區塊鏈2.0以太坊漫談（4）

智慧合約

什麼是智慧合約

以太坊上的程式稱之為智慧合約， 它是程式碼和資料(狀態)的集合。

智慧合約可以理解為在區塊鏈上可以自動執行的（由訊息驅動的）、以程式碼形式編寫的合同（特殊的交易）。

智慧合約英文是Smart Contract，和人工智慧（ AI:Artificial Intelligence ）的智慧沒有關係，最早尼克薩博在95年就提出智慧合約的概念，它的概念很簡單，就是將法律條文寫成可執行程式碼。當時並沒有區塊鏈，不過智慧合約與區塊鏈最配，我們知道合同都是要一式兩份、三或四份，不能控制在某一方手中，這也就是去中心化。

在比特幣指令碼中，我們講到過比特幣的交易是可以程式設計的，但是比特幣指令碼有很多的限制，能夠編寫的程式也有限。

而以太坊則更加完備（在電腦科學術語中，稱它為是“圖靈完備的”），讓我們就像使用任何高階語言一樣來編寫幾乎可以做任何事情的程式（智慧合約）。

智慧合約非常適合對信任、安全和永續性要求較高的應用場景，比如：數字貨幣、數字資產、投票、保險、金融應用、預測市場、產權所有權管理、物聯網、點對點交易等等。

目前除數字貨幣之外，真正落地的應用還不多（就像移動平臺剛開始出來一樣），相信1到3年內，各種殺手級會慢慢出現。

程式語言：Solidity

智慧合約的官方推薦的程式語言是Solidity，副檔名以.sol結尾。

Solidity語言和JavaScript很相似，用它來開發合約並編譯成以太坊虛擬機器位元組程式碼。

還有Viper，Serpent，LLL及Bamboo，建議大家還是使用Solidity。

更新：Serpent官方已經不再推薦，建議Serpent的使用者轉換到Viper，他們都是類Python語言。

Browser-Solidity是一個瀏覽器的Solidity IDE, 大家可以點進去看看，以後我們更多文章介紹Solidity這個語言。

執行環境：EVM

EVM（Ethereum Virtual Machine）以太坊虛擬機器是以太坊中智慧合約的執行環境。

Solidity之於EVM，就像之於跟JVM的關係一樣，這樣大家就容易理解了。

以太坊虛擬機器是一個隔離的環境，外部無法接觸到在EVM內部執行的程式碼。

而EVM執行在以太坊節點上，當我們把合約部署到以太坊網路上之後，合約就可以在以太坊網路中執行了。

合約的編譯

以太坊虛擬機器上執行的是合約的位元組碼形式，需要我們在部署之前先對合約進行編譯，可以選擇Browser-SolidityWeb IDE或solc編譯器。

合約的部署

在以太坊上開發應用時，常常要使用到以太坊客戶端（錢包）。平時我們在開發中，一般不接觸到客戶端或錢包的概念，它是什麼呢？

以太坊客戶端（錢包）

以太坊客戶端，其實我們可以把它理解為一個開發者工具，它提供賬戶管理、挖礦、轉賬、智慧合約的部署和執行等等功能。

EVM是由以太坊客戶端提供的

Geth是典型的開發以太坊時使用的客戶端，基於Go語言開發。 Geth提供了一個互動式命令控制檯，通過命令控制檯中包含了以太坊的各種功能（API）。Geth的使用我們之後會有文章介紹，這裡大家先有個概念。

Geth控制檯和Chrome瀏覽器開發者工具裡的面的控制檯是類似的，不過Geth控制檯是跑在終端裡。

相對於Geth，Mist則是圖形化操作介面的以太坊客戶端。

如何部署

智慧合約的部署是指把合約位元組碼釋出到區塊鏈上，並使用一個特定的地址來標示這個合約，這個地址稱為合約賬戶。

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），沒有關聯任何程式碼。
• 合約賬戶。
• 該類賬戶被它們的合約程式碼控制且有程式碼與之關聯。

和比特幣使用UTXO的設計不一樣，以太坊使用更為簡單的賬戶概念。

兩類賬戶對於EVM來說是一樣的。

外部賬戶與合約賬戶的區別和關係是這樣的：一個外部賬戶可以通過建立和用自己的私鑰來對交易進行簽名，來傳送訊息給另一個外部賬戶或合約賬戶。

在兩個外部賬戶之間傳送訊息是價值轉移的過程。但從外部賬戶到合約賬戶的訊息會啟用合約賬戶的程式碼，允許它執行各種動作（比如轉移代幣，寫入內部儲存，挖出一個新代幣，執行一些運算，建立一個新的合約等等）。

