Solidity智能合約開(kāi)發(fā)技術(shù)與實(shí)戰(zhàn)PPT完整全套教學(xué)課件

以太坊Solidity智能合約開(kāi)發(fā)教程授課教師：職務(wù)：全套PPT課件第1章區(qū)塊鏈技術(shù)基礎(chǔ)學(xué)前提示區(qū)塊鏈可以說(shuō)是近幾年炙手可熱的IT新技術(shù)。它不僅奠定了比特幣和以太坊等傳奇品牌的技術(shù)基礎(chǔ)，而且已經(jīng)上升為中國(guó)的國(guó)家戰(zhàn)略。本課程的主題是用以太坊推出的Solidity語(yǔ)言開(kāi)發(fā)智能合約。作為開(kāi)篇第一章，首先介紹關(guān)于區(qū)塊鏈技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，為后面的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。知識(shí)要點(diǎn)1.1從比特幣說(shuō)起1.2區(qū)塊鏈的工作原理及底層技術(shù)1.1從比特幣說(shuō)起1.1.1比特幣的發(fā)展歷史1.1.2什么是比特幣系統(tǒng)1.1.3共識(shí)算法和比特幣的挖礦1.1.4雙花問(wèn)題1.1.5區(qū)塊鏈技術(shù)賦予比特幣價(jià)值1.1.1比特幣的發(fā)展歷史2008年11月1日，一個(gè)自稱(chēng)“中本聰”的神秘人物在網(wǎng)站的密碼學(xué)郵件列表中發(fā)表了一篇名為《比特幣：一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)式的電子現(xiàn)金系統(tǒng)》的論文。其中描述了一個(gè)完全不依賴(lài)任何第三方金融系統(tǒng)的、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的電子現(xiàn)金系統(tǒng)。這被視為是比特幣的白皮書(shū)，也有人稱(chēng)之為區(qū)塊鏈的創(chuàng)世圣經(jīng)。中本聰對(duì)比特幣網(wǎng)絡(luò)的工作原理做了如下的描述（1）我們可以把每一臺(tái)參與比特幣系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)稱(chēng)為節(jié)點(diǎn)。（2）每個(gè)節(jié)點(diǎn)將新交易收集到一個(gè)塊中。（3）節(jié)點(diǎn)可以創(chuàng)建鏈上的下一個(gè)區(qū)塊，并使用當(dāng)前區(qū)塊的哈希值作為新區(qū)塊的“前一個(gè)哈希”字段值。區(qū)塊鏈的示意圖創(chuàng)世區(qū)塊（GenesisBlock）2009年1月3日，中本聰挖出了比特幣的第一個(gè)區(qū)塊，也就是創(chuàng)世區(qū)塊（GenesisBlock），并得到了設(shè)計(jì)中的50個(gè)比特幣的獎(jiǎng)勵(lì)，這也意味著比特幣從理論變成了現(xiàn)實(shí)。比特幣最大的特色比特幣最大的特色就是沒(méi)有任何特定金融機(jī)構(gòu)發(fā)行比特幣，也沒(méi)有任何機(jī)構(gòu)為比特幣的價(jià)值背書(shū)。比特幣系統(tǒng)每隔一段時(shí)間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)區(qū)塊，用于記錄所發(fā)生的交易，記錄和驗(yàn)證交易會(huì)得到一定數(shù)額的比特幣獎(jiǎng)勵(lì)，這個(gè)過(guò)程被形象地稱(chēng)為挖礦，記錄和驗(yàn)證交易的參與者被稱(chēng)為礦工。比特幣系統(tǒng)是開(kāi)放的，任何人下載安裝比特幣客戶端都可以參與挖礦，賺取比特幣。比特幣的價(jià)值最初的比特幣礦工大多是技術(shù)社區(qū)里的技術(shù)人員和愛(ài)好者。由于參與的人并不多，因此挖到比特幣相對(duì)很容易。但是那時(shí)的比特幣幾乎是沒(méi)有價(jià)值的。最初的比特幣開(kāi)發(fā)者之一嘉文·安德森為了宣傳和推廣比特幣，還創(chuàng)辦了一個(gè)比特幣網(wǎng)站，只要訪問(wèn)網(wǎng)站的人都可以得到5個(gè)比特幣。2010年5月22日是比特幣發(fā)展歷程中具有里程碑意義的一天，在這一天，早期的比特幣礦工拉茲洛·漢尼用10000比特幣給自己的女兒買(mǎi)了2個(gè)披薩，大約相當(dāng)于41美元。這標(biāo)志著比特幣第一次有了實(shí)際的價(jià)值。這些比特幣如果留到今天，價(jià)值1億多美元。