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区块链实质上是一个去中心化、分布式的可进行交易的数据库或账本
特征:
散列是将输入的数据转换成一个固定长度的随机字符串(散列值)的过程,但是不能从结果反向生成或识别出原始数据,因此,散列也被称为数据指纹。几乎不可能基于其散列值导出输入数据哪怕原始数据发生了一点点的变化,也将产生完全不同的散列值,这样就确保了没有人敢在原始数据上做手脚。散列还有另外一个特征:虽然输入的字符串数据可能长短不同,但产生的散列值长度是固定的。例如,使用SHA256散列算法,不论输入数据的长度大小如何,总会产生一个256个字节的散列值。当数据量很大时,这一点就非常有用了,它总能产生一个256个字节的散列值,这样可以保存下来作为证据。以太坊在很多地方使用了散列技术,它会对每一笔交易进行散列,会对两个交易的散列值进行再次散列,最终为同一区块内的每个交易产生一个根散列值。
散列还有一个重要特征,就是从数学上来看,两个不同的输入数据不会产 生同一个散列值。
在线哈希计算器:在线哈希值计算
前面我们介绍了非对称加密,它的一个重要应用就是在数字签名创建和验证时使用非对称密钥。数字签名类似于一个人在纸上手写的签名。与手写签名的作用一样,数字签名有助于识别一个人,还有助于确保信息在传递过程中不被篡改。让我们举个例子来理解数字签名。 Alice准备给Tom发送一条信息。那么问题来了,Tom如何确保收到的信息是由Alice发出来的,如何确保信息在传递过程中没有被篡改过?解决方案就是不能发送原始的信息/交易,Alice首先需要取得发送的信息的散列值,然后用她的私钥对散列值进行加密,最后,她把这个刚产生的数字签名附加在散列值后发送给Tom。Tom收到信息后,他使用Alice的公钥提取出数字签名并解密,找到原始散列值。同时,他从实际接收到的信息中提取散列值,并对两个散列值进行比较,如果两个散列值一致,那么说明信息在传递过程中没有被篡改过。 数字签名通常用于资产或加密数字货币(例如以太币)的所有者对交易进行签名确认。
身份的辨别(公钥和私钥)
确保数字不被篡改(哈希)
区块链与智能合约之间的桥梁:以太坊 具体详情请点击旁边以太坊的链接
以太坊是区块链,但不仅仅是区块链,它在区块链的基础上架构了一个虚拟机,可以在这个虚拟机上用以太坊指定的语言运行程序,这个指定的语言是solidty,程序即智能合约。
区块链是一种包含多个组件的体系结构,区块链独特的地方在于这些组件 的功能和相互作用 重要的组件包括 EVM ( Ethereum Virtual Machine 以太坊 虚拟机)、矿工、区块、交易、共识算法、账户、智能合约、挖矿、以太币和 gas 一个区块链网络是由大量的节点构成的,其中 部分是属于矿工的挖矿 节点,另一部分节点不挖矿但会帮助执行智能合约和交易 这些节点统称为 EVM 网络上的各个节点之间互相连接,节点之间通过 P2P 协议进行通信,默 认情况下使用 30303 端口 每个节点都维护着 个账本的实例(副本),包含链上的全部区块 由于网 络上存在大量矿工节点,为了避免节点之间的区块数据存在差异,这些节点会 持续同步区块,确保账本数据一致
以太坊虚拟机EVM是智能合约的运行环境。
以太坊相当于分散在世界各地的节点共同组成的公共电脑
在以太坊这个公共电脑上运行程序就像是在网吧上网,必须要付费,这个地方不是付人名币而是以太币。以太币采用十进制的计量体系,其最小的单位是 wei 下面列出了一些计 量单位,可 以在网站 https: //g ithub.com/e thereum/we b3.js blob/ 0.15 .O/lib/utils/ utils. js#L40 上查到更多信息。
也可以把以太坊理解成联通全球的道路网,智能合约在上面运行就像是在这个道路上面开车,需要耗费汽油。
以太坊客户端是一个软件应用程序,它实现了以太坊规范,并通过点对点网络与其他以太坊客户端进行通信。不同的以太坊客户端如果符合参考规范和标准化的通信协议,就可以实现互操作。虽然这些不同的客户端是由不同的团队用不同的编程语言实现的,但它们都 "说 "着相同的协议,遵循相同的规则。因此,它们都可以用来操作和与同一个以太坊网络进行交互一个节点需要运行两种客户端软件:共识客户端和执行客户端。
