教程 | 如何在Ethereum上编写自己的CryptoKitties风格的游戏

CryptoKitties 做了很棒的工作，他展示除了简单的金融交易之外还可以使用区块链做什么。

我希望将来我们会看到更多创新的区块链用法，所以我想快速浏览CryptoKitties背后的代码，以展示它背后是如何实现的。

本文是为开发人员编写的，虽然这不是一个绝对的初学者对Solidity的介绍，但是我试图包含文档的链接，以便尽可能适合所有开发者。

让我们开始...

CryptoKitties源码

几乎所有的CryptoKitties代码都是开源的，因此找出它的工作原理的最好方法是阅读源代码。

总共大约有2000行，所以在这篇文章中，我只会讲解我认为最重要的部分。 但是，如果您想单独阅读，请参阅EthFiddle上的完整合约代码副本：

CryptoKitties Source Code

总概：

如果你不了解CryptoKitties是什么，它基本上是一个购买，销售和繁殖数字猫的游戏。 每只猫都有一个独特的外观，由它的基因所定义，当你通过两只猫繁殖时，它们的基因以一种独特的方式结合在一起产生一个后代，然后你可以繁殖或出售它。

CryptoKitties 的代码分为许多相关的较小的合约， 而不是一个单一的包含所有东西的巨大文件

子合约像下面这样继承主kitty合约:

contract KittyAccessControl
contract KittyBase is KittyAccessControl
contract KittyOwnership is KittyBase, ERC721
contract KittyBreeding is KittyOwnership
contract KittyAuction is KittyBreeding
contract KittyMinting is KittyAuction
contract KittyCore is KittyMinting

所以KittyCore是最终应用程序指向的合约地址，他继承了前面合约的所有的属性和方法

让我们一个一个的看看这些合约：

1. KittyAccessControl：谁控制合约？

这个合约管理只能由特定角色执行操作的各种地址和约束。这些角色叫CEO, CFO and COO.

这个合约是为了管理合约，根本不涉及到游戏的机制。他为CEO, COO 和CFO提供有“setter”方法， 他们(CEO, COO, CFO)是对合约具有特殊所有权和控制权的以太坊地址。

KittyAccessControl 定义一些modifier函数例如 onlyCEO(只有CEO才能执行)，还有暂停/恢复合约的方法或者提现方法

modifier onlyCLevel() {
    require(
        msg.sender == cooAddress ||
        msg.sender == ceoAddress ||
        msg.sender == cfoAddress
    );
    _;
}
//...some other stuff
// Only the CEO, COO, and CFO can execute this function:
function pause() external onlyCLevel whenNotPaused {
    paused = true;
}

pause() 函数可能被添加，以便开发人员可以更新一个新的版本，以防有任何不可预见的错误... 但正如我的同事Luke指出，这实际上将允许开发人员完全冻结合约，使其没有人可以转让，出售或繁殖他们的小猫！ 并不是说他们会这么做 - 但是有趣的是，由于大多数人认为DApp完全是去中心化的，只是因为它在以太坊上。

继续。。。

2. KittyBase: Kitty是什么？

这是我们定义在整个核心功能中共享的最基本代码的地方。 这包括我们的主要数据存储，常量和数据类型，以及用于管理这些数据的内部函数。

KittyBase 定义了应用程序的很多核心数据。首先它将Kitty定义为一个结构体：

struct Kitty {
    uint256 genes;
    uint64 birthTime;
    uint64 cooldownEndBlock;
    uint32 matronId;
    uint32 sireId;
    uint32 siringWithId;
    uint16 cooldownIndex;
    uint16 generation;
}

所以一只kitty实际上只是一串无符号的整数...

展开每个属性：

• genes—代表猫的遗传密码的256位整数。 这是决定猫的长相的核心数据。

• birthTime—猫出生时的时间戳

• cooldownEndBlock—之后这只猫可以再次繁殖的最小时间戳

• matronId&sireId—分别是猫的母亲和父亲的ID

• siringWithId—如果猫当前怀孕，则设置为父亲的ID，否则为零

• cooldownIndex—目前这只猫的冷却时间（猫需要等待多久才能繁殖）

• generation—这只猫的“世代号”。 第一只猫被合约创造是0代，新一代的猫是他们的父母一代中较大的一个，再加上1.

