区块链之以太坊初探

最近几年区块链技术特别火，特此翻阅了一些资料，基本都是一些理论知识，最后总的感觉还是天马行空，一片茫然。区块链，到底是什么技术，最后又能做什么呢？只知道其代表项目有比特币，但运行原理又是什么？带着这些疑惑，初步了解了一下区块链之以太坊项目。

以太坊

• 概念
  以太坊（英语：Ethereum）是一个开源的有智能合约功能的公共区块链平台。通过其专用加密货币以太币（Ether）提供去中心化的虚拟机（“以太虚拟机” Ethereum Virtual Machine）来处理点对点合约（去中心化账本协议）。以太坊
  的理念基因中不仅含有比特币基因，还含有BitTorrent、Java和Freenet的
  基因。从产品的角度而言，它是一个通用的全球性区块链，可以管理金
  融和非金融类型应用的状态。
  本质上，以太坊促成去中心化的商业逻辑（business logic）——也
  被称为智能合约，它是一个包含价值，当特定条件满足会被自动打开的
  加密“箱子”（boxes）。商业逻辑在区块链云上（不需要服务器）执
  行，在多方之间自动执行给定协议的条款。它们是“去中心化应
  用”（DApp）的基本构件。从前端角度而言，以太坊拥有一个强大的专
  用浏览器，使用户可以方便地安装和使用DApp。
  这一新技术将促成Web3.0的基础设施的建立，将会建立在三层部件
  之上：作为客户端的先进浏览器，共享资源的区块链账本，以及以去中
  心化方式运行智能商业逻辑程序的计算机虚拟网络。

• 以太坊VS比特币
  初看起来，比特币和以太坊都是开源平台，具有四项共同点：底层
  的密码学货币、区块链、去中心化的共识证明机制和维护网络的矿工。
  这一切使人们容易混淆比特币和以太坊，觉得它们肯定是类似的事物。
  但是，当你深入探究时，会发现两者的不同点多于相同点。四项共同点
  的每一项在以太坊和比特币中的作用和目的都是不一样的，出于这个原
  因，以太坊会朝着一个不同于比特币的方向发展。
  比特币最初被设计成一个用于交易货币价值的去中心化密码学货币
  网络，比特币区块链的主要目的是：为这些金融交易提供信任支撑。只
  是到了最近，比特币区块链才开始在非金融应用中被发现使用的情景。
  因此，比特币区块链的可编程性只是事后的想法，并不是最初就有的设
  计，虽然侧链的提议希望让编程更加容易。与比特币相反，以太坊从第
  一天起就被构想为一个去中心化应用软件开发平台，它的区块链被设计
  为支持去中心化应用的运行。所以，以太坊的设计有幸从比特币的经验
  中学习，并改进了比特币的缺点。例如，与比特币10分钟的区块确认时
  间相比，以太坊区块链执行确认的速度更加快速，确认时间在5~30秒范
  围内。
  以太坊的目标是实现大规模的去中心化应用，这需要以太坊成为一
  个确定的、可审计的和可预测的计算平台。这不同于比特币的本质——
  计算是以货币为中心的。因此，为了全面理解以太坊，不能盲目地将比
  特币的挖矿、密码学货币用途和可编程性推及至以太坊。
  首先，以太坊的密码学货币（被称为以太币）并不类似于比特币，
  因为它的主要目的不是用于商品或者服务的支付，也不是“数字黄金”。
  这是比特币的重要特性，但以太坊志不在此。以太币更像一种“加密燃
  料”（crypto-fuel）形式的激励，支付运行各种智能商业逻辑程序所需的
  交易费用（关于“燃料货币”相关知识，请参见后面章节）。除了作为网
  络燃料以外，以太币也将作为一种数字货币在交易所交易，但是它的价
  值更多地受交易需求量影响，而不是货币投机者。
  以太币类似于云计算费用。当你在云中运行一个应用时，基于你的
  运行时间、占用的存储空间、数据转移和计算速度，你需要向云计算公
  司支付相应的费用。以太币费用的新颖之处在于你为运行在区块链上的
  商业逻辑付费。
  其次，以太坊区块链被设计为完全可编程，比比特币更具有经济效
  率。它具有更大的可扩展性，对于用户可以低成本地使用区块链而言，
  这是非常关键的要求。因为以太坊不只关注于实现金融交易，所以以太
  坊区块链的目的不同于比特币。从技术上而言，以太坊的区块大小没有
  上限，它可以动态地调整。

• 开发语言
  以太坊的软件开发语言是其最大特性之一，因为对区块链进行编程
  是一项首要目标。以太坊具有四种专用语言：Serpent（受Python启
  发）、Solidity（受JavaScript启发）、Mutan（受Go启发）和LLL（受
  Lisp启发），都是为面向合约编程而从底层开始设计的语言。

  作为以太坊的高级编程语言，Serpent的设计非常类似于Python。它
  的设计目标为最大可能的简洁和简单，将低级语言的高效优势与编程风
  格中的易用性相结合。

  Solidity是以太坊的首选语言，它内置了Serpent的所有特性，但是
  语法类似于JavaScript，这降低了学习门槛，易于被掌握和使用，因为
  JavaScript是Web开发者的常用语言。因此，Solidity充分利用了现有数
  以百万程序员已掌握JavaScript这一现状。

