以太坊入门

以太坊是运行在计算机网络上的软件,使数据和一些叫智能合约的程序,在没有中央协调者的情况下,也可以在网络中复制与处理。以太坊的愿景是创造一种不会停机的、抗审查的、能自我维持的去中心化世界计算机。
简单的可以理解为以太坊是区块链里的Android,它是一个开发平台,让我们可以像基于Android Framework 开发 Android 应用程序一样基于区块链技术写应用。

概要介绍

在没有以太坊之前,写区块链应用是这样的:拷贝一份比特币代码,然后去改底层代码如加密算法,共识机制,网络协议等等(很多山寨币就是这样,调整一下参数、改改代码就出一个新币)。

而以太坊平台对底层区块链技术进行了封装,让区块链应用开发者可以直接基于以太坊平台进行开发,只需专注于开发应用本身逻辑的智能合约,这样就大大降低了开发难度。

以太坊核心概念

智能合约

那么什么是智能合约呢?以太坊网络上运行程序就称之为智能合约, 它和其他的程序一样,也是代码和数据(状态)的集合。

智能合约(Smart Contract)和人工智能(Artificial Intelligence )的智能没有关系,智能合约最早尼克萨博在95年就提出,它的概念很简单,就是将法律条文写成可执行代码。让法律条文的执行中立化,这个理念和区块链上的程序可以不被篡改、不被干预(只有有人触发交易,它将自动执行)的执行不谋而合,因此区块链引入了这个概念。

虽然比特币脚本也可以编程,但是比特币脚本有很多的限制,能够编写的程序也有限,而以太坊程序则是“图灵完备的”,因此理论上让我们可以来编写可以做任何事情的程序。

智能合约非常适合对信任、安全和持久性要求较高的应用场景,比如:数字货币、数字资产、投票、保险、金融应用、预测市场、产权所有权管理、物联网、点对点交易等等。

编程语言 Solidity

智能合约现在的主要编程语言是 Solidity和 Vyper 等,Solidity 更为成熟一些,Solidity 合约文件扩展名是 .sol ,虽然是一门新语言,但是但是他和大家常用的现代语言很相似;
Solidity 是一门编译型语言,代码被编译为以太坊虚拟机字节码之后,再部署到以太坊网络。
以太坊为我们提供了很好的工具来完成这项工作,比如:Remix 就是用来开发、编译、部署智能合约的IDE,它还是一个基于浏览器的Web IDE;
Solidity 是静态类型语言,支持继承、库和复杂的用户定义类型等特性。

运行环境 EVM

EVM(Ethereum Virtual Machine)以太坊虚拟机用来执行以太坊上的交易,提供智能合约的运行环境。(Solidity之于EVM,就像 Java 之于跟JVM的关系一样;以太坊虚拟机是一个隔离的环境,外部无法接触到在EVM内部运行的代码。)
而EVM运行在以太坊节点上,当我们把合约部署到以太坊网络上之后,合约就可以在以太坊网络中运行了。

合约的编译

以太坊虚拟机上运行的是合约的字节码形式,需要我们在部署之前先对合约进行编译,可以选择 Remix 或solc编译器。

合约的部署

在以太坊上开发应用时,常常要使用到以太坊客户端(钱包)。平时我们在开发中,一般不接触到客户端或钱包的概念,它是什么呢?

钱包——以太坊客户端

我们可以把以太坊客户端理解为一个开发者工具,它提供账户管理、挖矿、转账、智能合约的部署和执行等功能。
MetaMask是一款浏览器扩展钱包,可在你的浏览器(Chrome,Firefox,Opera或Brave Browser)中运行。它易于使用且便于测试,因为它可以连接到各种以太坊节点和测试区块链。

如何部署

智能合约的部署是指把合约字节码发布到区块链上,并使用一个特定的地址来标示这个合约,这个地址称为合约账户。

以太坊中有两类账户,但是两类账户对于EVM来说是一样的。
外部账户
该类账户被私钥控制(由人控制),没有关联任何代码。
合约账户
该类账户被它们的合约代码控制且有代码与之关联。

一个外部账户可以通过创建和用自己的私钥来对交易进行签名,来发送消息给另一个外部账户或合约账户。
在两个外部账户之间传送消息是价值转移的过程。
但从外部账户到合约账户的消息会激活合约账户的代码,允许它执行各种动作(比如转移代币,写入内部存储,挖出一个新代币,执行一些运算,创建一个新的合约等等)。
只有当外部账户发出指令时,合同账户才会执行相应的操作。

合约部署就是将编译好的合约字节码通过外部账号发送交易的形式部署到以太坊区块链上(由实际矿工出块之后,才真正部署成功)。

运行

合约部署之后,当需要调用这个智能合约的方法时只需要向这个合约账户发送消息(交易)即可,通过消息触发后智能合约的代码就会在EVM中执行了。

Gas

天下没有免费的午餐,和云计算相似,使用区块链的资源(不管是简单的转账交易,还是合约的部署和执行)同样需要付出相应的费用。
以太坊上用Gas机制来计费,Gas也可以认为是一个工作量单位,智能合约越复杂(计算步骤的数量和类型,占用的内存等),用来完成运行就需要越多Gas。
任何特定的合约所需的运行合约的Gas数量是固定的,由合约的复杂度决定。
而Gas价格由运行合约的人在提交运行合约请求的时候设定,以确定他愿意为这次交易愿意付出的费用:Gas价格(用以太币计价) * Gas数量。
Gas的目的是限制执行交易所需的工作量,同时为执行支付费用。当EVM执行交易时,Gas将按照特定规则被逐渐消耗,无论执行到什么位置,一旦Gas被耗尽,将会触发异常。当前调用帧所做的所有状态修改都将被回滚, 如果执行结束还有Gas剩余,这些Gas将被返还给发送账户。(如果没有这个限制,就会有人写出无法停止(如:死循环)的合约来阻塞网络。)

因此实际上,我们需要一个有以太币余额的外部账户,来发起一个交易(普通交易或部署、运行一个合约),运行时,矿工收取相应的工作量费用。

以太坊网络

如果没有以太币,要怎么进行智能合约的开发呢?我们可以选择以太坊官网测试网络 Testnet,在测试网络中,我们可以很容易获得免费的以太币;

使用私有链

创建自己的以太币私有测试网络,通常也称为私有链,我们可以用它来作为一个测试环境来开发、调试和测试智能合约。

使用开发者网络(模式)

相比私有链,开发者网络(模式)下,会自动分配一个有大量余额的开发者账户给我们使用。

DApp:去中心化的应用程序

以太坊社区把基于智能合约的应用称为去中心化的应用程序(Decentralized App)。如果我们把区块链理解为一个不可篡改的数据库,智能合约理解为和数据库打交道的程序,那就很容易理解DApp了,一个DApp不单单有智能合约(相当于应用的后台),比如还需要有一个友好的用户界面。

总结

以太坊是平台,它让我们方便的使用区块链技术开发去中心化的应用,在这个应用中,使用Solidity来编写和区块链交互的智能合约,合约编写好后之后,我们需要用以太坊客户端用一个有余额的账户去部署及运行合约。

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