请注意，在Crypto Kitties中，猫是无性的，任何2只猫都可以一起繁殖 - 因此猫没有性别。

KittyBase 合约定义了一个kitty 数据结构的数据

Kitty[] kitties;

这个数组包含了所有Kitty的数据，所以它就像一个Kitty的数据库一样。 无论何时创建一个新的猫，它都会被添加到这个数组中，数组的索引成为猫的ID，就像这个 ID为'1'的创世喵：

该合约还包含从猫的ID到其拥有者地址的映射，以跟踪拥有猫的人：

mapping (uint256 => address) public kittyIndexToOwner;

还有一些其他的映射也被定义，但为了保持这篇文章的合理长度，我不会仔细研究每一个细节。

每当小猫从一个人转移到下一个时，这个kittyIndexToOwner映射就会被更新以反映新的所有者：

/// @dev Assigns ownership of a specific Kitty to an address.
function _transfer(address _from, address _to, uint256 _tokenId) internal {
    // Since the number of kittens is capped to 2^32 we can't overflow this
    ownershipTokenCount[_to]++;
    // transfer ownership
    kittyIndexToOwner[_tokenId] = _to;
    // When creating new kittens _from is 0x0, but we can't account that address.
    if (_from != address(0)) {
        ownershipTokenCount[_from]--;
        // once the kitten is transferred also clear sire allowances
        delete sireAllowedToAddress[_tokenId];
        // clear any previously approved ownership exchange
        delete kittyIndexToApproved[_tokenId];
    }
    // Emit the transfer event.
    Transfer(_from, _to, _tokenId);
}

转移所有权 设置Kitty的ID指向接收人_to的地址。
现在我们来看看在创建一个新的kitty时会发生什么：

function _createKitty(
    uint256 _matronId,
    uint256 _sireId,
    uint256 _generation,
    uint256 _genes,
    address _owner
)
    internal
    returns (uint)
{
    // These requires are not strictly necessary, our calling code should make
    // sure that these conditions are never broken. However! _createKitty() is already
    // an expensive call (for storage), and it doesn't hurt to be especially careful
    // to ensure our data structures are always valid.
    require(_matronId == uint256(uint32(_matronId)));
    require(_sireId == uint256(uint32(_sireId)));
    require(_generation == uint256(uint16(_generation)));

    // New kitty starts with the same cooldown as parent gen/2
    uint16 cooldownIndex = uint16(_generation / 2);
    if (cooldownIndex > 13) {
        cooldownIndex = 13;
    }

    Kitty memory _kitty = Kitty({
        genes: _genes,
        birthTime: uint64(now),
        cooldownEndBlock: 0,
        matronId: uint32(_matronId),
        sireId: uint32(_sireId),
        siringWithId: 0,
        cooldownIndex: cooldownIndex,
        generation: uint16(_generation)
    });
    uint256 newKittenId = kitties.push(_kitty) - 1;

    // It's probably never going to happen, 4 billion cats is A LOT, but
    // let's just be 100% sure we never let this happen.
    require(newKittenId == uint256(uint32(newKittenId)));

    // emit the birth event
    Birth(
        _owner,
        newKittenId,
        uint256(_kitty.matronId),
        uint256(_kitty.sireId),
        _kitty.genes
    );

    // This will assign ownership, and also emit the Transfer event as
    // per ERC721 draft
    _transfer(0, _owner, newKittenId);

    return newKittenId;
}

这个函数传递了母亲和父亲的ID，小猫的世代号码，256位遗传密码和所有者的地址。 然后创建小猫，将其加入到Kitty数组，然后调用_transfer() 将其分配给它的新所有者。

Cool - 现在我们可以看到CryptoKitties如何将一只猫咪定义为一种数据类型，它如何将所有小猫都存储在区块链中，以及如何跟踪谁拥有哪些小猫。

3. KittyOwnership: Kitties代币化

这提供了遵循ERC-721规范草案的基本不可互换令牌交易所需的方法。

CryptoKitties符合ERC721代币规范，这是一种不可替换的代币类型，它非常适合在MMORPG中跟踪数字收集游戏（如数字扑克牌或稀有物品）的所有权。

关于Fungibility的说明：Ether是可互换的，因为任何5个ETH都与其他5个ETH一样好。 但是像CryptoKitties这样的是非可互换代币，并不是每只猫都是平等的，所以它们不能互相交换。