作用:连接以太坊网络
在区块链和以太坊中,每个区块都连接着另外一个区块 两个区块之间是 对父子的关系,并且是 的关系,这样首尾相接就组成了 个链条 章后面会讲到区块,在接下来这张图中,我 3个区块( 区块1 区块2,区块3 )来示意 区块1 是区块1 的父区块,区块2 是区块3 的父区块 在每个 区块的头部都存储了父区块的散列值,这样就建立了父子关系
区块2 在头部存储了区块 1的散列值,区块 3在头部存储了区块2 的散列 值,以太坊有个创世区块的概念, 它就是第一个区块 这个区块是在链初次发起时·自动创建的 你也可以这样认 为,整个链条是由创世区块(通过 genesis jso 文件来生成)作为第一个区 块而开始启动的,如下图所示
具体详情请点击上面以太坊账户的链接
帐户是存储以太币之处。 用户可以初始化帐户,将以太币存入帐户,并将自己帐户中的以太币转账给其他用户。 帐户和帐户余额存储在以太坊虚拟机中的一个大表格中,是以太坊虚拟机总体状态的一部分。
以太坊有两类账户(它们共用同一个地址空间):
外部账户的地址是由公钥决定的,而合约账户的地址是在创建合约时确定的
相同点:
每个账户都有一个键值对形式持久化存储,其中key和value的长度都是256位,我们称之为存储
具体详情请点击上面交易的链接
交易是由帐户发出,带密码学签名的指令。 帐户将发起交易以更新以太坊网络的状态。 最简单的交易是将 ETH 从一个帐户转到另一个帐户。
以太坊交易是指由外部持有帐户发起的行动,换句话说,是指由人管理而不是智能合约管理的帐户。 例如,如果 Bob 发送 Alice 1 ETH,则 Bob 的帐户必须减少 1 ETH,而 Alice 的帐户必须增加 1 ETH。 交易会造成状态的改变。
端到端的交易
前面介绍了区块链和以太坊的一些基本知识,接下来我们介绍一个完整的端到端的交易流程,看看交易如何贯穿多个组件并保存到账本中 本例中,Sam打算发送一个数字资产(如:美元)给Mark。首先,Sam新建了一个交易,里面包括了from、to、value等字段数据,然后发送到以太网络上,该交易并没有立即写入到账本中,而是暂存到交易池中。 挖矿节点新建了一个区块,然后按照gas上限标准,从交易池中提取交易(Sam的交易也将被提取),并添加到区块中,网络上的全体矿工都在执行相同的任务。 接下来,矿工们开始争先恐后地去计算难题,在一段时间(或几秒)后,获胜者(第一个解决难题的人)会发出通知,声称他找到了答案,赢得了比赛,需要向区块链写入区块,与此同时,获胜者将答案添加到区块上并发送给其他矿工。其他矿工收到通知后,首先验证这个答案,一旦认定该答案确实有效,就立即停止自己的计算,接收这个包含了Sam的交易的区块,然后添加到他们的本地账本中。这样下来,就在链上产生了一个新的区块,它将一直跨越时间和空间而永久的存在下去。在这期间,双方的账户余额都会得到更新,最后,区块被分发复制到网络上的全部节点。这个过程如下图所示:
以太坊上支持的3 种交易类型:
1. 从一个账户向另外一个账户发送以太币 :这个账户可能是外部账户或者 合约账户
2. 智能合 外部账户在 EVM 上部署合约是通过交易的方式实现的。
使用或借助合约内的函数 如果需要执行合约内的函数去改变一个状态, 就需要一个交易,如果执行函数没有改变任何一个状态,就不需要交易
下面介绍与交易有关的一些重要属性:
区块是指一批交易的组合,并且包含链中上一个区块的哈希。 这将区块连接在一起(成为一个链),因为哈希是从区块数据中加密得出的。 这可以防止欺诈,因为以前的任何区块中的任何改变都会使后续所有区块无效,而且所有哈希都会改变,所有运行区块链的人都会注意到。
区块有很多属性,为了便于掌握关键内容,下面只介绍一些重要的部分
以太坊虚拟机有三个区域来存储数据:存储(storage),内存(memory)和栈(stack)
合约是经过双方或多方同意,约定立即执行或在将来执行一项交易的法律文件。因为合约是法律文件,所以它具有强制性和可执行性。合约应用的场景很多,例如:一个人和保险公司签订合同购买健康险,一个人从另外一个人手里购买一块土地,个公司出售股权给另外一家公司
