一起学：以太坊智能合约开发

课程介绍

无论在科技圈还是金融圈，“区块链”俨然成了最热的词汇。2016年，区块链写入了国家的十三五规划中；2017年，央行基于区块链技术的数字票据交易平台测试成功；同年，工信部发布了首个区块链参考架构标准。
经过2017年如火如荼的投资盛宴，区块链开始逐渐走向应用落地，业内都在积极探索使用场景。如金融领域的资产贸易、支付系统、金融服务，其他领域的电子商务、社交通讯、游戏娱乐等等。同时，BAT、迅雷、小米、网易等互联网龙头企业纷纷加入研发队伍中。
正如移动互联网兴起之时一样，区块链 DApp 应用市场初期肯定会有一波红利期。对此有兴趣的开发者，不可错过。


以太坊是现阶段业内生态最好的公链，本达人课的内容将基于以太坊平台，共包含四大部分：


第一部分（第 01-02 课），介绍以太坊相关概念及开发环境的准备，包括以太坊节点、EVM 虚拟机、Gas 机制及开发测试用的私有链 Ganache。


第二部分（第 03-05 课），从编写简单的 Hello world 合约入手，学习智能合约的开发、编译、部署及网页与智能合约的交互，并学习通过 Truffle 开发框架快速构建 DApp 应用，及如何将合约部署到 Ropsten 测试网和主网。


第三部分（第 06-07 课），基于对 Solidity 语法的深入学习，来实现目前市场上最流行的空投合约，加深对智能合约开发的理解与应用，全方位提升您的技术实力与思维方式。

第四部分（第 08 课），开发实现以太坊钱包转入、转出功能，初步了解以太坊钱包的基础功能。

作者简介

旷文杰，资深 PHP 开发，曾就职于阿里巴巴旗下美妆电商平台。现在区块链领域深耕，在某区块链创业公司任技术经理，对以太坊智能合约有较深入的研究。热爱技术交流，常在个人博客上分享技术心得。

课程内容

第01课：理解以太坊相关概念

2009年比特币开创了去中心化加密货币的先河，同时也诞生了具有划时代意义的区块链技术。分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术组成了新型应用模式。然而比特币也并不完美，它只能当作支付手段，无法围绕它建立应用生态。所以业内称比特币为区块链1.0。

2013年，俄罗斯90后 Vitalik Buterin 在基于比特币的区块链技术基础之上，提出了以太坊平台。一个开源的、图灵完备的、有智能合约功能的、下一代加密货币与去中心化应用平台。 经过近五年的时间发展，以太坊已经成为业内公认的最好的公链之一，围绕它的生态建设已经初具规模。我们称之为区块链2.0。

本达人课基于以太坊平台，快速带领大家学习以太坊智能合约的开发，并掌握去中心化应用的开发、编译、部署的完整过程。在开始之前，本篇将以通俗易懂的方式介绍以太坊开发中涉及到的相关概念，带领大家轻松入门。

以太坊

以太坊（Ethereum）是一个建立在区块链技术之上的、图灵完备的去中心化应用平台。它允许任何人在平台中通过智能合约技术开发、部署和使用去中心化应用。

有没有感到和 iOS、Android 平台有点类似？

在区块链1.0时代，我们如果需要编写区块链应用需要先从 Github 上 Download 一份比特币源码，然后修改底层代码如网络协议、共识机制、加密算法等等，再发布到网络中。2013、2014年的很多山寨币就是这样产生的，改一改比特币的代码，甚至是调整其中的某些参数就造出了一个新的应用、新的币种。

而以太坊平台，是对底层区块链技术进行了封装，让区块链应用开发者可以直接基于以太坊平台进行开发，开发者只需专注于应用本身，而不用关注底层技术的具体实现，从而大大降低了难度。我们可以简单的理解，以太坊平台提供了很多模块让用户来搭建应用。如果将搭建应用比作造房子，那么以太坊就提供了地基、墙面、屋顶、地板等模块。用户只需像搭积木一样就可以把房子搭起来，而且房子的布局、装饰等等都是可以随意组装的。因此，在以太坊平台上可以快速建立去中心化应用，并且成本也更低。

目前围绕以太坊已经形成了一个较为完善的开发生态圈：社区支持、开发框架、开发工具等等。

以太坊客户端（节点）

一个以太坊客户端就是一个以太坊节点。它提供账户管理、数字资产管理、挖矿、转账、智能合约的部署和执行等等功能。对于我们开发者来说，它就是一个开发者工具。

需要注意的是，在区块链网络中是没有中心服务器的。所有以太坊节点组成了以太坊的整个区块链网络，每个节点都在无时无刻同步区块数据。

如上图所示（图片来自网络），左边是去中心化的网络，右边是中心化网络。我们举个不恰当的例子来加深理解。在浏览器——服务器架构中，服务器是中心化的，所有的动态数据都保存在服务器端。如果服务器发生故障，则所有的浏览器端都无法正常访问应用。而在区块链的去中心化网络中，所有的节点都会保存相同的数据，任意节点发生故障，都不影响整个区块链数据的写入与读取。