您可以从合约定义中看出，KittyOwnership继承了ERC721合约：

contract KittyOwnership is KittyBase, ERC721 {

而所有ERC721令牌都遵循相同的标准，所以KittyOwnership合约实现了以下功能：

/// @title Interface for contracts conforming to ERC-721: Non-Fungible Tokens
/// @author Dieter Shirley  (https://github.com/dete)
contract ERC721 {
    // Required methods
    function totalSupply() public view returns (uint256 total);
    function balanceOf(address _owner) public view returns (uint256 balance);
    function ownerOf(uint256 _tokenId) external view returns (address owner);
    function approve(address _to, uint256 _tokenId) external;
    function transfer(address _to, uint256 _tokenId) external;
    function transferFrom(address _from, address _to, uint256 _tokenId) external;

    // Events
    event Transfer(address from, address to, uint256 tokenId);
    event Approval(address owner, address approved, uint256 tokenId);

    // Optional
    // function name() public view returns (string name);
    // function symbol() public view returns (string symbol);
    // function tokensOfOwner(address _owner) external view returns (uint256[] tokenIds);
    // function tokenMetadata(uint256 _tokenId, string _preferredTransport) public view returns (string infoUrl);

    // ERC-165 Compatibility (https://github.com/ethereum/EIPs/issues/165)
    function supportsInterface(bytes4 _interfaceID) external view returns (bool);
}

由于这些方法是公开的，这就为用户提供了一个标准的方式来与CryptoKitties令牌进行交互，就像他们与任何其他ERC721令牌进行交互一样。 您可以通过直接与以太坊区块链上的CryptoKitties合约进行交互，而不必通过他们的Web界面来将您的代币转让给其他人，所以从这个意义上说，您真的拥有自己的小猫。 （除非CEO暂停合约）。

我不会解读所有这些方法的实现，但是你可以在EthFiddle上查看它们（搜索“KittyOwnership”）。

4. KittyBreeding：猫的繁殖

这个文件包含了将猫一起繁殖所必需的方法，包括跟踪繁殖提供者，并依靠外部基因组合合约。

“外部基因组合合约”（geneScience）存储在一个不是开源的单独合约中。

KittyBreeding 合约包含一个方法，让CEO设置这个外部基因组合约地址：

/// @dev Update the address of the genetic contract, can only be called by the CEO.
/// @param _address An address of a GeneScience contract instance to be used from this point forward.
function setGeneScienceAddress(address _address) external onlyCEO {
    GeneScienceInterface candidateContract = GeneScienceInterface(_address);

    // NOTE: verify that a contract is what we expect - https://github.com/Lunyr/crowdsale-contracts/blob/cfadd15986c30521d8ba7d5b6f57b4fefcc7ac38/contracts/LunyrToken.sol#L117
    require(candidateContract.isGeneScience());

    // Set the new contract address
    geneScience = candidateContract;
}

他们这样做是为了让游戏变得不那么容易 - 如果你能够读懂一只小猫的DNA是如何确定的，那么就知道为了得到一只“奇特的猫”而跟哪只猫繁殖会容易得多。

这个外部 geneScience合约之后会在theGiveBirth() 函数（我们稍后会看到）中使用，以确定新猫的DNA。

现在让我们看看当两只猫在一起时会发生什么：

/// @dev Internal utility function to initiate breeding, assumes that all breeding
///  requirements have been checked.
function _breedWith(uint256 _matronId, uint256 _sireId) internal {
    // Grab a reference to the Kitties from storage.
    Kitty storage sire = kitties[_sireId];
    Kitty storage matron = kitties[_matronId];

    // Mark the matron as pregnant, keeping track of who the sire is.
    matron.siringWithId = uint32(_sireId);

    // Trigger the cooldown for both parents.
    _triggerCooldown(sire);
    _triggerCooldown(matron);

    // Clear siring permission for both parents. This may not be strictly necessary
    // but it's likely to avoid confusion!
    delete sireAllowedToAddress[_matronId];
    delete sireAllowedToAddress[_sireId];

    // Every time a kitty gets pregnant, counter is incremented.
    pregnantKitties++;

    // Emit the pregnancy event.
    Pregnant(kittyIndexToOwner[_matronId], _matronId, _sireId, matron.cooldownEndBlock);
}

这个函数需要母亲和父亲的ID，在kitties数组中查找它们，并将母亲上的siringWithId设置为父亲的ID。 （当siringWithId不为零时，表示母亲怀孕）。