• 去中心化应用
  以太坊支持多种开发语言是非常重要的，因为这使得开发者可以选
  用自己喜欢的语言，可以更加容易和高效地写去中心化应用。
  一个DApp是由智能合约和客户端代码构成的。智能合约就像加密
  的“箱子”，包含价值，只有当特定条件被满足时，它才能被打开。它封
  装了一些逻辑、规则、处理步骤或者双方间的协议。当它们被发布在以
  太坊上时，网络会执行它们的分支（ramification）。

• 以太坊客户端
  以太坊包括一个专用的客户端浏览器，使用户可以运行各种各样的
  DApp和发布智能合约。这一浏览器（以太坊浏览器被称为Mist）易于
  使用，所以DApp和智能合约能够被大量用户使用。从降低用户使用门
  槛角度而言，Mist是一项突破性成就

• 以太坊虚拟机
  当你想到这些自足的逻辑脚本——运行在区块链上，在其上存储数
  据，向发起人返回一些值时，就像运行在云中的程序。简单地说，这些
  智能合约就是运行在以太坊虚拟机（EVM）上的代码。因此，这类似
  于一个去中心化的虚拟计算服务，但是它不存在网站服务器这样的负
  担，它被设计成点对点网络，所有参与者都可以运行，可以安全地（通
  过加密和数字签名）向区块链写入数据和代码，读取上面的数据和代
  码。

看了这些理论知识，可能还是觉得很迷茫，但是首先要明确一点，不管是比特币还是以太坊等区块链项目，其中心思想就是取中心化，
点对点模型：

传统的中心化模型：

下来通过搭建以太坊私有链，跟进一步了解其工作原理

• 环境安装
  1）、golang安装
  下载tar包，并上传服务器
  https://storage.googleapis.com/golang/go1.9.4.linux-amd64.tar.gz

  2）、下载以太坊源代码
  下载源码（https://github.com/ethereum/go-ethereum/releases），我用的是1.8.11版本

  3）、安装以太坊
  下载的zip格式的源码包解压缩，并进入解压缩后的目录
  

进入go-ethereum-1.8.11目录下执行 make命令开始进行编译，
注意：golang版本一定要跟以太坊原码版本对应，否则会提示编译版本过低
目前网上很多实例用go-ethereum-1.4.12，但如果使用高版本的go，编译
过程会出现“make: * [geth] Error 1” 错误。

编译完成如下：

编译成功后，将在go-ethereum-1.8.11目录下出现build/bin这样的子目录，并且在该子目录下出现geth这样的可执行文件，

这样，我们的以太坊就安装完成了

4）、创世区块文件的准备
创建一个目录，创建一个lw_init.json文件，内容如下：
{
“nonce”:”0x0000000000000042”,
“mixhash”:”0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000”,
“difficulty”: “0x4000”,
“alloc”: {},
“coinbase”:”0x0000000000000000000000000000000000000000”,
“timestamp”: “0x00”,
“parentHash”:”0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000”,
“extraData”: “”,
“gasLimit”:”0x0000ffff”
}

如图：

5）、创世区块初始化

进入go-ethereum-1.8.11/build/bin，执行以下命令以完成创世区块的创建

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

datadir后对应目录自定义

执行完成会出现如下语句：successfully wrote genesis block and/or chain rule set: 244469eaad4c9c7a245fa4962a6ed7346e9925317f222b580e7f3113f97226

注意：如果出现类似错误：Fatal: invalid genesis file: json: cannot unmarshal hex string of odd length into Go struct field Genesis.extraData of type
是由于我们没有定义初始的账户，去掉了创世区块的extraData的内容

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

启动入下：

出现Welcome to the Geth JavaScript console! 句话，并自动进入geth的命令行则说明以太坊私有链安装成功了。

• 账户管理、挖矿与转账
  1）、账户管理
  以太坊的终端使用命令 personal.listAccounts 列出现存的账号：
  

personal.listAccounts
[]
说明目前没有账号。我们使用personal.newAccount()这个命令创建一个账号，重复输入两次密码，则生成一个默认账户

2）、挖矿
第一步中创建的第一个账号是默认账号，这里是 0xe03e63c321999eef68cf111120a8bbfda41037b6，
我们使用web3.fromWei(eth.getBalance(eth.coinbase), “ether”)来查询这个默认账号余额：

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

当前默认账号的余额是0。 使用miner.start(1)命令开始挖矿：

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

当出现“Mined block”这样的字眼时，表明挖矿成功，此时，我们可以使用miner.stop()命令停止挖矿。

再次使用web3.fromWei(eth.getBalance(eth.coinbase), “ether”)来查询这个默认账号余额：

web3.fromWei(eth.getBalance(eth.coinbase), “ether”)
15

3）、转账
本地创建另外一个账号作为转账的接收方，

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

执行转账指令eth.sendTransaction({from: ‘0xe03e63c321999eef68cf111120a8bbfda41037b6’, to: ‘0x254f1f7952b5bc6111f55186ed093f2c99309d23’, value: web3.toWei(1, “ether”)})

查看这两个账户的余额，发现数量未变化， 那是因为我们的交易还未成功写进区块，写进区块的方式是挖矿，
我们再次开启挖矿，挖矿成功后，并停止挖矿，查看对应账户，发现金额出现变化。

目前搭建环境先到此，后续根据自己的学习尽快再进行补充。