以太坊是什么丨以太坊開(kāi)發(fā)入門(mén)指南

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很多同學(xué)已經(jīng)躍躍欲試投入到區(qū)塊鏈開(kāi)發(fā)隊(duì)伍當(dāng)中來(lái)，可是又感覺(jué)無(wú)從下手，本文將基于以太坊平臺(tái)，以通俗的方式介紹以太坊開(kāi)發(fā)中涉及的各晦澀的概念，輕松帶大家入門(mén)。

以太坊是什么

以太坊(Ethereum)是一個(gè)建立在區(qū)塊鏈技術(shù)之上，去中心化應(yīng)用平臺(tái)。它允許任何人在平臺(tái)中建立和使用通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)運(yùn)行的去中心化應(yīng)用。

對(duì)這句話不理解的同學(xué)，姑且可以理解為以太坊是區(qū)塊鏈里的Android，它是一個(gè)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，讓我們就可以像基于Android Framework一樣基于區(qū)塊鏈技術(shù)寫(xiě)應(yīng)用。

在沒(méi)有以太坊之前，寫(xiě)區(qū)塊鏈應(yīng)用是這樣的：拷貝一份比特幣代碼，然后去改底層代碼如加密算法，共識(shí)機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等等(很多山寨幣就是這樣，改改就出來(lái)一個(gè)新幣)。

以太坊平臺(tái)對(duì)底層區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行了封裝，讓區(qū)塊鏈應(yīng)用開(kāi)發(fā)者可以直接基于以太坊平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)者只要專(zhuān)注于應(yīng)用本身的開(kāi)發(fā)，從而大大降低了難度。

目前圍繞以太坊已經(jīng)形成了一個(gè)較為完善的開(kāi)發(fā)生態(tài)圈：有社區(qū)的支持，有很多開(kāi)發(fā)框架、工具可以選擇。

智能合約 ， 什么是智能合約

以太坊上的程序稱(chēng)之為智能合約，它是代碼和數(shù)據(jù)(狀態(tài))的集合。

智能合約可以理解為在區(qū)塊鏈上可以自動(dòng)執(zhí)行的(由事件驅(qū)動(dòng)的)、以代碼形式編寫(xiě)的合同(特殊的交易)。

在比特幣腳本中，我們講到過(guò)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(xiě)的程序也有限，而以太坊則更加完備(在計(jì)算機(jī)科學(xué)術(shù)語(yǔ)中，稱(chēng)它為是“圖靈完備的”)，讓我們就像使用任何高級(jí)語(yǔ)言一樣來(lái)編寫(xiě)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(duì)信任、安全和持久性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景，比如：數(shù)字貨幣、數(shù)字資產(chǎn)、投票、保險(xiǎn)、金融應(yīng)用、預(yù)測(cè)市場(chǎng)、產(chǎn)權(quán)所有權(quán)管理、物聯(lián)網(wǎng)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易等等。

目前除數(shù)字貨幣之外，真正落地的應(yīng)用還不多(就像移動(dòng)平臺(tái)剛開(kāi)始出來(lái)一樣)，相信1到3年內(nèi)，各種殺手級(jí)會(huì)慢慢出現(xiàn)。

編程語(yǔ)言：Solidity

智能合約的默認(rèn)的編程語(yǔ)言是Solidity，文件擴(kuò)展名以.sol結(jié)尾。

Solidity是和JavaScript相似的語(yǔ)言，用它來(lái)開(kāi)發(fā)合約并編譯成以太坊虛擬機(jī)字節(jié)代碼。

還有長(zhǎng)得像Python的智能合約開(kāi)發(fā)語(yǔ)言：Serpent，不過(guò)建議大家還是使用Solidity。

Browser-Solidity是一個(gè)瀏覽器的Solidity IDE,大家可以點(diǎn)進(jìn)去看看，以后我們更多文章介紹Solidity這個(gè)語(yǔ)言。

運(yùn)行環(huán)境：EVM

EVM(Ethereum Virtual Machine)以太坊虛擬機(jī)是以太坊中智能合約的運(yùn)行環(huán)境。

Solidity之于EVM，就像之于跟JVM的關(guān)系一樣，這樣大家就容易理解了。

以太坊虛擬機(jī)是一個(gè)隔離的環(huán)境，在EVM內(nèi)部運(yùn)行的代碼不能跟外部有聯(lián)系。

而EVM運(yùn)行在以太坊節(jié)點(diǎn)上，當(dāng)我們把合約部署到以太坊網(wǎng)絡(luò)上之后，合約就可以在以太坊網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行了。

合約的編譯

以太坊虛擬機(jī)上運(yùn)行的是合約的字節(jié)碼形式，需要我們?cè)诓渴鹬跋葘?duì)合約進(jìn)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(kāi)發(fā)應(yīng)用時(shí)，常常要使用到以太坊客戶端(錢(qián)包)。平時(shí)我們?cè)陂_(kāi)發(fā)中，一般不接觸到客戶端或錢(qián)包的概念，它是什么呢?

