智能合约简介¶

一个简单的智能合约示例¶

让我们从最基本的例子开始.如果你现在不了解所有的套路, 不要慌, 我们将会在后面进行更详细的介绍.

存储¶

  1. pragma solidity ^0.4.0;
  2.  
  3. contract SimpleStorage {
  4.     uint storedData;
  5.  
  6.     function set(uint x) public {
  7.         storedData = x;
  8.     }
  9.  
  10.     function get() public constant returns (uint) {
  11.         return storedData;
  12.     }
  13. }

第一行告诉我们源代码是使用 Solidity 0.4.0 或更新的（不会破坏功能的，一般不会高于 0.5.0）版本来编写的.这是为了确保合约不会在新的编译器版本中突然有异常的行为.关键字 pragma 表示为编译指令, 通常情况下, 它会告诉编译器如何对源代码进行处理 (例如. pragma once).

Solidity 场景中的合约就是一些代码的集合（它的 functions 函数）, 和数据（它的 state 状态）, 它们位于以太坊区块链上的一个特定地址上.代码行 uint storedData; 声明了一个名为 storedData 的 uint (256 位无符号整数) 类型的状态变量.你可以认为它是数据库中的 slot（插槽）, 它可以通过调用管理数据库代码的函数进行查询和修改.在以太坊的场景总共, 这就是 owning contract（拥有合约）.在这种情况下, 函数 set 和 get 可用于修改和获取变量的值.

要访问一个状态变量, 并不需要想 this. 这样的前缀, 虽然这是其它语言中非常常见的做法.

该合约并没有做太多的事情（由于以太坊构建的基础设施原因）: 并且允许任何人存储一个单一的数字, 世界上任何人都可以访问, 没有（可行的）方法来阻止你发布这个数字.当然, 任何人都可以调用 set 方法, 并传入不同的值来覆盖你的数字, 但这个数据仍会存储在区块链的历史记录之中.随后, 我们将会看到怎么施加访问限制, 以确保你才能修改该数字.

Note

所有的标识符 (合约名称, 函数名称和变量名称) 都只能使用 ASCII 字符集.可以在 string 类型的变量中存储 UTF-8 编码的数据.

Warning

小心使用 Unicode 文本字符, 因为有些字符长得有点像（甚至一样）, 但是其字符编码是不同的, 其编码后的字符数组也会不一样.

子货币示例¶

下面的合约将实现一个最简单的加密货币.在这里货币确实可以是无中生有产生的, 但是只有创建合约的人才可以做到（实现一个不同的发行计划也不难）.此外, 任何都可以给其他人转币, 并且不需要注册用户名和密码 - 所需要的只是以太坊密钥对.

  1. pragma solidity ^0.4.21;
  2.  
  3. contract Coin {
  4.     // 关键字 "public" 让这些变量可以从外部读取
  5.     address public minter;
  6.     mapping (address => uint) public balances;
  7.  
  8.     // 轻量级轻客户端可以通过事件有效地针对变化来做出反应。
  9.     event Sent(address from, address to, uint amount);
  10.  
  11.     // 这里是构造函数, 只有当合约创建时才会运行
  12.     function Coin() public {
  13.         minter = msg.sender;
  14.     }
  15.  
  16.     function mint(address receiver, uint amount) public {
  17.         if (msg.sender != minter) return;
  18.         balances[receiver] += amount;
  19.     }
  20.  
  21.     function send(address receiver, uint amount) public {
  22.         if (balances[msg.sender] < amount) return;
  23.         balances[msg.sender] -= amount;
  24.         balances[receiver] += amount;
  25.         emit Sent(msg.sender, receiver, amount);
  26.     }
  27. }

该合约介绍了一些新概念, 让我们逐一解读.

代码行 address public minter; 声明了一个可以被公开访问的 address 类型的状态变量.address 类型是一个 160 位的值, 且不允许任何算术操作.这种类型适合存储合约地址或外部人员密钥对.关键字 public 自动生成一个函数, 它可以让你从合约外部访问当前状态变量的值.如果没有该关键字, 其它的合约没有办法来访问该变量.该函数由编译器生成的代码大致如下所示:

  1. function minter() returns (address) { return minter; }

当然, 添加一个和上面一样的函数是行不通的, 因为我们会有同名的一个函数和一个状态变量, 但希望你能明白, 编译器已经为你解决了这个问题.

