以太坊学习记录+geth配置+私有链搭建

一、以太坊简介

1、参考资料

• 《精通以太坊》（ Mastering Ethereum ）

  https://github.com/ethereumbook/ethereumbook

• 《以太坊白皮书》（A Next一Generation Smart Contract andDecentralized Application Platform）

  https://github.com/ethereum/wiki/wiki/White-Paper

• 《以太坊黄皮书》（ 《以太坊：一种安全去中心化的通用交易账本拜占庭版本》）

• 以太坊官方文档（ Ethereum Homestead Documentation ）

  http://www.ethdocs.org/en/latest/index.html

• Solidity官方文档
  https://solidity.readthedocs.io/en/latest/

2、工具

涉及工具

• MetaMask一浏览器插件钱包
• Remix一基于浏览器的Solidity在线编辑器
• Geth一以太坊客户端（go语言）
• web3.js 一以太坊javascipt API库
• Ganache一以太坊客户端（测试环境私链）
• Truffle一以太坊开发框架

3、以太坊特点

• 以太坊是“世界计算机”，这代表它是一个开源的、全球分别的计算基础设施
• 执行成为智能合约（smart contract）的程序
• 使用区块链来同步和存储系统状态以及名为以太币（ether）的加密货币，以计量和约束执行资源成本
• 本质是一个基于交易的状态机（transaction-based state machine）
• 以太坊平台使开发人员能够构建具有内置经济功能的强大去中心化的应用程序（DApp）；在持续自我正常运行的同时，它还减少或消除了审查，第三方界面和交易对手风险

以太坊是一个平台，使用者可以自定DApp，而本身具有交易功能

4、以太坊组成

• P2P网络

  以太坊在以太坊主网络.上运行，该网络可在TCP端口30303.上寻址，并运行一个名为DEVp2p的协议。

• 交易（Transaction）

  以太坊交易是网络消息，其中包括发送者（sender），接收者（receiver），值（value）和数据的有效载荷（payload）。

• 以太坊虚拟机（EVM）

  以太坊状态转换由以太坊虚拟机（EVM）处理，这是一个执行字节码（机器语言指令）的基于堆栈的虚拟机。

• 数据库（ Blockchain ）

  以太坊的区块链作为数据库（通常是Google的LevelDB）本地存储在每个节点上，包含序列化后的交易和系统状态。

• 客户端

  以太坊有几种可互操作的客户端软件实现，其中最突出的是Go一Ethereum （ Geth）和Parity。

5、重要概念

• 账户（ Account）

  包含地址，余额和随机数，以及可选的存储和代码的对象。
  一普通账户（EOA），存储和代码均为空
  合约账户（Contract） ，包含存储和代码

• 地址（ Address）

  一般来说，这代表一个EOA或合约，它可以在区块链上接收或发送交易。更具体地说，它是ECDSA公钥的keccak散列的最右边的160位。

• 交易（Transaction）

  一可以发送以太币和信息
  一向合约发送的交易可以调用合约代码，并以信息数据为函数参数
  一向空用户发送信息，可以自动生成以信息为代码块的合约账户

• gas

  以太坊用于执行智能合约的虚拟燃料。以太坊虚拟机使用核算机制来衡量gas的消耗量并限制计算资源的消耗。执行智能合约需要消耗以太币

6、以太网挖矿

• 区块奖励（ Block rewards）

  每产生一个新区块就会有一笔固定的奖励给矿工，初始是5个以太币，现在是3个。

• 叔块奖励（Uncle rewards）

  有些区块被挖得稍晚一些，因此不能作为主区块链的组成部分。比特币称这类区块为“孤块”，并且完全舍弃它们。但是，以太币称它们为“叔块”（uncles） ，并且在之后的区块中，可以引用它们。如果叔块在之后的区块链中作为叔块被引用，每个叔块会为挖矿者产出区块奖励的7/8。这被称之为叔块奖励。

• 叔块引用奖励（Uncle referencing rewards ）

  矿工每引用一个叔块，可以得到区块奖励的1/32作为奖励（最多引用两个叔块）

• 这样的一套基于POW的奖励机制，被称为以太坊的“幽灵协议”

随着以太坊发展，以太币供应量均匀上涨

以太坊收入

• 普通区块收入

  一固定奖励（挖矿奖励），每个普通区块都有
  一区块内包含的所有程序的gas花费的总和
  一如果普通区块引用了叔块，每引用一个叔块可以得到固定奖励的1/32

• 叔块收入

  叔块收入只有一项，就是叔块奖励，计算公式为：
  叔块奖励=（叔块高度+8一引用叔块的区块高度）*普通区块奖励/ 8

也就是一个区块引用叔块，获得3/32的区块奖励，而被应用的叔块自身获得3*（7/8）的奖励

7、etherscan.io网站信息

• 每一块都有gas limit，达到limit上限就不能进行
• Block Reward，静态区块奖励+交易费
• Uncles Reward，很多情况下即使引用叔块，奖励为0，因为叔块的层数可能相隔很久
• 如果是亲叔叔，也就是父块的父块相同，则能判定是亲叔叔

