區塊鏈之以太坊初探

最近幾年區塊鏈技術特別火，特此翻閱了一些資料，基本都是一些理論知識，最後總的感覺還是天馬行空，一片茫然。區塊鏈，到底是什麼技術，最後又能做什麼呢？只知道其代表專案有比特幣，但執行原理又是什麼？帶著這些疑惑，初步瞭解了一下區塊鏈之以太坊專案。

以太坊

• 概念
  以太坊（英語：Ethereum）是一個開源的有智慧合約功能的公共區塊鏈平臺。通過其專用加密貨幣以太幣（Ether）提供去中心化的虛擬機器（“以太虛擬機器” Ethereum Virtual Machine）來處理點對點合約（去中心化賬本協議）。以太坊
  的理念基因中不僅含有比特幣基因，還含有BitTorrent、Java和Freenet的
  基因。從產品的角度而言，它是一個通用的全球性區塊鏈，可以管理金
  融和非金融型別應用的狀態。
  本質上，以太坊促成去中心化的商業邏輯（business logic）——也
  被稱為智慧合約，它是一個包含價值，當特定條件滿足會被自動開啟的
  加密“箱子”（boxes）。商業邏輯在區塊鏈雲上（不需要伺服器）執
  行，在多方之間自動執行給定協議的條款。它們是“去中心化應
  用”（DApp）的基本構件。從前端角度而言，以太坊擁有一個強大的專
  用瀏覽器，使使用者可以方便地安裝和使用DApp。
  這一新技術將促成Web3.0的基礎設施的建立，將會建立在三層部件
  之上：作為客戶端的先進瀏覽器，共享資源的區塊鏈賬本，以及以去中
  心化方式執行智慧商業邏輯程式的計算機虛擬網路。

• 以太坊VS比特幣
  初看起來，比特幣和以太坊都是開源平臺，具有四項共同點：底層
  的密碼學貨幣、區塊鏈、去中心化的共識證明機制和維護網路的礦工。
  這一切使人們容易混淆比特幣和以太坊，覺得它們肯定是類似的事物。
  但是，當你深入探究時，會發現兩者的不同點多於相同點。四項共同點
  的每一項在以太坊和比特幣中的作用和目的都是不一樣的，出於這個原
  因，以太坊會朝著一個不同於比特幣的方向發展。
  比特幣最初被設計成一個用於交易貨幣價值的去中心化密碼學貨幣
  網路，比特幣區塊鏈的主要目的是：為這些金融交易提供信任支撐。只
  是到了最近，比特幣區塊鏈才開始在非金融應用中被發現使用的情景。
  因此，比特幣區塊鏈的可程式設計性只是事後的想法，並不是最初就有的設
  計，雖然側鏈的提議希望讓程式設計更加容易。與比特幣相反，以太坊從第
  一天起就被構想為一個去中心化應用軟體開發平臺，它的區塊鏈被設計
  為支援去中心化應用的執行。所以，以太坊的設計有幸從比特幣的經驗
  中學習，並改進了比特幣的缺點。例如，與比特幣10分鐘的區塊確認時
  間相比，以太坊區塊鏈執行確認的速度更加快速，確認時間在5~30秒範
  圍內。
  以太坊的目標是實現大規模的去中心化應用，這需要以太坊成為一
  個確定的、可審計的和可預測的計算平臺。這不同於比特幣的本質——
  計算是以貨幣為中心的。因此，為了全面理解以太坊，不能盲目地將比
  特幣的挖礦、密碼學貨幣用途和可程式設計性推及至以太坊。
  首先，以太坊的密碼學貨幣（被稱為以太幣）並不類似於比特幣，
  因為它的主要目的不是用於商品或者服務的支付，也不是“數字黃金”。
  這是比特幣的重要特性，但以太坊志不在此。以太幣更像一種“加密燃
  料”（crypto-fuel）形式的激勵，支付執行各種智慧商業邏輯程式所需的
  交易費用（關於“燃料貨幣”相關知識，請參見後面章節）。除了作為網
  絡燃料以外，以太幣也將作為一種數字貨幣在交易所交易，但是它的價
  值更多地受交易需求量影響，而不是貨幣投機者。
  以太幣類似於雲端計算費用。當你在雲中執行一個應用時，基於你的
  執行時間、佔用的儲存空間、資料轉移和計算速度，你需要向雲端計算公
  司支付相應的費用。以太幣費用的新穎之處在於你為執行在區塊鏈上的
  商業邏輯付費。
  其次，以太坊區塊鏈被設計為完全可程式設計，比比特幣更具有經濟效
  率。它具有更大的可擴充套件性，對於使用者可以低成本地使用區塊鏈而言，
  這是非常關鍵的要求。因為以太坊不只關注於實現金融交易，所以以太
  坊區塊鏈的目的不同於比特幣。從技術上而言，以太坊的區塊大小沒有
  上限，它可以動態地調整。