它也执行父母双方的triggerCooldown函数，这会使他们在一段时间内不能再一次繁殖。

接下来，有一个公开的 giveBirth() 函数 创建一个新的猫：

/// @notice Have a pregnant Kitty give birth!
/// @param _matronId A Kitty ready to give birth.
/// @return The Kitty ID of the new kitten.
/// @dev Looks at a given Kitty and, if pregnant and if the gestation period has passed,
///  combines the genes of the two parents to create a new kitten. The new Kitty is assigned
///  to the current owner of the matron. Upon successful completion, both the matron and the
///  new kitten will be ready to breed again. Note that anyone can call this function (if they
///  are willing to pay the gas!), but the new kitten always goes to the mother's owner.
function giveBirth(uint256 _matronId)
    external
    whenNotPaused
    returns(uint256)
{
    // Grab a reference to the matron in storage.
    Kitty storage matron = kitties[_matronId];

    // Check that the matron is a valid cat.
    require(matron.birthTime != 0);

    // Check that the matron is pregnant, and that its time has come!
    require(_isReadyToGiveBirth(matron));

    // Grab a reference to the sire in storage.
    uint256 sireId = matron.siringWithId;
    Kitty storage sire = kitties[sireId];

    // Determine the higher generation number of the two parents
    uint16 parentGen = matron.generation;
    if (sire.generation > matron.generation) {
        parentGen = sire.generation;
    }

    // Call the sooper-sekret gene mixing operation.
    uint256 childGenes = geneScience.mixGenes(matron.genes, sire.genes, matron.cooldownEndBlock - 1);

    // Make the new kitten!
    address owner = kittyIndexToOwner[_matronId];
    uint256 kittenId = _createKitty(_matronId, matron.siringWithId, parentGen + 1, childGenes, owner);

    // Clear the reference to sire from the matron (REQUIRED! Having siringWithId
    // set is what marks a matron as being pregnant.)
    delete matron.siringWithId;

    // Every time a kitty gives birth counter is decremented.
    pregnantKitties--;

    // Send the balance fee to the person who made birth happen.
    msg.sender.send(autoBirthFee);

    // return the new kitten's ID
    return kittenId;
}

代码是非常明显的。 基本上，代码首先执行一些检查，看看母亲是否准备好生孩子。 然后使用geneScience.mixGenes()确定孩子的基因，将新基因的所有权分配给母亲，然后调用我们在KittyBase中的函数_createKitty()。

请注意，geneScience.mixGenes()函数是一个黑匣子，因为该合约是闭源的。 所以我们实际上并不知道孩子的基因是如何决定的，但我们知道这是母亲基因和父亲基因的功能，还有母亲的cooldownEndBlock。

5. KittyAuctions： 买卖和繁殖服务（出台）

在这里，我们有公开的方法来拍卖猫或招标猫或繁殖猫。 实际的拍卖功能是在两个兄弟合约（一个用于买卖，一个用于繁殖）中处理的，而拍卖的创建和投标主要是通过核心合约。

根据开发者的说法，他们将这个拍卖功能分为“兄弟”合约，是因为“他们的逻辑有点复杂，总是存在微妙的bug风险。 通过保留它们自己的合约，我们可以升级它们而不会中断追踪小猫所有权的主合约。“
因此，这个KittyAuctions合约包含函数setSaleAuctionAddress() 和setSiringAuctionAddress()，像 setGeneScienceAddress() 只能由CEO调用，并设置处理这些函数的外部合约的地址。

注意：“Siring”指的是把你的猫拉出来 - 把它拍卖，在那里另一个用户可以付钱给你以太，让你的猫与他们一起繁殖。哈哈。

这意味着，即使CryptoKitties合约本身是不可变的，首席执行官也可以灵活地改变这些拍卖合约的地址，从而改变拍卖规则。 同样，不一定是坏事，因为有时候开发人员需要修正bug，但是这是要注意的事情。

我不打算详细讨论如何处理拍卖和出价逻辑，以防止这篇文章过长（已经够长了！），但是您可以在EthFiddle中查看代码（搜索KittyAuctions）。

6. KittyMinting: 创世猫工厂

最后一个方面包含我们用来创建新的gen0猫的功能。 我们最多可以制作5000只可以赠送的“营销”猫（在社区初期的时候尤为重要），其他所有的猫只能通过算法确定的起始价格创建，然后立即投入拍卖。 不管它们是如何创造的，都有50k gen0猫的硬性极限。 之后，社群就要繁殖，繁殖，繁殖！

合约能够创建的promo cats和gen0 cat的数量在这里是硬编码的：

uint256 public constant PROMO_CREATION_LIMIT = 5000;
uint256 public constant GEN0_CREATION_LIMIT = 45000;

