第2章 以太坊

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1.1 以太坊基本概念

以太坊由大量的节点组成，节点有账户与之对应，两个账户之间通过发送消息进行一笔“交易”。交易里携带的信息和现实特定功能的代码称为智能合约，运行智能合约的环境是以太坊虚拟机。以太坊虚拟机运行在每个几点中，交易需要有节点参与，通过重复哈希运算来产生工作量，这些节点称为矿工，计算过程称为挖矿。交易的计算是要付出费用的，这些费用就称为gas。在以太坊中，gas是由以太币转换生成的。以太币是以太坊平台的应用叫作去中心化应用。以太坊的基本概念包括以下几个方面。
（1）节点。通过节点可以进行区块链数据的读写。目前以太坊上的很多应用都是基于共有链的，所以每一个节点都拥有相同的地位和权利，没有中央服务器，每个节点都可以加入网络，读写以太坊中的数据。节点之间使用共识机制来确保数据交互的可靠性和正确性。单独的一个节点也可以搭建私有链，几个相互信任的节点可以搭建联盟链。

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（2）矿工。矿工是指通过不断重复哈希运算来产生工作量的网络几点。矿工的任务是计算数学难题，并将计算结果放入新的区块中。矿工之间是竞争关系，最优先计算出结果的节点，将向全网络广播，当结果被确认后，新生成的区块包含的奖励将会给改节点，存入以太坊地址中。该节点所包含的以太币可以作为下次发起交易的资产。

（3）挖矿。在以太坊中，发行以太币的唯一途径是挖矿。挖矿过程也保证了区块链中交易的验证和可靠性。挖矿是一个需要消耗大量算力和时间的工作，并被限制在一定的时间期限内，同时挖矿难度可以动态调整。简单来说，挖矿的过程是矿工寻找一个随机说进行SHA256计算哈希值，若果计算后的哈希值满足一定的条件，比如前60位为0或小于等于某个预先的随机数，那么这个矿工就赢得了创建区块的权利。

（4）账户。以太坊中包含两类账户：外部账户和合约账户。外部账户由公私钥对控制。合约账户则在区块链上唯一标识了某一个智能合约。两类账户都包含看以太币余额额，能发送交易。每个账户的地址长度为20字节，有一块持久化内存区域被称为存储区，其形式为键值对，键和值的长度为32字节。重要的是，外部账户的地址是由公钥决定的，合约账户的地址是在部署合约的时候确定的，当合约账户接收到一笔合法的交易后，就会执行里面包含的合约代码。所以两类账户最大的区别就是：合约账户存储了代码，外部账户则没有。

（5）gas。以太坊上的每一笔交易都有矿工的参与，且都需要支付一定的费用，这个费用在以太坊中称为gas。gas的目的是限制执行交易所需的工作量，同时执行交易支付费用。合约的代码在EVM上运行时，gas会按照既定的规则逐渐消耗。gas价格是由交易创建者设置的，交易费用=gas price * gas amount 。 如果执行结束后还有gas剩余，这些gas将会返还给发送者账户，而消费的gas则被当作奖励，发放到矿工账户。

（6）EVM。以太坊虚拟机是以太坊中智能合约的运行环境，并且是一个沙盒，于外界隔离。智能合约代码在EVM内部运行时，是不能进行网络操作、文件I/O或执行其他进程的。智能合约之间也只能进行有限制的调用，这样保证了合约运行的独立性，并尽可能提高了运行时的安全性。

（7）智能合约。合约是代码和数据的集合，存在于以太坊区块链的指定地址。合约方法支持回滚操作，如果在执行某个方法是发生异常，如gas消耗完，则该方法已执行的操作都会被回滚。但是如果错误的交易一旦执行完毕，是没有办法篡改的。

（8）交易。在以太坊中，交易都是通过状态转移来标记的，状态由被称为“账户”的对象和两个账户之间的转移价值和信息状态转换构成。以太坊账户分为由公钥控制的外部账户和由合约代码控制的合约账户。外部账户没有代码，用户通过创建和签名一笔交易从一个外部账户发送消息，合约账户收到消息后，合约内部代码会被激活，对内部存储进行读取和写入，或者发送消息，或者调用方法。
确定了账户后，即开始以太坊的交易。在以太坊中，“交易” 是指存储在外部账户发出的消息的签名数据包，在交易过程中比较重要的消息机制。以太坊的消息机制能够确保合约账户和外部账户拥有同等的权利，包括发送消息和创建其他合约。这使得合约可以同时由多个不同角色参与，共同签名来提供服务，而不需要关心合约的每一方到底是什么类型的账户。

每一笔交易的过程如下。

（1）检查交易是否有效、格式是否正确。
（2）计算交易所需要费用，并判断交易发送者余额是否足够，如果足够，则从发送者账户中扣除交易费用。
（3）设定出始gas值。
（4）从发送者账户转移价值到接收者账户，若接收账户不存在则创建新账户并作为接收者。如果接收者是合约，则执行合约代码，直至代码运行完毕或者gas消耗完毕。