以太坊基础笔记_utox

以太坊

1.UTXO模型和账户模式

1.什么是UTXO？

• UTXO(Unspent Transaction Outputs)是未花费的交易输出，它是比特币交易生成及验证的一个核心概念。交易构成了一组链式结构，所有合法的比特币交易都可以追溯到前向一个或多个交易的输出，这些链条的源头都是挖矿奖励，末尾则是当前未花费的交易输出。所有的未花费的输出即整个比特币网络的UXTO。
• 比特币规定每一笔新的交易的输入必须是某笔交易未花费的输出，每一笔输入同时也需要上一笔输出所对应的私钥进行签名，并且每个比特币的节点都会存储当前整个区块链上的UXTO，整个网络上的节点通过UXTO及签名算法来验证新交易的合法性。这样，节点不需要追溯历史就可以验证新交易的合法性。

2.UTXO如何构建用户余额？

• 比特币在基于UTXO的结构中存储有关用户余额的数据：系统整个状态就是一组UXTO的集合，每个UXTO都有一个所有者和一个面值(就像不同的硬币)，而交易会话费若干个输入的UTXO，并根据规则创建若干个新的UTXO
• 每个引用的输入必须有效且尚未花费；对于一个交易，必须包含有与每个输入的所有者匹配的签名；总输入必须大于等于总输出值
• 所以，系统的用户余额(balance)是用户具有私钥的UTXO的总值

3.以太坊的做法？

• 以太坊的"状态"，就是系统中所有账户的列表
• 每个账户都包括了一个余额(balance)，和以太坊特殊定义的数据(代码和内部存储)
• 如果发送账户有足够的余额来支付，则交易有效；在这种情况下发送账户先扣款，而收款账户将记入这笔收入
• 如果接收账户有相关代码，则代码会自动运行，并且它的内部存储也可能被更改，或者代码还可能向其他账户发送额外的消息，这就会导致进一步的借贷资金关系

1.1以太坊账户类型

• EOA(Externally owned account),外部账户/用户账户/普通账户
  • 有对应的以太币余额
  • 可发送交易(转币或触发合约代码)
  • 由用户私钥控制
  • 没有关联代码
• 合约账户(Contract Accounts)
  • 有对应的以太币余额
  • 有关联代码
  • 由代码控制
  • 可通过交易或来自其他合约的调用来触发代码执行
  • 执行代码时可以操作自己的存储空间，也可以调用其他合约

1.2以太坊交易

交易即签名的数据包，由EOA发送到另一个账户。

• 消息的接收方地址
• 发送方签名
• 金额(value)
• 数据(Data，可选)
• Start Gas
• Gas Price

1.3消息(message)——合约之间的通信方式

• 合约可以向其他合约发送“消息”

• 消息是不会被序列化的虚拟对象，只存在于以太坊执行环境(EVM)中

• 可以看作函数调用

  • 消息发送方
  • 消息接收方
  • 金额(value)
  • 数据(Data，可选)
  • Start Gas

2.去中心化货币的好处

• 跨国转账很便利

3.去中心化合约的好处

• 当合约发生在多个国家的时候，不同国家的法律体系不同，司法管辖的范围不同。而去中心化的合约则提供了一个统一的标准。
• 即便合约在同一个司法管辖体系下，打官司也是一个费时费力的过程。而智能合约则是强制执行的，效率高的多。

涉及工具

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

与BitCoin的区别

• 从proof of work(工作量证明机制) -> proof of stake(股份证明机制)

• 增加了对去中心化合约的支持，即smart contract。注意：不是所有的合同都能够写成智能合约的形式的，只有逻辑相对来说比较简单的合同才行。

以太坊账户

• 以太坊账户和银行一样是account-based ledger(基于账户账本)。
• double spending attack(双花攻击):花钱的人不诚实，把钱重复花了两次。
• replay attack(重放攻击)：收钱的人不诚实，把钱收了两次。以太坊利用计数器nonce解决该问题，每次进行交易时，都有一个不同的nonce数，而nonce数无法被篡改；故收钱账户无法将交易重放一次。

4.智能合约

• 智能合约是运行在区块链上的一段代码，代码的逻辑定义了合约的内容

• 智能合约的账户保存了合约当前的运行状态

• solidity：是智能合约最常用的语言，语法上与JavaScript很接近

  balance:当前余额

  nonce:交易次数

  code:合约代码

  storage:存储，数据结构是一棵MPT(默克尔压缩前缀树)

  

  注意： 只有bid()函数有payable,因为规定了如果你的合约是能够接收外部转账的话，则标注payable。

  外部账户如何调用智能合约？

  