一百萬(wàn)億津巴布韋元紙幣2011年，津巴布韋發(fā)生了嚴(yán)重的通貨膨脹。當(dāng)時(shí)的津巴布韋政府發(fā)行了據(jù)稱(chēng)是人類(lèi)歷史上最大面額的紙幣——一百萬(wàn)億津巴布韋元。津巴布韋人民對(duì)政府的金融體系喪失了信心，轉(zhuǎn)而追捧比特幣。進(jìn)一步推高了比特幣的價(jià)值。2013年11月1個(gè)比特幣的價(jià)格飆升到1000美元。比特幣的歷史上，也經(jīng)歷過(guò)一些黑暗時(shí)刻，2014年2月，世界上最大的比特幣交易商MT.Gox（昵稱(chēng)門(mén)頭溝）被黑客攻擊，損失了85萬(wàn)個(gè)比特幣。按當(dāng)時(shí)的市值算，價(jià)值超過(guò)4.5億美元。隨后MT.Gox宣布破產(chǎn)。此次事件影響了人門(mén)對(duì)比特幣的信心，導(dǎo)致比特幣大規(guī)模地貶值。越來(lái)越多的國(guó)家和企業(yè)接受、認(rèn)可比特幣?德國(guó)財(cái)政部認(rèn)可比特幣為合法的私有資產(chǎn)，擁有者可以使用比特幣繳納稅金或用作其他用途。?日本允許使用比特幣來(lái)支付水電費(fèi)。?微軟、戴爾、維基百科和Paypal等知名企業(yè)陸續(xù)宣布接受比特幣。中本聰打造的比特幣系統(tǒng)已經(jīng)成長(zhǎng)為一個(gè)龐大的數(shù)字貨幣帝國(guó)。1.1.2什么是比特幣系統(tǒng)比特幣系統(tǒng)就是一個(gè)去中心化的賬本。1．去中心化2．比特幣的賬本1．去中心化中心化系統(tǒng)去中心化系統(tǒng)中心化系統(tǒng)還有一個(gè)弊端數(shù)據(jù)隱私和數(shù)據(jù)壟斷的問(wèn)題。在中心化系統(tǒng)中，用戶的數(shù)據(jù)都集中在運(yùn)營(yíng)商的服務(wù)器中，運(yùn)營(yíng)商可以利用信息的壟斷，分析用戶的消費(fèi)習(xí)慣、誤導(dǎo)用戶消費(fèi)；甚至可能泄露用戶數(shù)據(jù)，侵犯用戶隱私。在去中心化的系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)雖然保存在不同的節(jié)點(diǎn)上。但是大多數(shù)數(shù)據(jù)是加密存儲(chǔ)的，除了用戶本人和相關(guān)用戶外，其他用戶是無(wú)法看到的。2．比特幣的賬本比特幣系統(tǒng)的交易信息記錄在區(qū)塊上，一個(gè)區(qū)塊就相當(dāng)于比特幣的一頁(yè)賬本，其中可以記錄多個(gè)交易的數(shù)據(jù)。在比特幣系統(tǒng)中，區(qū)塊鏈的結(jié)構(gòu)比特幣區(qū)塊的結(jié)構(gòu)比特幣區(qū)塊中各部分的具體說(shuō)明字節(jié)字段說(shuō)明4區(qū)塊的大小該字段后面的區(qū)塊大小，單位為字節(jié)80區(qū)塊頭區(qū)塊頭的結(jié)構(gòu)如表1-2所示1-9交易計(jì)數(shù)器區(qū)塊中包含的交易數(shù)量，包括coinbase（幣基）交易。每個(gè)區(qū)塊的第一個(gè)交易被稱(chēng)為coinbase交易不固定交易記錄區(qū)塊中的交易數(shù)據(jù)包含4個(gè)交易的比特幣區(qū)塊的結(jié)構(gòu)

區(qū)塊頭的結(jié)構(gòu)字節(jié)字段說(shuō)明4版本區(qū)塊版本號(hào)32父區(qū)塊哈希值前一個(gè)區(qū)塊的哈希值32Merkle根區(qū)塊中交易的Merkle樹(shù)根的哈希值。Merkle樹(shù)是區(qū)塊鏈的重要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它的作用是快速歸納和校驗(yàn)區(qū)塊數(shù)據(jù)的存在性和完整性4時(shí)間戳記錄區(qū)塊產(chǎn)生的時(shí)間，是精確到秒的UNIX時(shí)間戳4難度目標(biāo)該區(qū)塊工作量證明算法的難度目標(biāo)。區(qū)塊工作量證明的目的是礦工完成一定難度的技術(shù)任務(wù)從而爭(zhēng)奪記賬權(quán)，具體情況將在1.1.3節(jié)介紹4Nonce為了找到滿足難度目標(biāo)而設(shè)定的隨機(jī)數(shù)，具體情況同樣將在1.1.3節(jié)介紹MD5MD5被稱(chēng)為單向加密算法，因?yàn)镸D5算法的處理結(jié)果并不能被解密出原始數(shù)據(jù)。很多所謂的MD5解密工具實(shí)際上是將已知的MD5處理結(jié)果保存在字典中，然后根據(jù)字典中的結(jié)果數(shù)據(jù)反推原始數(shù)據(jù)，也就是暴力破解。