具体详情请点击上面智能合约的链接
智能合约只是一个运行在以太坊链上的一个程序。 它是位于以太坊区块链上一个特定地址的一系列代码(函数)和数据(状态)。
智能合约也是一个以太坊帐户,我们称之为合约帐户。 这意味着它们有余额,可以成为交易的对象。 但是,他们无法被人操控,他们是被部署在网络上作为程序运行着。 个人用户可以通过提交交易执行智能合约的某一个函数来与智能合约进行交互。 智能合约能像常规合约一样定义规则,并通过代码自动强制执行。 默认情况下,您无法删除智能合约,与它们的交互是不可逆的。
编写智能合约的工具:Visual Studio。
Remix 打开 http:// remix. ethereum. org 网页就可以 直接使用。可以在浏览 器上进行智能合约的创建、开发、部署和调试 合约维护有关的操作(如 :创 建、发布、调试)都可以在同一个环境下完成,而不需要切换到其他的窗口或 页面。
2.新建一个合约,选择左边菜单栏中的+.对这个 Sol iy 文件进行命名,以 sol 作为后缀 输入合约名字 Hello orld ,点击“ OK ”,就创建了 白合约,
3.在制作 内的空白处,输入下面这段代码,就能创建你的第一个合约.
你可以使用关键词contract 创建合约,声明全局状态变量和函数,保存合约为后缀名.是 sol的文件。在下面的源代码片段中,当 Get elloWorld 数调 HelloWorld合约时,将返回 Hello World 字符。其中确保版本号与开头pragma solidity ^0.8.24版本号相同。
- // SPDX-License-Identifier: MIT
- pragma solidity ^0.8.24;
- contract HelloWeb3{
- string public _string = "Hello Web3!";
- }
我们拆解程序,学习 Solidity 代码源文件的结构:
第 1 行是注释,说明代码所使用的软件许可(license),这里使用的是 MIT 许可。如果不写许可,编译时会出现警告(warning),但程序仍可运行。Solidity 注释以“//”开头,后面跟注释内容,注释不会被程序执行。
// SPDX-License-Identifier: MIT
第 2 行声明源文件所使用的 Solidity 版本,因为不同版本的语法有差异。这行代码表示源文件将不允许小于 0.8.4 版本或大于等于 0.9.0 的编译器编译(第二个条件由 ^
提供)。Solidity 语句以分号(;)结尾。
pragma solidity ^0.8.4;
第 3-4 行是合约部分。第 3 行创建合约(contract),并声明合约名为 HelloWeb3
。第 4 行是合约内容,声明了一个 string(字符串)变量 _string
,并赋值为 "Hello Web3!"。
- contract HelloWeb3 {
- string public _string = "Hello Web3!";
- }
在 Remix 编辑代码的页面,按 Ctrl + S 即可编译代码,非常方便。
编译完成后,点击左侧菜单的“部署”按钮,进入部署页面。
默认情况下,Remix
会使用 Remix
虚拟机(以前称为 JavaScript 虚拟机)来模拟以太坊链,运行智能合约,类似在浏览器里运行一条测试链。Remix
还会为你分配一些测试账户,每个账户里有 100 ETH(测试代币),随意使用。点击 Deploy
(黄色按钮),即可部署我们编写的合约。
部署成功后,在下方会看到名为 HelloWeb3
的合约。点击 _string
,即可看到 "Hello Web3!"。
值类型(Value Type):包括布尔型,整数型等等,这类变量赋值时候直接传递数值。
引用类型(Reference Type):包括数组和结构体,这类变量占空间大,赋值时候直接传递地址(类似指针)。
映射类型(Mapping Type): Solidity中存储键值对的数据结构,可以理解为哈希表
布尔型是二值变量,取值为 true
或 false
。
- // 布尔值
- bool public _bool = true;
布尔值的运算符包括:
!
