详解以太坊

Posted 2023-04-08 JackieDYH

以太坊原理

以太坊通过建立终极的抽象的基础层-内置有图灵完备编程语言的区块链-使得任何人都能够创建合约和去中心化应用，并在其中设立他们自由定义的所有权规则、交易方式和状态转换函数。

图灵完备：能够运行非常复杂的运算，最简单的理解是它支持循环的操作，而比特币的验证是不支持循环的。

以太坊虚拟机（EVM）是以太坊中智能合约的运行环境。它不仅被沙箱封装起来，事实上它被完全隔离，也就是说运行在EVM内部的代码不能接触到网络、文件系统或者其它进程。甚至智能合约与其它智能合约只有有限的接触。

对比比特币

外部账户：可用私钥控制的

合约账户：一旦创建，只能是合约里面的代码控制，不能人为控制，但可以人为触发

有向无环图DAG ( Directed Acyclic Graph)

因为以太坊是12s出一个块，所以在12s内可能出现上图的状况，其实在实际情况中，高度2的两个块后面可能还有很多其他块，我们选择最长的当做主链，如果是比特币的话，未做主链的块不会得到任何奖励，如下图

而以太坊的话，会给未做主链的块适当奖励，如下图

状态转移

以太坊区块链

临时分叉

区块头

ommerHash：包含叔区块的Hash

beneficiary：挖洞矿后奖励的存放地址

logsBloom：日志过滤器

number：交易数量

gasLimit：要运行以太坊付出的花费限制

gasUsed：运行以太坊的花费

mixHash：和nonce结合起来做挖矿运算

stateRoot：账户所有信息会生成一个Merkle patricia tree，把树根存储在其中

transactionsRoot：所有的transaction形成Merkle patricia tree，把树根存储集中

receiptsRoot：为每一个transaction做了一个收据，把收据集合起来形成Merkle patricia tree

以太坊账户

包含四个部分：

• 序号，用于确定每笔交易只能被处理一次的计数器，参与生成交易的id
• 账户目前的以太币余额，以太币（Ether）是以太坊内部的主要加密燃料，用于支付交易费用。 以太币的最小单位为Wei， 最大单位为以太，1 Ether=10^18Wei
• 账户的合约代码，如果有的话
• 账户的存储（32byte to 32byte key-value map）

账户信息被称为world state，放在db上管理

外部账户：用户用公钥、私钥控制

合约账户：由合约编译后的code控制

tips：外部账户和内部账户，是在相同的地址空间，相同的数据结构有不同的功能

重放攻击

Gas

什么是Gas（气）？

由以太坊网络上的交易而产生的每一次计算，都会产生费用，这个费用是以称之为”gas”的来支付，gas就是用来衡量在一个具体计算中要求的费用单位，智能合约最原子运算所需花费的单位。
例如 ：一个位移运算需要1气，一个相加运算需要3气；

gasPrice

1气和以太币(wei)的兑换价格

一次Transaction的所有花费

Total_fee= value (转移给对方账户的以太币数量）

• transaction fee
• gas* gasPrice (执行智能合约的花费，此为上限，以实际执行步数为准，gasReal*gasPrice)

Gas Limit

允许的最大花费：以太坊中有循环操作和一些其他复杂的操作，限制最大花费。

image

交易

智能合约（Smart contract）

• 智能合约概念于1995年由Nick Szabo首次提出。
• 是一种旨在以信息化方式传播、验证或执行合同的计算机协议。智能合约允许在没有第三方的情况下进行可信交易，这些交易可追踪且不可逆转。
• 智能合约的目的是提供优于传统合约的安全方法，并减少与合约相关的其他交易成本。
• 一个智能合约是一套以数字形式定义的承诺，包括合约参与方可以在上面执行这些承诺的协议。

智能合约的定义

“智能合约”- 根据事先任意制订的规则来自动转移数字资产的系统。

Smart contracts are pieces of code that live on the blockchain
and execute commands exactly how the were told to.

智能合约就是存储在区块链上的代码，用以实现执行特定的功能。

例子：

if HAS_EVENT_X_HAPPENED() is true:
    send(party_A,10000)
else:
    send(party_B,10000)

一个运行在安全环境下的计算机程序，可以直接控制数字资产.