以太坊客戶端（錢(qián)包）

以太坊客戶端，其實(shí)我們可以把它理解為一個(gè)開(kāi)發(fā)者工具，它提供賬戶管理、挖礦、轉(zhuǎn)賬、智能合約的部署和執(zhí)行等等功能。

EVM是由以太坊客戶端提供的。

Geth是典型的開(kāi)發(fā)以太坊時(shí)使用的客戶端，基于Go語(yǔ)言開(kāi)發(fā)。Geth提供了一個(gè)交互式命令控制臺(tái)，通過(guò)命令控制臺(tái)中包含了以太坊的各種功能(API)。Geth的使用我們之后會(huì)有文章介紹，這里大家先有個(gè)概念。

Geth控制臺(tái)和Chrome瀏覽器開(kāi)發(fā)者工具里的面的控制臺(tái)是類(lèi)似，不過(guò)是跑在終端里。

相對(duì)于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字節(jié)碼發(fā)布到區(qū)塊鏈上，并使用一個(gè)特定的地址來(lái)標(biāo)示這個(gè)合約，這個(gè)地址稱(chēng)為合約賬戶。

以太坊中有兩類(lèi)賬戶：

·外部賬戶

該類(lèi)賬戶被私鑰控制(由人控制)，沒(méi)有關(guān)聯(lián)任何代碼。

·合約賬戶

該類(lèi)賬戶被它們的合約代碼控制且有代碼與之關(guān)聯(lián)。

和比特幣使用UTXO的設(shè)計(jì)不一樣，以太坊使用更為簡(jiǎn)單的賬戶概念。

兩類(lèi)賬戶對(duì)于EVM來(lái)說(shuō)是一樣的。

外部賬戶與合約賬戶的區(qū)別和關(guān)系是這樣的：一個(gè)外部賬戶可以通過(guò)創(chuàng)建和用自己的私鑰來(lái)對(duì)交易進(jìn)行簽名，來(lái)發(fā)送消息給另一個(gè)外部賬戶或合約賬戶。

在兩個(gè)外部賬戶之間傳送消息是價(jià)值轉(zhuǎn)移的過(guò)程。但從外部賬戶到合約賬戶的消息會(huì)激活合約賬戶的代碼，允許它執(zhí)行各種動(dòng)作(比如轉(zhuǎn)移代幣，寫(xiě)入內(nèi)部存儲(chǔ)，挖出一個(gè)新代幣，執(zhí)行一些運(yùn)算，創(chuàng)建一個(gè)新的合約等等)。

只有當(dāng)外部賬戶發(fā)出指令時(shí)，合同賬戶才會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的操作。

合約部署就是將編譯好的合約字節(jié)碼通過(guò)外部賬號(hào)發(fā)送交易的形式部署到以太坊區(qū)塊鏈上(由實(shí)際礦工出塊之后，才真正部署成功)。

運(yùn)行

合約部署之后，當(dāng)需要調(diào)用這個(gè)智能合約的方法時(shí)只需要向這個(gè)合約賬戶發(fā)送消息(交易)即可，通過(guò)消息觸發(fā)后智能合約的代碼就會(huì)在EVM中執(zhí)行了。

Gas

和云計(jì)算相似，占用區(qū)塊鏈的資源(不管是簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)賬交易，還是合約的部署和執(zhí)行)同樣需要付出相應(yīng)的費(fèi)用(天下沒(méi)有免費(fèi)的午餐對(duì)不對(duì)!)。

以太坊上用Gas機(jī)制來(lái)計(jì)費(fèi)，Gas也可以認(rèn)為是一個(gè)工作量單位，智能合約越復(fù)雜(計(jì)算步驟的數(shù)量和類(lèi)型，占用的內(nèi)存等)，用來(lái)完成運(yùn)行就需要越多Gas。

任何特定的合約所需的運(yùn)行合約的Gas數(shù)量是固定的，由合約的復(fù)雜度決定。

而Gas價(jià)格由運(yùn)行合約的人在提交運(yùn)行合約請(qǐng)求的時(shí)候規(guī)定，以確定他愿意為這次交易愿意付出的費(fèi)用：Gas價(jià)格(用以太幣計(jì)價(jià))*Gas數(shù)量。