(逻辑非)
&&
(逻辑与,"and")
||
(逻辑或,"or")
==
(等于)
!=
(不等于)
- // SPDX-License-Identifier: MIT
- pragma solidity ^0.8.24;
- contract HelloWeb3{
- string public _string = "Hello Web3!";
- bool public _bool = true;
- bool public _bool1 = !_bool; // 取非
- bool public _bool2 = _bool && _bool1; // 与
- bool public _bool3 = _bool || _bool1; // 或
- bool public _bool4 = _bool == _bool1; // 相等
- bool public _bool5 = _bool != _bool1; // 不相等
-
- }
在上述代码中:变量 _bool
的取值是 true
;_bool1
是 _bool
的非,为 false
;_bool && _bool1
为 false
;_bool || _bool1
为 true
;_bool == _bool1
为 false
;_bool != _bool1
为 true
。
值得注意的是:&&
和 ||
运算符遵循短路规则,这意味着,假如存在 f(x) || g(y)
的表达式,如果 f(x)
是 true
,g(y)
不会被计算,即使它和 f(x)
的结果是相反的。假如存在f(x) && g(y)
的表达式,如果 f(x)
是 false
,g(y)
不会被计算。所谓“短路规则”,一般出现在逻辑与(&&)和逻辑或(||)中。 当逻辑或(&&)的第一个条件为false时,就不会再去判断第二个条件; 当逻辑与(||)的第一个条件为true时,就不会再去判断第二个条件,这就是短路规则。
整型是 Solidity 中的整数,最常用的包括:
- // 整型
- int public _int = -1; // 整数,包括负数
- uint public _uint = 1; // 正整数
- uint256 public _number = 20220330; // 256位正整数
常用的整型运算符包括:
比较运算符(返回布尔值): <=
, <
,==
, !=
, >=
, >
算数运算符: +
, -
, *
, /
, %
(取余),**
(幂)
- // 整数运算
- uint256 public _number1 = _number + 1; // +,-,*,/
- uint256 public _number2 = 2**2; // 指数
- uint256 public _number3 = 7 % 2; // 取余数
- bool public _numberbool = _number2 > _number3; // 比大小
地址类型(address)有两类:
普通地址(address): 存储一个 20 字节的值(以太坊地址的大小)。
payable address: 比普通地址多了 transfer
和 send
两个成员方法,用于接收转账。
- // 地址
- address public _address = 0x7A58c0Be72BE218B41C608b7Fe7C5bB630736C71;
- address payable public _address1 = payable(_address); // payable address,可以转账、查余额
- // 地址类型的成员
- uint256 public balance = _address1.balance; // balance of address
字节数组分为定长和不定长两种:
定长字节数组: 属于值类型,数组长度在声明之后不能改变。根据字节数组的长度分为 bytes1
, bytes8
, bytes32
等类型。定长字节数组最多存储 32 bytes 数据,即bytes32
。
不定长字节数组: 属于引用类型(之后的章节介绍),数组长度在声明之后可以改变,包括 bytes
等。
- // 固定长度的字节数组
- bytes32 public _byte32 = "MiniSolidity";
- bytes1 public _byte = _byte32[0];
在上述代码中,MiniSolidity
变量以字节的方式存储进变量 _byte32
。如果把它转换成 16 进制
,就是:0x4d696e69536f6c69646974790000000000000000000000000000000000000000
