以太坊是什么丨以太坊開發(fā)入門指南

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

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)中建立和使用通過區(qū)塊鏈技術(shù)運(yùn)行的去中心化應(yīng)用。

對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)寫應(yīng)用。

在沒有以太坊之前，寫區(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，改改就出來一個(gè)新幣)。

以太坊平臺(tái)對底層區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行了封裝，讓區(qū)塊鏈應(yīng)用開發(fā)者可以直接基于以太坊平臺(tái)進(jìn)行開發(fā)，開發(fā)者只要專注于應(yīng)用本身的開發(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)較為完善的開發(fā)生態(tài)圈：有社區(qū)的支持，有很多開發(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)、以代碼形式編寫的合同(特殊的交易)。

在比特幣腳本中，我們講到過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)語中，稱它為是“圖靈完備的”)，讓我們就像使用任何高級語言一樣來編寫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信任、安全和持久性要求較高的應(yīng)用場景，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)測市場、產(chǎn)權(quán)所有權(quán)管理、物聯(lián)網(wǎng)、點(diǎn)對點(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)剛開始出來一樣)，相信1到3年內(nèi)，各種殺手級會(huì)慢慢出現(xiàn)。

編程語言：Solidity

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

Solidity是和JavaScript相似的語言，用它來開發(fā)合約并編譯成以太坊虛擬機(jī)字節(jié)代碼。

還有長得像Python的智能合約開發(fā)語言：Serpent，不過建議大家還是使用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，需要我們在部署之前先對合約進(jìn)行編譯，可以選擇Browser-Solidity Web IDE或solc編譯器。

合約的部署

在以太坊上開發(fā)應(yīng)用時(shí)，常常要使用到以太坊客戶端(錢包)。平時(shí)我們在開發(fā)中，一般不接觸到客戶端或錢包的概念，它是什么呢?

以太坊客戶端（錢包）

以太坊客戶端，其實(shí)我們可以把它理解為一個(gè)開發(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是典型的開發(fā)以太坊時(shí)使用的客戶端，基于Go語言開發(fā)。Geth提供了一個(gè)交互式命令控制臺(tái)，通過命令控制臺(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瀏覽器開發(fā)者工具里的面的控制臺(tái)是類似，不過是跑在終端里。

相對于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)特定的地址來標(biāo)示這個(gè)合約，這個(gè)地址稱為合約賬戶。

以太坊中有兩類賬戶：

·外部賬戶

該類賬戶被私鑰控制(由人控制)，沒有關(guān)聯(lián)任何代碼。

·合約賬戶

該類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，以太坊使用更為簡單的賬戶概念。

兩類賬戶對于EVM來說是一樣的。

外部賬戶與合約賬戶的區(qū)別和關(guān)系是這樣的：一個(gè)外部賬戶可以通過創(chuàng)建和用自己的私鑰來對交易進(jìn)行簽名，來發(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(天下沒有免費(fèi)的午餐對不對!)。

以太坊上用Gas機(jī)制來計(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)量和類型，占用的內(nèi)存等)，用來完成運(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。

如果沒有這個(gè)限制，就會(huì)有人寫出無法停止(如：死循環(huán))的合約來阻塞網(wǎng)絡(luò)。

因此實(shí)際上(把前面的內(nèi)容串起來)，我們需要一個(gè)有以太幣余額的外部賬戶，來發(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)要問了，沒有以太幣，要怎么進(jìn)行智能合約的開發(fā)?可以選擇以下方式：

選擇以太坊官網(wǎng)測試網(wǎng)絡(luò)Testnet

測試網(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試網(wǎng)絡(luò)，通常也稱為私有鏈，我們可以用它來作為一個(gè)測試環(huán)境來開發(fā)、調(diào)試和測試智能合約。

通過上面提到的Geth很容易就可以創(chuàng)建一個(gè)屬于自己的測試網(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)。

使用開發(fā)者網(wǎng)絡(luò)(模式)

相比私有鏈，開發(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，對于開發(fā)調(diào)試來說，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)存有資金的測試賬戶。

進(jìn)行合約開發(fā)時(shí)，可以在testrpc中測試通過后，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，智能合約理解為和數(shù)據(jù)庫打交道的程序，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開發(fā)框架，他可以幫我們處理掉大量無關(guān)緊要的小事情，讓我們可以迅速開始寫代碼-編譯-部署-測試-打包DApp這個(gè)流程。

總結(jié)

我們現(xiàn)在來總結(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)開發(fā)去中心化的應(yīng)用，在這個(gè)應(yīng)用中，使用Solidity來編寫和區(qū)塊鏈交互的智能合約，合約編寫好后之后，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)。為了開發(fā)方便，我們可以用Geth或testrpc來搭建一個(gè)測試網(wǎng)絡(luò)。

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