Geth 是典型的以太坊客户端。Geth 这个名字是 Go Ethereum 开源项目的简称。它是基于 Go 语言开发且实现了 Ethereum 协议的客户端软件。

Geth 提供了一个交互式命令控制台，通过命令来操作以太坊的各种功能（API）。

Geth 会一直同步以太坊区块链上的所有数据。目前 fast 同步模式下，数据量已经有近 70G；full 同步模式下，已经达到了几百 G。

在开发过程中，我们推荐使用以太坊区块链的私有链 Ganache （只有几百 M），免去同步以太坊全部区块数据的麻烦。在后续的文章中会介绍 Ganache。

账户

以太坊中账户分为两类：

• 外部账户（EOA）

  该类账户被公钥——私钥对控制（用户），没有关联任何代码。 外部账户的地址由公钥衍生而来。

• 合约账户（CA）

  该类账户为智能合约分配的账户，被合约代码控制且有代码与之关联。 智能合约的部署会把合约字节码发布到区块链上，并使用一个特定的地址来标示这个合约，这个地址就是合约账户。

合约账户存储了代码，外部账户则没有。除了这点之外，这两类账户对于以太坊虚拟机（EVM）来说都是一样的。

如上图所示，外部账户与外部账户之间交易仅仅是转账。但是外部账户到合约账户，是可以激活各种操作的。

智能合约

网络上关于智能合约的解释都很晦涩。我们可以简单的理解为在区块链上，由事件驱动、以代码形式存在、可执行的特殊交易合同。它是代码与数据的集合，是以太坊的核心。

智能合约非常适合对信任、安全和持久性要求较高的应用场景，比如：数字货币、数字资产、投票、保险、金融应用、预测市场、产权所有权管理、物联网、点对点交易等等场景。同时，智能合约在其他行业中的应用场景同样值得期待。

目前除数字货币之外，真正落地的应用还不多，业内各方都在积极探索使用场景和可落地应用。和移动互联网刚兴起之时，各行各业的 App 如雨后春笋般爆发一样，去中心化应用的市场在初期肯定有一个红利期。大家可抓住这波机会。

Solidity

Solidity 是一门和 JavaScript 类似的编程语言，文件扩展名以 .sol 结尾。它用于智能合约的开发，并能编译成以太坊虚拟机（EVM）字节码，部署到以太坊底层区块链网络上。

以太坊虚拟机（EVM）

EVM 即以太坊虚拟机，全称是 Ethereum Virtual Machine。它是以太坊智能合约的运行环境。

• EVM 是由以太坊节点提供。每个以太坊节点中都包含 EVM。
• Solidity 之于 EVM，就像 Java 跟 JVM 的关系一样。
• 以太坊虚拟机是一个隔离的环境，在 EVM 内部运行的代码跟外部没有联系。

EVM 运行在以太坊节点上，当我们把合约部署到以太坊区块链网络上之后，合约就可以在以太坊网络中运行了。

合约编译

以太坊虚拟机上运行的是合约的字节码，类似于汇编语言。这就需要我们在部署之前先对合约进行编译，转换成字节码。

推荐使用 solc 编译器。

合约部署

合约部署就是将编译好的合约字节码，通过外部账号以发送交易的形式部署到以太坊区块链网络上。由实际矿工出块之后，才会真正部署成功。

合约运行

合约部署后，当需要调用这个智能合约的方法时，只需要向这个合约账户发送消息（交易）即可，通过消息触发后智能合约的代码就会在 EVM 中执行了。

Gas

Gas 即矿工费。以太坊上每笔交易的执行（被矿工打包）都会被收取一定数量的 Gas。Gas的目的是限制执行交易所需的工作量，同时为执行支付费用。当 EVM 执行交易时，Gas 将按照特定规则被逐渐消耗，无论执行到什么位置，一旦 Gas 被耗尽，将会触发一个 out of gas 异常。当前调用帧所做的所有状态修改都将被回滚。如果执行结束，还有gas剩余，这些 Gas 将会返还给发送账户。因此，我们需要一个有以太币余额的外部账户，来为发起的交易支付 Gas。

如果没有这个限制，就会出现无法停止（如：死循环）的合约来阻塞以太坊区块链网络。

Gas 可以认为是一个工作量单位，智能合约越复杂（计算步骤的数量、类型、占用的内存等等），所需的 Gas 就越多。Gas 的最小单位是 wei:

1eth=$10^{18}$wei=$10^{9}$gwei

GasLimit：愿意支付矿工费的上限。 GasPrice：矿工费单价。

gas = GasLimit * GasPrice

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