以太坊智能合约的生命周期

"A smart contract is a computer program executed in a secure environment that directly controls digital assets."

-- Vitalik Buterin

作为以太坊的标志性技术, 网络上已经有非常多的文章对智能合约进行了介绍。今天Cindy将主要带领大家经历一场以太坊上智能合约的生命周期之旅, 一起经历合约存储、创建、部署、执行、升级与销毁的过程。

一起出发吧！

第一站：合约存储

-以太坊上两种账户类型：a) 个人账户 b)合约账户-

首先，以太坊智能合约有两种类型的账户：外部个人账户和合约账户。这两种类型账户的功能和特点都不一样。

其次，合约在部署时, 就会创建一个合约账户, 合约代码的可执行字节码(Bytecode)保存在合约账户(CA)中。具体来说就是存在账户 codehash 指向的存储区域；codeHash 是代码的 hash 值,创建后不可更改。

再次, 数据主要存储在账户 storageRoot 指向的存储区域；storageRoot 对应合约存储结构的MPT树根节点hash值，通过它能够在数据库中检索到合约的变量信息。

最后, 所有的基础存储目前都基于 leveldb, 一种 kv 数据库。

第二站：合约创建

这里我们用用户 A 的例子做说明。

1. 用户 A 使用 solidity 等语言创建一份合约代码
2. A 在 IDE/钱包/其他客户端，按一定的格式（from，data，value，Gas，GasPrice....）填写 data，然后确认（即发起一次transaction）
3. 客户端会填补 account nonce(tx计数器)、compile solidity、签名 等操作，并将 to 字段置零（代表合约创建）。
4. 该 tx 广播到网络上，B 节点收到该 tx。
5. B 节点检查 tx 是否有效、格式是否正确，验证交易签名是否合法。如果符合要求，计算可能的最大交易费用，确定发送者的地址，并在本地的区块链上查看发送者的余额，如果账户余额不足以支付最大的交易费用，则返回错误。
6. 对于符合要求的交易请求，B 将其放在交易存储池中，并向其他节点转发（比如转发给了C）。C 收到交易请求的节点重复用户 B 的处理过程。

第三站：合约部署

我们加入矿工B和C。

 

-部署与挖矿过程-

1. B 和 C 各自从本地的交易存储池中拿到一批 TX，然后打包进行 hash 计算（挖矿）。

2. 假设 B 挖矿成功（获得了记账权），B 会根据 A 提供的交易费用和合约代码，创建合约账户，并在账户空间中部署合约。合约账户地址在创建合约的 tx 确认后返回给 A

3. B 打包好的区块（包含 A 创建的智能合约）发送至对等节点，并在全网传播。

4. C 接收到该区块，验证区块，如果区块通过验证：
   a. C 从内存池中删除 A 创建的智能合约交易请求
   b. C 将区块链接到本地最长链上（同步区块）
   c. C 将 A 的智能合约部署在本地区块链中。

 

-区块验证过程-

第四站：合约执行

 

-合约执行过程-

1. 用户 A 按照一定格式在网络中发起一个 tx 请求；该请求被网络中节点 B 收到: i. 如果符合要求，计算可能的最大交易费用（最大交易费用=Gas Limit×GasPrice），确定发送方的地址，并在本地的区块链上从发送方账户中减去相应费用 ii. 如果账户余额不足，则返回错误，这条交易被直接丢弃。
2. B 同步到此交易，检查交易是否有效、格式是否正确。
3. 符合要求的交易请求，用户 B 将其放在交易存储池中，并向其他节点转发. 其他节点执行和B同样的操作过程.
4. B 挖矿成功。 a. 对于转账交易，B 将该交易和其他交易一起打包到区块。 b. 对于合约调用交易，B 将该交易和其他交易一起打包到区块中，并在本地的 EVM 上运行合约代码： i. 如果代码并未结束而 Gas 已经用完，那么因代码运行而改变的状态回滚到代码运行之前，但是已经支付的交易费用不可收回，交易费用由B获得。 ii. 如果代码运行结束 Gas 还有剩余，那么B只会获得消耗 的Gas×GasPrice 作为手续费，不会收取剩余 Gas 对应的手续费。 c. B 将包含 A 交易请求的区块传播到对等节点，在网络中广播。
5. C 节点收到该区块后: a. 验证区块（用户A的交易的合法性也被再次验证） i. 验证通过，C 将内存池中 A 的交易请求删掉，同时将B的区块添加到本地的区块链中 ii. 验证不通过，C 丢弃该区块。 b. 执行区块中的智能合约交易 i. C 在本地的 EVM 上运行该智能合约，并与 B 的执行结果互相验证。
6. 网络上其他矿工节点重复 C 的执行过程：通过 EVM 在本地计算机上运行智能合约，作为他们参与挖矿进程的一部分，然后得出一个结果并进行验证。 a. 理论上，如果没有人恶意操作，每个计算机代码运行的结果都是相同的，因为它们运行着提供了相同信息的相同合约代码。

第五站：合约升级

1. 部署在以太坊区块链上的代码是不可改变的，即无法重新部署一个新的合约到相同的地址上。（编者注：实际上是可以改变的。但需要）
2. 智能合约升级较为困难，务必需要一次性将合约写"完美"(测试/验证要求极高)。
3. hacking 办法: a. 部署一个拥有调用转发功能的智能合约 b. 将收到的调用转发到另外一个包含逻辑功能的合约地址 c. 当进行合约升级时，只需要部署一个新的合约并修改转发的目标地址，以指向新的合约。

第六站：合约销毁

合约发起者可以调用 selfdestruct() 方法即可销毁合约。举例：

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参考材料:

• https://blog.ethereum.org/2016/06/02/go-ethereums-jit-evm/
• https://github.com/ethereum/go-ethereum/blob/master/core/vm/evm.go
• 以太坊技术详解与实战. 闫莺;郑凯;郭众鑫 编著 出版日期：2018年06月