_byte
变量的值为 _byte32
的第一个字节,即 0x4d
。
枚举(enum
)是 Solidity 中用户定义的数据类型。它主要用于为 uint
分配名称,使程序易于阅读和维护。它与 C 语言
中的 enum
类似,使用名称来代替从 0
开始的 uint
:
- // 用enum将uint 0, 1, 2表示为Buy, Hold, Sell
- enum ActionSet { Buy, Hold, Sell }
- // 创建enum变量 action
- ActionSet action = ActionSet.Buy;
枚举可以显式地和 uint
相互转换,并会检查转换的正整数是否在枚举的长度内,否则会报错:
- // enum可以和uint显式的转换
- function enumToUint() external view returns(uint){
- return uint(action);
- }
enum
是一个比较冷门的变量,几乎没什么人用。
Solidity语言的函数非常灵活,可以进行各种复杂操作。在本教程中,我们将会概述函数的基础概念,并通过一些示例演示如何使用函数。
我们先看一下 Solidity 中函数的形式:
- function <function name>(<parameter types>) {internal|external|public|private}
- [pure|view|payable] [returns (<return types>)]
看着有一些复杂,让我们从前往后逐个解释(方括号中的是可写可不写的关键字):
function
:声明函数时的固定用法。要编写函数,就需要以 function
关键字开头。
<function name>
:函数名。
(<parameter types>)
:圆括号内写入函数的参数,即输入到函数的变量类型和名称。
{internal|external|public|private}
:函数可见性说明符,共有4种。
public
:内部和外部均可见。
private
:只能从本合约内部访问,继承的合约也不能使用。
external
:只能从合约外部访问(但内部可以通过 this.f()
来调用,f
是函数名)。
internal
: 只能从合约内部访问,继承的合约可以用。
注意 1:合约中定义的函数需要明确指定可见性,它们没有默认值。
注意 2:public|private|internal
也可用于修饰状态变量。public
变量会自动生成同名的getter
函数,用于查询数值。未标明可见性类型的状态变量,默认为internal
。
[pure|view|payable]
:决定函数权限/功能的关键字。payable
(可支付的)很好理解,带着它的函数,运行的时候可以给合约转入 ETH。pure
和 view
的介绍见下一节。
[returns ()]
:函数返回的变量类型和名称。
Pure
和View讲解
刚开始学习 solidity
时,pure
和 view
关键字可能令人费解,因为其他编程语言中没有类似的关键字。solidity
引入这两个关键字主要是因为 以太坊交易需要支付气费(gas fee)。合约的状态变量存储在链上,gas fee 很贵,如果计算不改变链上状态,就可以不用付 gas
。包含 pure
和 view
关键字的函数是不改写链上状态的,因此用户直接调用它们是不需要付 gas 的(注意,合约中非 pure
/view
函数调用 pure
/view
函数时需要付gas)。
在以太坊中,以下语句被视为修改链上状态:
写入状态变量。
释放事件。
创建其他合约。
使用 selfdestruct
.
通过调用发送以太币。
调用任何未标记 view
或 pure
的函数。
使用低级调用(low-level calls)。
使用包含某些操作码的内联汇编。
为了帮助大家理解,我画了一个马里奥插图。在这幅插图中,我将合约中的状态变量(存储在链上)比作碧琪公主,三种不同的角色代表不同的关键字。
pure
,中文意思是“纯”,这里可以理解为”纯打酱油的”。pure
函数既不能读取也不能写入链上的状态变量。就像小怪一样,看不到也摸不到碧琪公主。
view
,“看”,这里可以理解为“看客”。view
函数能读取但也不能写入状态变量。类似马里奥,能看到碧琪公主,但终究是看客,不能入洞房。
非 pure
或 view
的函数既可以读取也可以写入状态变量。类似马里奥里的 boss
,可以对碧琪公主为所欲为
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