MD5處理數(shù)據(jù)的結(jié)果實(shí)際上是得到原始數(shù)據(jù)的唯一特征值。這個(gè)特征值通常被稱(chēng)為數(shù)字指紋。它可以標(biāo)識(shí)原始數(shù)據(jù)是否被修改，因?yàn)楣：瘮?shù)具有很強(qiáng)的抗碰撞能力。也就是說(shuō)，2個(gè)不同的數(shù)據(jù)，它們具有相同數(shù)字指紋的可能性非常小。一組對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行MD5處理的結(jié)果待處理消息摘要數(shù)據(jù)123456E10ADC3949BA59ABBE56E057F20F883E123456789701234567890D726DA56936D0A63A2B4D8D3ECA0D07B123202CB962AC59075B964B07152D234B701C4CA4238A0B923820DCC509A6F75849BabcdefghijklmnopqrstuvwxyzC3FCD3D76192E4007DFB496CCA67E13B比特幣系統(tǒng)中采用SHA-256算法計(jì)算區(qū)塊的摘要信息。FD80DEDA69B71529B1BC7A275FD00A45為了演示哈希摘要算法的效果。打開(kāi)瀏覽器，訪問(wèn)如下網(wǎng)址可以在線查看對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行MD5處理的效果。

/md5/F3BD79298E7CE4187D34F9BEC81E50BC一個(gè)重要的字段，即“區(qū)塊中交易的Merkle樹(shù)根的哈希值”這么做的意義在于：可以在區(qū)塊頭中包含區(qū)塊中所有交易的數(shù)字指紋。一旦區(qū)塊中的交易數(shù)據(jù)被篡改，在校驗(yàn)數(shù)字指紋是就會(huì)被發(fā)現(xiàn)，從而無(wú)法通過(guò)校驗(yàn)。交易的Merkle樹(shù)根Merkle樹(shù)是一個(gè)二叉樹(shù)。學(xué)習(xí)過(guò)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的讀者應(yīng)該了解，二叉樹(shù)是每個(gè)節(jié)點(diǎn)最多有兩個(gè)子樹(shù)的樹(shù)結(jié)構(gòu)。這兩個(gè)子樹(shù)分別被稱(chēng)為左子樹(shù)和右子樹(shù)。二叉樹(shù)通常用于快速查詢數(shù)據(jù)。在比特幣系統(tǒng)中，使用Merkle樹(shù)保存交易數(shù)據(jù)?葉子節(jié)點(diǎn)：保存交易數(shù)據(jù)。?中間節(jié)點(diǎn)：葉子節(jié)點(diǎn)的上級(jí)節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)其子節(jié)點(diǎn)的哈希值，再往上一層的中間節(jié)點(diǎn)中存儲(chǔ)的是它的兩個(gè)子節(jié)點(diǎn)中的數(shù)據(jù)再進(jìn)行哈希運(yùn)算，以此類(lèi)推。?根節(jié)點(diǎn)：包含了整個(gè)區(qū)塊中所有交易的數(shù)字指紋信息，也就是區(qū)塊頭中保存的Merkle樹(shù)根的哈希值。1.1.3共識(shí)算法和比特幣的挖礦比特幣系統(tǒng)是一個(gè)去中心化的分布式系統(tǒng)，有分布在世界各地的很多礦工參與記賬，那么怎么在所有礦工之間形成共識(shí)、防止礦工在記賬時(shí)作假，就很重要。共識(shí)算法就可以解決這個(gè)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)不同節(jié)點(diǎn)上數(shù)據(jù)的一致性和正確性。分布式系統(tǒng)是一個(gè)不穩(wěn)定的系統(tǒng)，其中的節(jié)點(diǎn)隨時(shí)可能掉線或死機(jī)。而且，不能排除節(jié)點(diǎn)惡意作假，因此共識(shí)算法應(yīng)具有容錯(cuò)性。1．拜占庭將軍問(wèn)題與共識(shí)算法人類(lèi)對(duì)共識(shí)算法的需求不只是在分布式系統(tǒng)中才有的。事實(shí)上在古羅馬時(shí)代就面臨這樣的問(wèn)題。拜占庭帝國(guó)，即東羅馬帝國(guó)，是歐洲歷史上最悠久的君主制國(guó)家，共歷經(jīng)12個(gè)朝代，93位皇帝，有著1000多年的歷史。拜占庭帝國(guó)幅員遼闊，鼎盛時(shí)期的疆域橫跨歐亞非三洲，版圖包括巴爾干半島、敘利亞、小亞細(xì)亞、亞美尼亞、巴勒斯坦、兩河流域和埃及等地區(qū)。