成及设计要点，部分基础概念基于前面篇章内容之上不再解释，但会对和智能合约开发相关的重要概念强化及扩展讲解。同时，还会演示在实际环境上创建一个简单的智能合约，包括框架设计及代码编写、本地部署、测试等完整实际操作。

一、智能合约的定义

智能合约可简单看作是一种计算机协议或者程序，部署后可自我执行和自我验证对，不需要人为干预。具有以下基本属性：

1）合约的执行会产生可被验证的证据，以确保来验证合约操作的有效性

2）合约在部署之前其相关的条款和执行逻辑都已制定好，一旦部署则不能再更改

3）合约通常会提供一个用户接口，供用户和合约进行交互，这些交互行为则遵循意定制好的逻辑

同时，合约具有诸多的优点，其中被认为推广最为重要的是：1）去中心化权威性，合约对的监督和仲裁都由系统自行完成；2）执行效率和较低运营成本相对应，多方之间的交互成本和违约成本，以及人员成本都会下降。

二、以太坊智能合约关键概念强化

（1）合约账户

前面讲过以太坊区块链中存在账户的概念：外部所有账户和合约账户，外部所有账户创建合约账户，并完成部署智能合约。

一个外部账户是由一对私钥和公钥来确定，每个账户有一个地址即公钥最后的20个字节，每个账户对的地址和私钥都被编码成为一个JSON格式格式的“钥匙文件”，并且是经过加密的。私钥用来对外部账户的所有交易进行签名，而加密所使用的密钥是在创建账户时所输入的密码。

合约账户为智能合约的实际载体，具有以下特点：

可以存储以太币；

可支持智能合约代码；

可相应别的用户或合约执行此智能合约的请求，并返回结果；

可调用别的智能合约。

这里还有两个概念需要注意

（2）以太币和Gas

以太币是整个以太坊区块链驱动自我运转的一种基本激励制度，类似于比特币。以太坊上的所有账户管理操作以及智能合约部署、执行均需要支付以太币才能运转。以太币也是由矿工挖矿产生，由两部分组成

Gas则是指智能合约在以太坊上每执行一步所支付的费用的基本单位，Gas相当于部署和执行智能合约多需要的燃料，而燃料的价格最终转化为以太币的值来体现，所以以太坊上的所有用户需要通过挖矿或者购买以太币来补充燃料。

与Gas相关的还有以下概念

而Gas的消耗会出现在下列三种情况中

1）需要执行特定的内部抽象操作时

2）进行一个从属的消息调用或合约创建时

3）需要增加账户内存使用量时，特别是支付费用的账户内存使用量应该是32个字节的整数倍，以保证使用的所有内存都包括在计费范围内，如果使用33个字节，则需要支付两个32字节的费用。

（3）智能合约的执行抽象

以太坊可以被看作是对所有具有状态的对象的管理，每个对象状态会随着新区块的产生而发生改变，并被记录在以太坊区块链之上，而以太坊的状态转换可以定义为以下公式

（σ'，g'，s，l，r，o）= F状态转换（σ，g，I）

其中假设以太坊网络状态为σ，合约运行剩余Gas为g，信息元组I包括信息

Ia：当前代码的合约地址

Io：发起该次合约交易的发起者地址

Ip：用户为这次交易设置的Gas价格

Id：这次交易的输入数据，该输入的数据解雇是一个数组

Is：执行这次合约的账户地址

Iv：合约账户的余额

Ib：用于执行虚拟机代码所需的数组

IH：目前区块的数据头

Iε：目前执行的CALL操作和CREATE操作的数量

上述公式左边为合约执行之后的状态装换，其中σ'为系统运行后状态，g'为运行后剩余Gas，s为执行终止操作的合约列表，l为记录序列，r为运行后返还的Gas，o为合约运行后所产生的输出。

关键的F状态转化是一个不断迭代系统临时状态和虚拟机临时状态的过程，而迭代的种种有两个条件所决定：

1）系统状态是否出现异常而使虚拟机停止工作，诸如Gas不足、指令无效、虚拟机堆栈容量不足等。

2）虚拟机在正常状态下停止工作，例如所有指令执行完毕返回结果。

（4）部署流程

在以太坊上部署和运行智能合约需要以下几个步骤：

1）启动一个以太坊节点（如geth）

2）编写智能合约（例如使用Solidity智能合约语言）

3）使用sloc编译器将编写好的合约代码转换为以太坊虚拟机位码

4）将编译好的合约代码部署到网上（需要消耗用以太币购买的Gas），需要合约发起账户使用外部账户对待部署合约进行签名，通过矿工确认后将合约代码存于以太坊区块链上。之后，用户可以获得合约的地址以及调用合约所需的接口。

5）使用web3.js库所提供的JavaScript API接口来调用合约（这一步也会消耗以太币）。

基本过程可抽象如下图

三、智能合约设计及实操（待补充）

内容包括：

环境准备及工具选型

简单智能合约框架设计及部署

智能合约执行测试及问题