8、幽灵协议

• 临时分叉概率高
• 同时挖矿会造成浪费，作废区块浪费的是验证信息，有算力优势造成的后果是一家独大
• 比特币不存在同时造成的无用功，因为花的时间相对长
• Greedy Heaviest Observed Subtree，GHOST协议：考虑整个树结构，最重的一条是主链
• 幽灵协议
  • 计算工作量证明时，不仅包括当前区块的祖区块，父区块，还要包括祖先块的作废的后代区块（“叔块”），将他们进行综合考虑。
  • 目前的协议要求下探到第七层（最早的简版设计是五层），也就是说，废区块只能以叔区块的身份被其父母的第二代至第七代后辈区块引用，而不能是更远关系的后辈区块。
  • 以太坊付给以“叔区块”身份为新块确认作出贡献的废区块7/8的奖励，把它们纳入计算的“侄子区块”将获得区块奖励的1/32，不过，交易费用不会奖励给叔区块。

9、以太坊和图灵完备

为了防止无限循环的出现，采纳gas消耗机制

同时，以太坊可以构建去中心化应用

• DApp至少由以下组成：
  • 区块链上的智能合约
  • Web前端用户界面
• 一些名词解释
  • EIP：Ethereum Improvement Proposals，以太坊改进建议
  • ERC： Ethereum Request for Comments的缩写，以太坊征求意见。一些EIP被标记为ERC，表示试图定义以太坊使用的特定标准的提议
  • EOA： External Owned Account，外部账户。由以太坊网络的人类用户
  • Ethash：以太坊1.0的工作量证明算法
  • HD钱包： 使用分层确定性（ HD protocol）密钥创建和转账协议（BIP32）的钱包。
  • Keccak256：以太坊中使用的密码哈希函数。Keccak256被标准化为SHA-3
  • Nonce：在密码学中，术语nonce用于指代只能使用一次的值。以太坊使用两种类型的随机数，账户随机数和POW随机数

二、初识以太坊

• 以太币单位：wei，1ether = 10^18wei

• 其他单位

  值（wei）	指数	通用名称	SI名称
  1	1	wei	wei
  1,000	10^3	babbage	Kilowei or femtoether
  1,000,000	10^6	lovelace	megawei or picoether
  1,000,000,000	10^9	shannon	gigawei or nanoether
  1,000,000,000,000	10^12	szabo	microether or micri
  1,000,000,000,000,000	10^15	finney	milliether or milli
  1,000,000,000,000,000,000	10^18	ether	ether
  1,000,000,000,000,000,000,000	10^21	grand	kiloether
  1,000,000,000,000,000,000,000,000	10^24		megaether

• 私钥、公钥和地址

  • 私钥（Private Key）

    以太坊私钥事实上只是一个256位的随机数，用于发送以太的交易中创建签名来证明自己对资金的所有权。

  • 公钥（ Public Key）

    公钥是由私钥通过椭圆曲线加密secp256k1算法单向生成的512位（64字节）数。

  • 地址（ Address ）

    地址是由公钥的Keccak一256 单向哈希，取最后20个字节（160位）派生出来的标识符。

• 私钥丢失会导致账户丢失，keystore文件是存储的私钥，要设置强密码

• 助记词可以导出私钥

• 一些以太坊环境

  • Main Network （NetworkID： 1 ）

    主要的、公共的、以太坊区块链。真正的ETH，真正的价值，真正的结果

  • Ropsten Test NetWork（Network ID：3）

    以太坊公共测试区块链和网络，使用工作量证明共识（挖矿）。该网络上的ETH没有任何价值。

  • Kovan Test Network （ NetworkID： 42）

    以太坊公共测试区块链和网络，使用“Aura”协议进行权威证明POA共识（联合签名）。该网络上的ETH没有任何价值。此测试网络仅由Parity支持。

  • Rinkeby Test Network （ Network ID： 4）

    以太坊公共测试区块链和网络，使用“Clique"协议进行权威证明POA共识（联合签名）。该网络上的ETH没有任何价值。

  • Localhost 8545

    连接到与浏览器在同一台计算机上运行的节点。该节点可以是任何公共区块链（main或testnet）的一部分，也可以是私有testnet。

  • Custom RPC

    允许将Metamask连接到任意兼容geth的RPC接口的节点。该节点可以是任何公共或私人区块链的一部分。

• gas price不能为0

• 无函数名为回退函数，也就是上面代码不执行就执行回退函数

三、智能合约入门

通过科学上网工具登录remix工具可以进行合约的编写和部署

四、搭建以太坊

测试geth

geth --datadir ./data

搭建私链步骤

1. 在geth/bin路径下创建genesis.json，我的路径是/usr/local/Cellar/ethereum/1.9.18/bin

2. 然后在json文件中添加如下信息

   {
   	"config": {
   		"chainId": 15
   	},
   	"difficulty": "2000",
   	"gasLimit": "2100000",
   	"alloc": {
   		"7df9a875a174b3bc565e6424a0050ebc1b2d1d82": { "balance": "300000" },
   		"f41c74c9ae680c1aa78f42e5647a62f353b7bdde": { "balance": "400000" }
   	}
   }
   