只有當外部賬戶發出指令時，合同賬戶才會執行相應的操作。

合約部署就是將編譯好的合約位元組碼通過外部賬號傳送交易的形式部署到以太坊區塊鏈上（由實際礦工出塊之後，才真正部署成功）。

執行

合約部署之後，當需要呼叫這個智慧合約的方法時只需要向這個合約賬戶傳送訊息（交易）即可，通過訊息觸發後智慧合約的程式碼就會在EVM中執行了。

Gas

和雲端計算相似，佔用區塊鏈的資源（不管是簡單的轉賬交易，還是合約的部署和執行）同樣需要付出相應的費用（天下沒有免費的午餐對不對!）。

以太坊上用Gas機制來計費，Gas也可以認為是一個工作量單位，智慧合約越複雜（計算步驟的數量和型別，佔用的記憶體等），用來完成執行就需要越多Gas。

任何特定的合約所需的執行合約的Gas數量是固定的，由合約的複雜度決定。

而Gas價格由執行合約的人在提交執行合約請求的時候規定，以確定他願意為這次交易願意付出的費用：Gas價格（用以太幣計價） * Gas數量。

Gas的目的是限制執行交易所需的工作量，同時為執行支付費用。當EVM執行交易時，Gas將按照特定規則被逐漸消耗，無論執行到什麼位置，一旦Gas被耗盡，將會觸發異常。當前呼叫幀所做的所有狀態修改都將被回滾， 如果執行結束還有Gas剩餘，這些Gas將被返還給傳送賬戶。

如果沒有這個限制，就會有人寫出無法停止（如：死迴圈）的合約來阻塞網路。

因此實際上（把前面的內容串起來），我們需要一個有以太幣餘額的外部賬戶，來發起一個交易（普通交易或部署、執行一個合約），執行時，礦工收取相應的工作量費用。

以太坊網路

有些著急的同學要問了，沒有以太幣，要怎麼進行智慧合約的開發？可以選擇以下方式：

選擇以太坊官網測試網路Testnet

測試網路中，我們可以很容易獲得免費的以太幣，缺點是需要發很長時間初始化節點。

使用私有鏈

建立自己的以太幣私有測試網路，通常也稱為私有鏈，我們可以用它來作為一個測試環境來開發、除錯和測試智慧合約。

通過上面提到的Geth很容易就可以建立一個屬於自己的測試網路，以太幣想挖多少挖多少，也免去了同步正式網路的整個區塊鏈資料。

使用開發者網路(模式)

相比私有鏈，開發者網路(模式)下，會自動分配一個有大量餘額的開發者賬戶給我們使用。

使用模擬環境

另一個建立測試網路的方法是使用testrpc，testrpc是在本地使用記憶體模擬的一個以太坊環境，對於開發除錯來說，更方便快捷。而且testrpc可以在啟動時幫我們建立10個存有資金的測試賬戶。

進行合約開發時，可以在testrpc中測試通過後，再部署到Geth節點中去。更新：testrpc 現在已經併入到Truffle 開發框架中，現在名字是Ganache CLI。

Dapp：去中心化的應用程式

以太坊社群把基於智慧合約的應用稱為去中心化的應用程式(Decentralized App)。如果我們把區塊鏈理解為一個不可篡改的資料庫，智慧合約理解為和資料庫打交道的程式，那就很容易理解Dapp了，一個Dapp不單單有智慧合約，比如還需要有一個友好的使用者介面和其他的東西。

Truffle

Truffle是Dapp開發框架，他可以幫我們處理掉大量無關緊要的小事情，讓我們可以迅速開始寫程式碼-編譯-部署-測試-打包DApp這個流程。

總結

我們現在來總結一下，以太坊是平臺，它讓我們方便的使用區塊鏈技術開發去中心化的應用，在這個應用中，使用Solidity來編寫和區塊鏈互動的智慧合約，合約編寫好後之後，我們需要用以太坊客戶端用一個有餘額的賬戶去部署及執行合約（使用Truffle框架可以更好的幫助我們做這些事情了）。為了開發方便，我們可以用Geth或testrpc來搭建一個測試網路。

網址：http://www.qukuailianxueyuan.io/

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