以太坊是什么丨以太坊開發(fā)入門指南

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(lái)，可是又感覺(jué)無(wú)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(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)運(yùn)行的去中心化應(yīng)用。

對(duì)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(méi)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(lái)一個(gè)新幣）。
以太坊平臺(tái)對(duì)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(guò)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(yǔ)中，稱它為是“圖靈完備的”），讓我們就像使用任何高級(jí)語(yǔ)言一樣來(lái)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(duì)信任、安全和持久性要求較高的應(yīng)用場(chǎng)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(cè)市場(chǎng)、產(chǎn)權(quán)所有權(quán)管理、物聯(lián)網(wǎng)、點(diǎn)對(duì)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(lái)一樣），相信1到3年內(nèi)，各種殺手級(jí)會(huì)慢慢出現(xiàn)。

編程語(yǔ)言：Solidity

智能合約的默認(rèn)的編程語(yǔ)言是Solidity，文件擴(kuò)展名以.sol結(jié)尾。
Solidity是和JavaScript相似的語(yǔ)言，用它來(lái)開發(fā)合約并編譯成以太坊虛擬機(jī)字節(jié)代碼。

還有長(zhǎng)像Python的智能合約開發(fā)語(yǔ)言：Serpent，不過(guò)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(yǔ)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?cè)诓渴鹬跋葘?duì)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?cè)陂_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(yǔ)言開發(fā)。 Geth提供了一個(gè)交互式命令控制臺(tái)，通過(guò)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(guò)是跑在終端里。
相對(duì)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(lái)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(méi)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(jiǎn)單的賬戶概念。
兩類賬戶對(duì)于EVM來(lái)說(shuō)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(guò)創(chuàng)建和用自己的私鑰來(lái)對(duì)交易進(jìn)行簽名，來(lái)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(guò)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(guò)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(guò)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(jiǎn)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(méi)有免費(fèi)的午餐對(duì)不對(duì)!）。
以太坊上用Gas機(jī)制來(lái)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(lái)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(qǐng)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(wú)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(méi)有這個(gè)限制，就會(huì)有人寫出無(wú)法停止（如：死循環(huán)）的合約來(lái)阻塞網(wǎng)絡(luò)。

因此實(shí)際上（把前面的內(nèi)容串起來(lái)），我們需要一個(gè)有以太幣余額的外部賬戶，來(lái)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(wèn)了，沒(méi)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(cè)試網(wǎng)絡(luò)Testnet

測(cè)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(zhǎng)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(cè)試網(wǎng)絡(luò)，通常也稱為私有鏈，我們可以用它來(lái)作為一個(gè)測(cè)試環(huán)境來(lái)開發(fā)、調(diào)試和測(cè)試智能合約。
通過(guò)上面提到的Geth很容易就可以創(chuàng)建一個(gè)屬于自己的測(cè)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(cè)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(duì)于開發(fā)調(diào)試來(lái)說(shuō)，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(cè)試賬戶。
進(jìn)行合約開發(fā)時(shí)，可以在testrpc中測(cè)試通過(guò)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(kù)，智能合約理解為和數(shù)據(jù)庫(kù)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(wú)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(cè)試-打包DApp這個(gè)流程。

總結(jié)

我們現(xiàn)在來(lái)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(lái)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(lái)搭建一個(gè)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)。

注：本文中為了方便大家理解，對(duì)一些概念做了類比，有些嚴(yán)格來(lái)不是準(zhǔn)確，不過(guò)我也認(rèn)為對(duì)于初學(xué)者，也沒(méi)有必要把每一個(gè)概念掌握的很細(xì)致和準(zhǔn)確，學(xué)習(xí)是一個(gè)逐步深入的過(guò)程，很多時(shí)候我們會(huì)發(fā)現(xiàn)，過(guò)一段后，我們會(huì)對(duì)同一個(gè)東西有不一樣的理解。