  一个合约如何调用另一个合约

  

fallback:智能合约中的一个特殊的函数(编写智能合约时可以写也可以不写)。

作用：当一个账户data域是空的，即什么也不说就往这里转一笔钱，则会调用fallback()函数。

5.智能合约的创建和运行

• 智能合约的代码写完后，要编译成bytecode
• 创建合约：外部账户发起一个转账交易到0x0的地址
  • 转账金额是0，但是要支付汽油费
  • 合约的代码放在data域里
• 智能合约运行在EVM(Ethereum Virtual Machine)上
  • EVM的作用是提高可移植性，保证在不同的平台都有相同的运行环境
• 以太坊是一个交易驱动的状态机
  • 调用智能合约的交易发布到区块链上后，每个矿工都会执行这个交易，从当前状态确定性地转移到下一个状态

汽油费(gas fee)

• 智能合约是一个Turing-complete Programming Model(图灵完备的计算模型)

• 若智能合约时一个死循环代码肿么办？

• 执行合约中的指令要收取汽油费，汽油费由发起交易的人来支付

  • Price：每gas的价格
  • GasLimit:限制的最大Gas数量
  • AccountNonce:相当于ID,防止重放攻击

  

• EVM中不同指令消耗的汽油费是不一样的

  • 简单的指令很便宜，复杂的或者需要存储状态的指令就很贵

错误处理

Tip:回滚（Rollback）指的是程序或数据处理错误，将程序或数据恢复到上一次正确状态的行为。回滚包括程序回滚和数据回滚等类型。

交易只有执行和不执行两种，没有执行到一半这种情况。为了防止有人每次发起复杂的合约，却又不提供足够的汽油费，白白浪费矿工的算力，故使用矿工算力的这部分gas是不进行退回的。

• 智能合约中不存在自定义的try-catch结构
• 一旦遇到异常，除特殊情况外，本次执行操作全部回滚
• 可以抛出错误处理语句：
  • assert(bool condition):如果条件不满足就抛出—用于内部错误。
  • require(bool condition):如果条件不满足就抛掉—用于输入或者外部组件引起的错误。
  • revert():终止运行并回滚状态变动。

嵌套调用

• 智能合约的执行具有原子性：执行过程中出现错误，会导致回滚
• 嵌套调用是指一个合约调用另一个合约中的函数
• 嵌套调用是否会触发连锁式的回滚？
  • 如果被调用的合约执行过程中发生异常，会不会导致发起调用的这个合约也跟着一起回滚？
  • 有些调用方法会引起连锁式回滚，有些则不会
• 一个合约直接向一个合约账户里转账，没有指明调用哪个函数，仍然会引起嵌套调用

BTC和以太坊

BTC的出块速度是十分钟一个，以太坊的出块速度是几十秒一个。

BTC中区块是有限制的，规定了每个区块不超过1M(1024KB)。为了防止矿工将大量的交易都存储在一个区块中进行存储，这样会消耗大量的资源。

以太坊的GasLimit是可以进行调整的，每个获得记账权(即出块)的矿工可以将GasLimit上调或下降1/1024。最后的结果是GasLimit便趋向于所有矿工的总体意见。

一些问题

问题1：先挖矿还是先执行？

回答：现执行。

问题2：没有获得记账权的节点有补偿么？

回答：实际情况是没有补偿的，汽油费全给了有记账权的全节点。因为目前汽油费和出块奖励相比而言是很少的，所以目前问题没有很严重。

问题3：会不会有节点不对新挖出的区块进行验证，然后继续挖？因为验证也没有奖励。

回答：不会，因为对新产生的区块进行验证了之后才会更新本地的三棵树。才能够继续进行挖矿，否则当之后你自己挖到了区块了之后便无法进行发布了，因为跟其他区块数据不同步。

问题4：智能合约执行的过程中出现了错误，还需要发布到区块链上么？

回答：需要的，因为需要扣除汽油费。

问题5：智能合约支持多线程吗？

回答：不支持。因为以太坊是一个交易支持的状态机，需要足够的稳定性。多线程问题在于多个核对内存访问顺序不同的话，执行的结果也可能不同。

1.状态树、交易树、数据树均在全节点，由全节点在本地进行维护的数据结构。

2.当一个账户A发布一个智能合约之后，每个全节点都在它的本地账户将账户A的汽油费扣除，若汽油费不够的话则根本不会执行智能合约；若汽油费过多的话，则会将多出的汽油费返回账户A。

3.当其中一个全节点获得记账权之后，它将本地的交易记录在新产生的区块中。而其他全节点的三棵状态树会进行回滚，再将新产生的区块的交易信息更新到本地三棵树的数据结构中。

Receipt数据结构

地址类型

addr.balance:某个地址的余额

addr.transfer(12345):向addr这个地址转入12345wei。

智能合约的缺点

如果智能合约设计的不好的话，可能会导致投入的所有以太币均被锁死在合约账户里，永远取不出来。

以太坊钱包

transfer(12345):向addr这个地址转入12345wei。

智能合约的缺点

如果智能合约设计的不好的话，可能会导致投入的所有以太币均被锁死在合约账户里，永远取不出来。

以太坊钱包