下一行代码, mapping (address => uint) public balances; 也创建了一个公共的状态变量, 但是它是一个更加复杂的数据类型.该类型将 address 映射为无符号的整数.映射还可以看作是 哈希表, 它会被虚拟初始化, 以使所有可能存在的 key（键）都映射到一个字节表示为全零的值.但是, 这种类比并不太恰当, 因为它既不能获得映射的所有 key（键）的列表, 也不能获得所有 value（值）的列表.因此, 要么记住你添加到映射中的数据（使用 list 或更高级的数据类型会更好）, 要么在不需要这种场景的情况下使用它.就像该实例一样.由 public 关键字创建的 getter 函数 这是更复杂一些的情况, 它大致如下所示:

  1. function balances(address _account) public view returns (uint) {
  2.     return balances[_account];
  3. }

正如你所看到的那样, 你可以使用该函数很容易的查询到账户的余额.

代码行 event Sent(address from, address to, uint amount); 声明了一个所谓的 “event（事件）”,它会在 send 函数的最后一行被发出.用户界面（以及服务器应用程序）可以监听区块链上正在发送的时间, 而不需要太多的成本.一旦它被发出, 监听该事件的 listener 都将收到 from, to 和 amount 这三个参数, 这种方式可以很方便用来追踪交易.为了监听这个事件, 你可以参考如何方式:

  1. Coin.Sent().watch({}, '', function(error, result) {
  2.     if (!error) {
  3.         console.log("Coin transfer: " + result.args.amount +
  4.             " coins were sent from " + result.args.from +
  5.             " to " + result.args.to + ".");
  6.         console.log("Balances now:\n" +
  7.             "Sender: " + Coin.balances.call(result.args.from) +
  8.             "Receiver: " + Coin.balances.call(result.args.to));
  9.     }
  10. })

请注意, 这里自动生成的函数 balances 是如何从用户界面调用的.

特殊函数 Coin 是在创建合约期间运行的构造函数, 不能在事后调用.它会永久的存储合约创建者的地址: msg (以及 tx 和 block) 是一个神奇的全局变量, 其中包含一些可以访问区块链的属性.msg.sender 始终是当前（外部的）函数调用的来源地址.

最后, 实际结束于合约并可由用户和合约调用的函数是 mint 和 send.如果 mint 函数被合约创建者账户以外的其他人调用, 则什么都不会发生.另一方面, send 函数可以被任何人（已经有币的人）用于向其他人转币.请注意, 如果你使用该合约发送币到一个地址中, 当你在区块链浏览器上查看该地址时是看不到任何相关信息的.因为, 实际上你发送币和更改余额的信息仅仅存储在特定合约的数据存储器中.通过使用事件, 你可以非常简单的为你的新币创建一个 “blockchain explorer（区块链浏览器）” 来追踪交易和余额.

区块链基础¶

对于程序员来说, 区块链这个改练并不是很难理解.这是因为大多数难懂的东西 (挖矿, 哈希, 椭圆曲线密码学, 点对点网络（P2P）, 等等.)都只是用于提供特定的功能和允诺.一旦你明白这些概念, 不必太过关心底层个技术 - 比如, 难道你必须知道亚马逊的 AWS 内部原理, 你才能使用它么？

交易 / 事务¶

区块链是全球共享的, 事务性的数据库.这意味着每个人都可以通过加入该网络中来读取数据库中的记录.如果你想要修改数据库中的某些东西, 你必须去创建一个所谓的事务.事务一词意味着你想要做的（假设你想要同事更改两个值）, 要么什么都没做, 要么都修改成功.此外, 当你的事务被应用到数据库中时, 其它事务不能修改数据库.

举个栗子, 设想有一张表, 它列出了电子货币中所有账户的余额.如果一个请求是转移一个账户的余额到另一个账户, 数据库的事务特性确保如果从一个账户扣除余额之后, 它总被添加到另一个账户.如果由于某些原因, 无法添加金额到目标账户时, 源账户也不会发生变化.

此外, 交易总是由发送者（创建者）来进行密码学签名的.这使得保护对数据库特定修改的访问变得非常简单.在刚刚的电子货币示例中, 简单的审核确保只有持有账户密钥的人才可以从中进行转账.