安全环境：

• 由可信的人，组织运行的服务器(公有云).
• 准去中心化的计算机网络(私有链).
• 去中性化的计算机网络(公有链).

法律合约:”我承诺如果X发生的话，则给你发送10000元”.

智能合约：”我将10000元发送给一个计算机程序，如果X发生了，这个程序会把10000元发送给你，否则将返还给我”.

tips：法律合约可能会出现耍赖的情况

一个运行在安全环境下的计算机程序，可以直接控制数字资产.

• 域名
• 房地产权
• 证券
• 票据
• 专利许可证
• 游戏装备
• 数字货币...

为什么要用智能合约:

• 自动处理
• 减少依靠信任的程度。信任依赖集中在数量很少的数据源，而不是大量的合约执行机制。

智能合约 VS 法律合约

法律合约	智能合约
适合主观性佳（如需人类的判断）的请求	适合于客观性佳（可用数学去衡量价值)
高成本	低成本
事后执行	事前预防
依赖于处罚	依赖于抵押品或者保证金
受限于具体的地理范围	全球性的

以太坊之ganache命令行参数的详解

• ganache-cli 是以太坊节点仿真器软件 ganache 的命令行版本，可以方便开发者快速进行以太坊 DApp 的开发与测试。
• 使用以下命令安装：

npm install -g ganache-cli

• 启动：

~$ ganache-cli

• 启动选项：
• • -a 或 –accounts：指定启动时要创建的测试账户数量。
• • -e 或 –defaultBalanceEther：分配给每个测试账户的 ether 数量，默认值为 100。
• • -b 或 r –blockTime：指定自动挖矿的blockTime，以秒为单位，默认值为 0，表示不进行自动挖矿。
• • -d 或 –deterministic：基于预定的助记词（mnemonic）生成固定的测试账户地址。
• • -n 或 –secure：默认锁定所有测试账户，有利于进行第三方交易签名。
• • -m 或 –mnemonic：用于生成测试账户地址的助记词。
• • -p 或 –port：设置监听端口，默认值为8545。
• • -h 或 –hostname：设置监听主机，默认值同 NodeJS 的 server.listen()。
• • -s 或 –seed：设置生成助记词的种子。
• • -g 或 –gasPrice：设定 Gas 价格， 默认值为 20000000000。
• • -l 或 –gasLimit：设定 Gas 上限，默认值为 90000。
• • -f 或 –fork：从一个运行中的以太坊节点客户端软件的指定区块分叉，输入值应当是该节点旳 HTTP 地址和端口，例如 http://localhost:8545。可选使用 @ 标记来指定具体区块，例如：http://localhost:8545@1599200。
• • -I 或 –networkId：指定网络 id，默认值为当前时间，或使用所分叉链的网络 id。
• • –db：设置保存链数据的目录，如果该路径中已经有链数据，ganache-cli 将用它初始化链而不是重新创建。
• • –debug：输出 VM 操作码，用于调试。
• • –mem：输出 ganache-cli 内存使用统计信息，这将替代标准的输出信息。
• • –noVMErrorsOnRPCResponse：不把失败的交易作为 RCP 错误发送，开启这个标志使错误报告方式兼容其他的节点客户端，例如 geth 和 Parity。
• 特殊选项：
• • –account：指定账户私钥和账户余额来创建初始测试账户，可多次设置：

$ ganache-cli --account="<privatekey>,balance"
[--account="<privatekey>,balance"]

• • 注意私钥长度为 64 字符，必须使用 0x 前缀的 16 进制字符串，账户余额可以是整数，也可以是 0x 前缀的 17 进制字符串，单位为 wei。
• • 使用 –account 选项时， 不会自动创建 HD 钱包。
• • -u 或 –unlock：解锁指定账户，或解锁指定序号的账户。可以设置多次，当与 –secure 选项同时使用时，这个选项将改变指定账户的锁定状态：

$ ganache-cli --secure --unlock "0x1234..." --unlock "0xabcd..."

• • 也可以指定一个数字， 按序号解锁账号：

$ ganache-cli --secure -u 0 -u 1