这里是“COO”可以创建营销小猫和gen0小猫的代码：

/// @dev we can create promo kittens, up to a limit. Only callable by COO
/// @param _genes the encoded genes of the kitten to be created, any value is accepted
/// @param _owner the future owner of the created kittens. Default to contract COO
function createPromoKitty(uint256 _genes, address _owner) external onlyCOO {
    address kittyOwner = _owner;
    if (kittyOwner == address(0)) {
         kittyOwner = cooAddress;
    }
    require(promoCreatedCount < PROMO_CREATION_LIMIT);

    promoCreatedCount++;
    _createKitty(0, 0, 0, _genes, kittyOwner);
}

/// @dev Creates a new gen0 kitty with the given genes and
///  creates an auction for it.
function createGen0Auction(uint256 _genes) external onlyCOO {
    require(gen0CreatedCount < GEN0_CREATION_LIMIT);

    uint256 kittyId = _createKitty(0, 0, 0, _genes, address(this));
    _approve(kittyId, saleAuction);

    saleAuction.createAuction(
        kittyId,
        _computeNextGen0Price(),
        0,
        GEN0_AUCTION_DURATION,
        address(this)
    );

    gen0CreatedCount++;
}

所以通过createPromoKitty()，看起来COO可以用任何他想要的基因创建一个新的kitty，然后发送给任何他想要给的人（最多5000个kitty）。 我猜测他们是为了早期测试者，朋友和家人，为了促销目的而赠送免费的小猫咪等等。

但是这也意味着你的猫可能并不像你想象的那样独一无二，因为他可能会有5000个相同的副本！

对于createGen0Auction()，COO也提供新基因的遗传密码。 但不是将其分配给特定的人的地址，而是创建一个用户可以出价购买小猫的拍卖。

7. KittyCore: 主合约

这是主要的CryptoKitties合约，编译和运行在以太坊区块链上。 这份合约把所有东西联系在一起。

由于继承结构，它继承了我们之前所看到的所有合约，并增加了几个最终的方法，就像这个使用ID来获取所有的Kitty数据的函数：

/// @notice Returns all the relevant information about a specific kitty.
/// @param _id The ID of the kitty of interest.
function getKitty(uint256 _id)
    external
    view
    returns (
    bool isGestating,
    bool isReady,
    uint256 cooldownIndex,
    uint256 nextActionAt,
    uint256 siringWithId,
    uint256 birthTime,
    uint256 matronId,
    uint256 sireId,
    uint256 generation,
    uint256 genes
) {
    Kitty storage kit = kitties[_id];

    // if this variable is 0 then it's not gestating
    isGestating = (kit.siringWithId != 0);
    isReady = (kit.cooldownEndBlock <= block.number);
    cooldownIndex = uint256(kit.cooldownIndex);
    nextActionAt = uint256(kit.cooldownEndBlock);
    siringWithId = uint256(kit.siringWithId);
    birthTime = uint256(kit.birthTime);
    matronId = uint256(kit.matronId);
    sireId = uint256(kit.sireId);
    generation = uint256(kit.generation);
    genes = kit.genes;
}

这是一个公共方法，它返回区块链中特定小猫的所有数据。 我想这是他们的Web服务器在网站上显示的猫的查询。

等等...我没有看到任何图像数据。 什么决定了小猫的样子？

从上面的代码可以看出，一个“小猫”基本上归结为一个256位的无符号整数，代表其遗传密码。

Solidity合约代码中没有任何内容存储猫的图像或其描述，或者确定这个256位整数的实际含义。 该遗传密码的解释发生在CryptoKitty的网络服务器上。

所以虽然这是区块链上游戏的一个非常聪明的演示，但实际上并不是100％的区块链。 如果将来他们的网站被脱机，除非有人备份了所有的图像，否则只剩下一个毫无意义的256位整数。

在合约代码中，我找到了一个名为ERC721Metadata的合约，但它永远不会被用于任何事情。 所以我的猜测是，他们最初计划将所有内容都存储在区块链中，但之后却决定不要这么做（在Ethereum中存储大量数据的代价太高），所以他们最终需要将其存储在Web服务器上。

总结一下：

• 小猫如何表现为数据
• 现存的所有小猫如何存储在一个智能合约中，以及如何跟踪谁拥有什么
• gen0小猫如何生产
• 小猫如何在一起繁殖，形成新的小猫

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原文链接: https://medium.com/loom-network/how-to-code-your-own-cryptokitties-style-game-on-ethereum-7c8ac86a4eb3
作者: James Martin Duffy
翻译: yuanchao

翻译者买的小猫:
https://www.cryptokitties.co/kitty/83194

其它资料:
http://cryptokittydex.com/cryptokitties数据分析
http://lumao.io/ 以太猫攻略