区块¶

在比特币场景中, 需要客服的一个难题被称为 “double-spend attack（双重消耗攻击）”:如果网络中存在两笔交易, 且它们都想要花光一个账户的余额时, 会发生什么情况呢？交易会冲突吗？

一个简单的答案是, 你不必关心这个问题.交易顺序将为您做出选择, 交易将被捆绑到所谓的 “块” 中, 然后它们将在所有参与节点中执行和分配.如果两笔交易相互抵触, 那么最终成为第二笔交易的交易将被拒绝, 并且不能成为该区块的一部分.

这些区块在时间上形成了一个线性序列, 这就是 “区块链” 这个术语的来源.区块以一定的时间间隔添加到链上 - 对于以太坊来说, 这个间隔大约是 17 秒.

作为 “顺序选择机制”（也就是 “挖矿”）的一部分, 可能发生区块不时被还原的情况, 但仅限于链的 “末端”.顶部添加的区块越多, 其可能性越小.因此, 您的交易可能会被还原, 甚至从区块链中移除, 但您等待的时间越长, 可能性越小.

以太坊虚拟机¶

概述¶

以太坊虚拟机或 EVM 是以太坊中智能合约的运行环境.它不仅是开箱即用的, 而且还是完全隔离的, 这意味着运行在 EVM 中的代码是无法访问网络, 文件系统或其它进程的.智能合约甚至对其他智能合约的访问权限也是有限制的.

账户¶

以太坊中有两种类型的账户, 它们共享了相同的地址空间: 外部账户 由公钥-私钥对来控制（i.e. humans）,合约账户 是由存储在账户中的代码所控制的.

外部账户的地址是由公钥来决定的, 而合约账户的地址是在合约所创建时所确定的（它来源于创建者地址和从该地址发送的事务数量, 即所谓的 “nonce（随机数）”）

无论账户是否存储了代码, 这两种类型的账户对 EVM 来说都是一样的.

每一个账户都有一个键值对形式的持久化存储, 它将 256 位的字符映射成 256 位的字符, 称之为 storage（存储）

此外, 每一个账户中都有一个以太币形式的 balance（余额） （精确到 “Wei”）,可以通过发送包含以太币的交易来改变它.

交易¶

一个交易可以看作是从一个帐户发送到另一个帐户的消息（这里的账户, 可能是相同的或特殊的零帐户, 请参阅下文）.它可以包含一个二进制数据（ payload 合约负载）和以太币.

如果目标账户包含代码, 该代码会被执行, 并且 payload 会作为输入参数数据所提供.

如果目标账户是一个零账户（账户地址为 0）, 此交易创建一个 新的合约.如前文所述, 合约的地址不是零地址, 而是通过合约创建者的地址和从该地址发出过的交易数量计算得到的（即所谓的 “nonce（随机数）”）.这个用来创建合约的交易的 payload 会被转换为 EVM 字节码并执行.执行的输出将作为合约代码被永久存储.这意味着, 要创建一个合约, 你不需要向合约发送真正的合约代码, 而是发送能够产生真正代码的代码.

Gas（汽油）¶

一旦创建合约之后, 每一笔交易都会收取一定数量的 Gas（汽油）,其目的是限制执行交易所需的工作量并支付该执行的费用.当 EVM 执行交易时, gas 会根据具体规则逐渐耗尽.

gas price（汽油价格） 是一个被交易创建者设置的值, 发送者必预付 gas_price * gas 这么多的手续费.如果交易执行后还有剩余的 gas, 那么它将会返还给你.

如果 gas 在任意时刻被用完（例如. 它成为了负值）, 就会触发一个 out-of-gas exception（无汽油异常）, 这将恢复当前调用框架中对状态所做的所有修改.

存储,内存和堆栈¶

每一个账户都有一个被称作 storage（存储） 的持久化存储区域.storage（存储）是一个 key-value（键值对）存储, 其存储着一个由 256 位的键到 256 位的值的映射.从合同中列举存储是不可能的, 并且读取更加昂贵, 甚至更改存储更高.一个合约只能对它自己的存储进行读写.

第二个内存区域称之为 memory（内存）, 合约会试图为每一次消息调用获取一块被重新擦拭干净的内存实例.内存是线性的, 可按字节级进行寻址, 但读的长度被限制为 256 位, 而写的长度可以是 8 位或 256 位.当访问（无论是读还是写）之前从未访问过的内存数据（word）时（无论是偏移到该数据内的任何位置）, 内存将按字（word）进行扩展（每个字是 256 bit）.扩容也将消耗一定的 gas.内存越大, 费用就越高（平方级别）.