• 開發語言
  以太坊的軟體開發語言是其最大特性之一，因為對區塊鏈進行程式設計
  是一項首要目標。以太坊具有四種專用語言：Serpent（受Python啟
  發）、Solidity（受JavaScript啟發）、Mutan（受Go啟發）和LLL（受
  Lisp啟發），都是為面向合約程式設計而從底層開始設計的語言。

  作為以太坊的高階程式語言，Serpent的設計非常類似於Python。它
  的設計目標為最大可能的簡潔和簡單，將低階語言的高效優勢與程式設計風
  格中的易用性相結合。

  Solidity是以太坊的首選語言，它內建了Serpent的所有特性，但是
  語法類似於JavaScript，這降低了學習門檻，易於被掌握和使用，因為
  JavaScript是Web開發者的常用語言。因此，Solidity充分利用了現有數
  以百萬程式設計師已掌握JavaScript這一現狀。

• 去中心化應用
  以太坊支援多種開發語言是非常重要的，因為這使得開發者可以選
  用自己喜歡的語言，可以更加容易和高效地寫去中心化應用。
  一個DApp是由智慧合約和客戶端程式碼構成的。智慧合約就像加密
  的“箱子”，包含價值，只有當特定條件被滿足時，它才能被開啟。它封
  裝了一些邏輯、規則、處理步驟或者雙方間的協議。當它們被髮布在以
  太坊上時，網路會執行它們的分支（ramification）。

• 以太坊客戶端
  以太坊包括一個專用的客戶端瀏覽器，使使用者可以執行各種各樣的
  DApp和釋出智慧合約。這一瀏覽器（以太坊瀏覽器被稱為Mist）易於
  使用，所以DApp和智慧合約能夠被大量使用者使用。從降低使用者使用門
  檻角度而言，Mist是一項突破性成就

• 以太坊虛擬機器
  當你想到這些自足的邏輯指令碼——執行在區塊鏈上，在其上儲存數
  據，向發起人返回一些值時，就像執行在雲中的程式。簡單地說，這些
  智慧合約就是執行在以太坊虛擬機器（EVM）上的程式碼。因此，這類似
  於一個去中心化的虛擬計算服務，但是它不存在網站伺服器這樣的負
  擔，它被設計成點對點網路，所有參與者都可以執行，可以安全地（通
  過加密和數字簽名）向區塊鏈寫入資料和程式碼，讀取上面的資料和代
  碼。

看了這些理論知識，可能還是覺得很迷茫，但是首先要明確一點，不管是比特幣還是以太坊等區塊鏈專案，其中心思想就是取中心化，
點對點模型：

傳統的中心化模型：

下來通過搭建以太坊私有鏈，跟進一步瞭解其工作原理

• 環境安裝
  1）、golang安裝
  下載tar包，並上傳伺服器
  https://storage.googleapis.com/golang/go1.9.4.linux-amd64.tar.gz

  2）、下載以太坊原始碼
  下載原始碼（https://github.com/ethereum/go-ethereum/releases），我用的是1.8.11版本

  3）、安裝以太坊
  下載的zip格式的原始碼包解壓縮，並進入解壓縮後的目錄
  

進入go-ethereum-1.8.11目錄下執行 make命令開始進行編譯，
注意：golang版本一定要跟以太坊原碼版本對應，否則會提示編譯版本過低
目前網上很多例項用go-ethereum-1.4.12，但如果使用高版本的go，編譯
過程會出現“make: * [geth] Error 1” 錯誤。