Gas的目的是限制執(zhí)行交易所需的工作量，同時(shí)為執(zhí)行支付費(fèi)用。當(dāng)EVM執(zhí)行交易時(shí)，Gas將按照特定規(guī)則被逐漸消耗，無(wú)論執(zhí)行到什么位置，一旦Gas被耗盡，將會(huì)觸發(fā)異常。當(dāng)前調(diào)用幀所做的所有狀態(tài)修改都將被回滾，如果執(zhí)行結(jié)束還有Gas剩余，這些Gas將被返還給發(fā)送賬戶。

如果沒(méi)有這個(gè)限制，就會(huì)有人寫(xiě)出無(wú)法停止(如：死循環(huán))的合約來(lái)阻塞網(wǎng)絡(luò)。

因此實(shí)際上(把前面的內(nèi)容串起來(lái))，我們需要一個(gè)有以太幣余額的外部賬戶，來(lái)發(fā)起一個(gè)交易(普通交易或部署、運(yùn)行一個(gè)合約)，運(yùn)行時(shí)，礦工收取相應(yīng)的工作量費(fèi)用。

以太坊網(wǎng)絡(luò)

有些著急的同學(xué)要問(wèn)了，沒(méi)有以太幣，要怎么進(jìn)行智能合約的開(kāi)發(fā)?可以選擇以下方式：

選擇以太坊官網(wǎng)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)Testnet

測(cè)試網(wǎng)絡(luò)中，我們可以很容易獲得免費(fèi)的以太幣，缺點(diǎn)是需要發(fā)很長(zhǎng)時(shí)間初始化節(jié)點(diǎn)。

使用私有鏈

創(chuàng)建自己的以太幣私有測(cè)試網(wǎng)絡(luò)，通常也稱(chēng)為私有鏈，我們可以用它來(lái)作為一個(gè)測(cè)試環(huán)境來(lái)開(kāi)發(fā)、調(diào)試和測(cè)試智能合約。

通過(guò)上面提到的Geth很容易就可以創(chuàng)建一個(gè)屬于自己的測(cè)試網(wǎng)絡(luò)，以太幣想挖多少挖多少，也免去了同步正式網(wǎng)絡(luò)的整個(gè)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)。

使用開(kāi)發(fā)者網(wǎng)絡(luò)(模式)

相比私有鏈，開(kāi)發(fā)者網(wǎng)絡(luò)(模式)下，會(huì)自動(dòng)分配一個(gè)有大量余額的開(kāi)發(fā)者賬戶給我們使用。

使用模擬環(huán)境

另一個(gè)創(chuàng)建測(cè)試網(wǎng)絡(luò)的方法是使用testrpc，testrpc是在本地使用內(nèi)存模擬的一個(gè)以太坊環(huán)境，對(duì)于開(kāi)發(fā)調(diào)試來(lái)說(shuō)，更方便快捷。而且testrpc可以在啟動(dòng)時(shí)幫我們創(chuàng)建10個(gè)存有資金的測(cè)試賬戶。

進(jìn)行合約開(kāi)發(fā)時(shí)，可以在testrpc中測(cè)試通過(guò)后，再部署到Geth節(jié)點(diǎn)中去。

更新：testrpc現(xiàn)在已經(jīng)并入到Truffle開(kāi)發(fā)框架中，現(xiàn)在名字是Ganache CLI。

Dapp：去中心化的應(yīng)用程序

以太坊社區(qū)把基于智能合約的應(yīng)用稱(chēng)為去中心化的應(yīng)用程序(Decentralized App)。如果我們把區(qū)塊鏈理解為一個(gè)不可篡改的數(shù)據(jù)庫(kù)，智能合約理解為和數(shù)據(jù)庫(kù)打交道的程序，那就很容易理解Dapp了，一個(gè)Dapp不單單有智能合約，比如還需要有一個(gè)友好的用戶界面和其他的東西。

Truffle

Truffle是Dapp開(kāi)發(fā)框架，他可以幫我們處理掉大量無(wú)關(guān)緊要的小事情，讓我們可以迅速開(kāi)始寫(xiě)代碼-編譯-部署-測(cè)試-打包DApp這個(gè)流程。

總結(jié)

我們現(xiàn)在來(lái)總結(jié)一下，以太坊是平臺(tái)，它讓我們方便的使用區(qū)塊鏈技術(shù)開(kāi)發(fā)去中心化的應(yīng)用，在這個(gè)應(yīng)用中，使用Solidity來(lái)編寫(xiě)和區(qū)塊鏈交互的智能合約，合約編寫(xiě)好后之后，我們需要用以太坊客戶端用一個(gè)有余額的賬戶去部署及運(yùn)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(kāi)發(fā)方便，我們可以用Geth或testrpc來(lái)搭建一個(gè)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)。

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