3. 然后在bin目录下新建一个dir，名为chain

4. 执行命令

   geth --datadir "/usr/local/Cellar/ethereum/1.9.18/bin/chain" init genesis.json
   

5. 执行成功

6. geth --datadir . --networkid 15执行自己的私链

五、geth控制台操作

• 如果需要js需要交互，则使用

geth --datadir . --networkid 15 console 2>output.log

tail -f output.log
//动态打印log

• 出现js交互，后面的2>output.log 是将INFO信息打印到外部日志文件中，不会显示到控制台影响命令输出

• 一些命令

eth.getBalance("0x58A8404CA64a9314e17Cf5F6B90F354b08d2a735")
//获取账户余额
web3.fromWei(eth.getBalance("0x58A8404CA64a9314e17Cf5F6B90F354b08d2a735"),'ether')
//查看多少wei
eth.blockNumber
//查看区块数
personal.newAccount()
//创建新账户
//输入密码后输出
`Your new key was generated            address=0x05E07008dbba53Dd9201f63FafC0d0C2efeC13Ed`

• 转账之前必须先解

> personal.unlockAccount(eth.accounts[0])
Unlock account 0x05e07008dbba53dd9201f63fafc0d0c2efec13ed
Passphrase: 
true

• 转账

eth.sendTransaction([from: "0x58A8404CA64a9314e17Cf5F6B90F354b08d2a735", to:eth.accounts[0], values:100000})
//这里报错因为from要从自己的accounts中取值
//应该如下
>eth.sendTransaction({from:eth.accounts[0],to:"0x58A8404CA64a9314e17Cf5F6B90F354b08d2a735",value:web3.toWei(10,'ether')})
"0x8f8a1b7a761db527a0d076121281a63a3fe86eeb6a6d3a86fed89b459f32a7c6"

• 挖矿

miner.start(1)
//程序会一直挖块，在控制台输出
//想要停止挖块
miner.stop()

• 转化

web3.fromWei(eth.getBalance(eth.accounts[0]),'ether')

• 常用算法

  personal.newAccount()：创建账户；
  personal.unlockAccount()：解锁账户；
  eth.accounts：列出系统中的账户；
  eth.getBalance()：查看账户余额，返回值的单位是Wei；eth.blockNumber：列出当前区块高度；
  eth.getTransaction0：获取交易信息；
  eth.getBlock()：获取区块信息；
  miner.start()：开始挖矿；
  miner.stop()：停止挖矿；
  web3.fromWei()： Wei换算成以太币；
  web3.toWei()：以太币换算成Wei；

• 如果想直接使用dev环境，可以执行以下命令

geth --datadir . -dev console 2>output.log

• 获取交易信息

eth.getTransaction("0x1ed46e2c4c3c6f4dd5c691e60f7ef7e3a6e0064aeea88d9f34899f906bfdd6ed")

{
  blockHash: "0xef95f308638afcc7be090fe1cb8410c68c62f546219d32c8db6d3707fcf78bc0",
  blockNumber: 1,
  from: "0x8ab2a77dcd76c69aa97a2516a0379a962c56cb32",
  gas: 21000,
  gasPrice: 1,
  hash: "0x1ed46e2c4c3c6f4dd5c691e60f7ef7e3a6e0064aeea88d9f34899f906bfdd6ed",
  input: "0x",
  nonce: 0,
  r: "0x9067606bee846798ba97180b336867293812c3849853d9688985f83d17fc0345",
  s: "0x69e7a2281e685a04d752015323c832dd4ea8fc94378db879a4b341a95f05fa73",
  to: "0x227a1e3efe2dd8e6fe4a633288b823f4f8179e21",
  transactionIndex: 0,
  v: "0xa96",
  value: 10000000000000000000
}

• 通过curl请求实现

//curl请求命令，与js交互的结果相同
curl -X POST -H "Content-Type: application/json" --data '{"jsonrpc":"2.0","method":"web_clientVersion","params":[],"id":1}' http://localhost:8545

六、以太坊账户

以太坊状态机：存储所有账户的基本信息

比特币UTXO可以提供更高程度的隐私

以太坊账户模式可以节省大量空间、更加简单，具有更好的替代性