EVM 不是基于寄存器的, 而是基于 Stack（栈）的, 因此所有的计算都在一个被称为 Stack（栈） 的区域上执行.栈的最大元素是 1024, 且每个元素的长度是 256 位.对栈的访问仅限于顶端, 限制方式如下:允许拷贝最顶端的 16 个元素中的一个到栈顶, 或者是交换栈顶元素和下面 16 个元素中的一个.所有其他操作都只能取最顶的两个（或一个, 或更多, 取决于具体的操作）元素, 运算后, 把结果压入栈顶.当然可以把栈上的元素放到存储或内存中.但是无法只访问栈上指定深度的那个元素, 除非先从栈顶移除其他元素.

指令集¶

EVM 的指令集应尽量少, 以避免可能导致共识问题的错误实现.所有指令都以基本数据类型（256 位字）进行操作.通常的算术, bit（比特）, 逻辑和比较操作都存在.有条件的和无条件的跳转是可以的.此外, 合约可以访问当前区块的相关属性, 如其编号和时间戳.

消息调用¶

合约可以通过消息调用的方式来调用其它合约, 或者发送以太币到一个非合约账户.消息调用与交易非常相似, 它们都有一个 source（来源）, target（目标）, data payload（数据负载）, Ether（以太币）, gas（汽油）金额 return data（返回数据）.事实上, 每笔交易都由一个顶级的消息调用组成, 该消息又可以创建更多的消息调用.

合约可以决定在其内部的消息调用中, 对于剩余的 gas, 应发送和保留多少.如果在内部消息调用时发生了 out-of-gas exception（或其他任何异常）, 这将由一个被压入栈顶的错误值所指明.此时, 只有与该内部消息调用一起发送的 gas（汽油）会被消耗掉.并且, 在 Solidity 语言中, 发起调用的合约默认会触发一个 manual exception（手动的异常）, 以便异常可以从调用栈里 “bubble up（冒泡出来）”.

如前文所述, 被调用的合约（可以和调用者是同一个合约）会获得一块刚刚清空过的内存, 并可以访问调用的 payload —— 由被称为 calldata 的独立区域所提供的数据.调用执行结束后, 返回数据将被存放在调用方预先分配好的一块内存中.

调用深度被限制为 1024, 因此对于更加复杂的操作, 我们应使用循环而不是递归.

委托调用 / 调用代码和库¶

有一种特殊类型的消息调用, 称之为 delegatecall（委托调用）,除了目标地址上的代码是在调用合约的上下文中执行的, 并且 msg.sender 和 msg.value 不会改变它们的值之外, 这与消息调用是相同的.

这意味着一个合约可以在运行时从不同的地址中动态的加载代码.存储, 当前地址和余额仍然指向调用合约, 只有代码来自调用地址.

这使得 Solidity 语言可以实现 “library（库）” 这个特性:可用于合约存储的可重复使用的库代码, 例如, 实现一个复杂的数据结构.

日志¶

有一种特殊的可索引的数据结构, 其存储的数据可以一路映射直到区块层级.这个特性被称为 logs （日志）, Solidity 语言用它来实现 **events**（事件）.合约创建之后就无法访问日志数据, 但是这些数据可以从区块链外高效的访问.因为部分日志数据被存储在 布隆过滤器 中, 我们可以高效并且加密安全地搜索日志,所以那些没有下载整个区块链的网络节点（轻客户端）也可以找到这些日志.

创建¶

合约甚至可以通过一个特殊的指令来创建其他合约（即不是简单的调用零地址）.创建合约的调用 create calls 和普通消息调用的唯一区别在于有效负载数据会被执行, 执行的结果被存储为合约代码, 调用者 / 创建者在栈上得到新合约的地址.

自毁¶

合约代码从区块链上移除的唯一方式是合约在合约地址上的执行 selfdestruct（自毁）.合约账户上剩余的以太币会发送给指定的目标, 然后其存储和代码将从状态中被移除.

Warning

尽管一个合约的代码没有显式的调用 selfdestruct（自毁）, 它仍然可以通过 delegatecall（委托调用） or callcode（调用代码） 来执行操作.

Note

旧合约的删减可能会, 也可能不会被以太坊的各种客户端程序实现.另外, 归档节点可选择无限期保留合约存储和代码.

Note

目前 external accounts（外部账户） 不能从状态中移出.

原文: http://solidity.apachecn.org/cn/doc/v0.4.21/introduction-to-smart-contracts.html