編譯完成如下：

編譯成功後，將在go-ethereum-1.8.11目錄下出現build/bin這樣的子目錄，並且在該子目錄下出現geth這樣的可執行檔案，

這樣，我們的以太坊就安裝完成了

4）、創世區塊檔案的準備
建立一個目錄，建立一個lw_init.json檔案，內容如下：
{
“nonce”:”0x0000000000000042”,
“mixhash”:”0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000”,
“difficulty”: “0x4000”,
“alloc”: {},
“coinbase”:”0x0000000000000000000000000000000000000000”,
“timestamp”: “0x00”,
“parentHash”:”0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000”,
“extraData”: “”,
“gasLimit”:”0x0000ffff”
}

如圖：

5）、創世區塊初始化

進入go-ethereum-1.8.11/build/bin，執行以下命令以完成創世區塊的建立

./geth –datadir “/app/yum/lw/chain” init lw_init.json

datadir後對應目錄自定義

執行完成會出現如下語句：successfully wrote genesis block and/or chain rule set: 244469eaad4c9c7a245fa4962a6ed7346e9925317f222b580e7f3113f97226

注意：如果出現類似錯誤：Fatal: invalid genesis file: json: cannot unmarshal hex string of odd length into Go struct field Genesis.extraData of type
是由於我們沒有定義初始的賬戶，去掉了創世區塊的extraData的內容

6）、以太坊啟動
./geth –rpc –rpccorsdomain “*” –datadir “/app/yum/lw/chain” –port “30303” –rpcapi “db,eth,net,web3” –networkid 100000 console

啟動入下：

出現Welcome to the Geth JavaScript console! 句話，並自動進入geth的命令列則說明以太坊私有鏈安裝成功了。

• 賬戶管理、挖礦與轉賬
  1）、賬戶管理
  以太坊的終端使用命令 personal.listAccounts 列出現存的賬號：
  

personal.listAccounts
[]
說明目前沒有賬號。我們使用personal.newAccount()這個命令建立一個賬號，重複輸入兩次密碼，則生成一個預設賬戶

2）、挖礦
第一步中建立的第一個賬號是預設賬號，這裡是 0xe03e63c321999eef68cf111120a8bbfda41037b6，
我們使用web3.fromWei(eth.getBalance(eth.coinbase), “ether”)來查詢這個預設賬號餘額：

web3.fromWei(eth.getBalance(eth.coinbase), “ether”)
0

當前預設賬號的餘額是0。 使用miner.start(1)命令開始挖礦：

miner.start(1)
INFO [06-18|23:33:40] Commit new mining work number=1 txs=0 uncles=0 elapsed=1.211ms
INFO [06-18|23:33:42] Generating DAG in progress epoch=0 percentage=0 elapsed=827.896ms
INFO [06-18|23:33:43] Generating DAG in progress epoch=0 percentage=1 elapsed=1.649s
INFO [06-18|23:33:43] Generating DAG in progress epoch=0 percentage=2 elapsed=2.524s
INFO [06-18|23:33:44] Generating DAG in progress epoch=0 percentage=3 elapsed=3.353s

當出現“Mined block”這樣的字眼時，表明挖礦成功，此時，我們可以使用miner.stop()命令停止挖礦。

再次使用web3.fromWei(eth.getBalance(eth.coinbase), “ether”)來查詢這個預設賬號餘額：

web3.fromWei(eth.getBalance(eth.coinbase), “ether”)
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3）、轉賬
本地建立另外一個賬號作為轉賬的接收方，

personal.newAccount(“wei.lu”)
“0x254f1f7952b5bc6111f55186ed093f2c99309d23”

執行轉賬指令eth.sendTransaction({from: ‘0xe03e63c321999eef68cf111120a8bbfda41037b6’, to: ‘0x254f1f7952b5bc6111f55186ed093f2c99309d23’, value: web3.toWei(1, “ether”)})

檢視這兩個賬戶的餘額，發現數量未變化， 那是因為我們的交易還未成功寫進區塊，寫進區塊的方式是挖礦，
我們再次開啟挖礦，挖礦成功後，並停止挖礦，檢視對應賬戶，發現金額出現變化。

目前搭建環境先到此，後續根據自己的學習儘快再進行補充。