為了防御領(lǐng)土，拜占庭帝國(guó)將軍隊(duì)部署在全國(guó)各地。不同軍隊(duì)之間距離遙遠(yuǎn)，且通信很不方便。在爆發(fā)戰(zhàn)爭(zhēng)的情況下，很有可能存在叛變的將軍，在這種復(fù)雜的環(huán)境下，各支部隊(duì)如何形成共識(shí)，協(xié)同抗敵，這就是著名的拜占庭將軍問(wèn)題。拜占庭容錯(cuò)算法BFT（ByzantineFaultTolerance）假定錯(cuò)誤可以是如下兩種情況。（1）拜占庭類(lèi)型：指可以是任意類(lèi)型（比如作惡、說(shuō)謊等）的錯(cuò)誤，也可以存在死機(jī)節(jié)點(diǎn)；（2）宕機(jī)類(lèi)型：只接受節(jié)點(diǎn)死機(jī)，不接受節(jié)點(diǎn)發(fā)送假消息。拜占庭容錯(cuò)算法描述（1）有效的善良節(jié)點(diǎn)的數(shù)量必須超過(guò)作惡節(jié)點(diǎn)總數(shù)，即L1>F；（2）有效的善良節(jié)點(diǎn)的數(shù)量必須超過(guò)故障的善良節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，即L1>L2；因此可以將F視為等于L2。又因?yàn)長(zhǎng)1=N-L2–F，可以將L1>F替換為如下表達(dá)式：N-F–F>F也就是說(shuō)當(dāng)N>3F（即占庭類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)數(shù)不超過(guò)1/3）時(shí)，拜占庭容錯(cuò)算法有效。拜占庭將軍問(wèn)題的共識(shí)流程包括request（請(qǐng)求）、pre-prepare（預(yù)準(zhǔn)備）、prepare（準(zhǔn)備）、commit（提交）和reply（回復(fù)）等5個(gè)階段。其中pre-prepare、prepare、commit等3個(gè)階段屬于共識(shí)流程。流程圖中有5條水平線C代表客戶端，0~3代表分布式系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)，0為主節(jié)點(diǎn)，1、2和3為備份節(jié)點(diǎn)。當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)作為主節(jié)點(diǎn)時(shí)，成為系統(tǒng)的一個(gè)視圖（View）。如果節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，則會(huì)隨機(jī)選擇另一個(gè)節(jié)點(diǎn)擔(dān)任主節(jié)點(diǎn)。此時(shí)會(huì)進(jìn)行視圖更新。共識(shí)流程的執(zhí)行過(guò)程（1）客戶端向系統(tǒng)發(fā)送請(qǐng)求，由主節(jié)點(diǎn)接受并處理請(qǐng)求；（2）主節(jié)點(diǎn)接收到請(qǐng)求m后，會(huì)驗(yàn)證客戶端請(qǐng)求消息的簽名是否正確。通過(guò)驗(yàn)證后，給請(qǐng)求m分配一個(gè)序號(hào)n，并將請(qǐng)求m廣播一條PRE-PREPARE消息給其他節(jié)點(diǎn)；（3）其他節(jié)點(diǎn)收到PRE-PREPARE消息后，將進(jìn)行簽名驗(yàn)證和視圖（View）驗(yàn)證等一系列驗(yàn)證，通過(guò)驗(yàn)證后接受該消息，然后廣播PREPARE消息，進(jìn)入prepare階段；（4）節(jié)點(diǎn)（包括主節(jié)點(diǎn)）在接收到PREPARE消息后也需要進(jìn)行一系列的驗(yàn)證，如果節(jié)點(diǎn)收到了2F+1個(gè)通過(guò)驗(yàn)證的PREPARE消息，則廣播一條COMMIT消息；（5）節(jié)點(diǎn)（包括主節(jié)點(diǎn)）收到commit消息后也需要進(jìn)行一系列驗(yàn)證。如果節(jié)點(diǎn)收到2F+1個(gè)通過(guò)驗(yàn)證的commit消息，則說(shuō)明當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中大部分節(jié)點(diǎn)已經(jīng)達(dá)成共識(shí)，可以運(yùn)行客戶端請(qǐng)求的操作，然后向客戶端發(fā)送REPLY消息。2．比特幣的挖礦在比特幣系統(tǒng)中，共識(shí)算法需要解決如下2個(gè)問(wèn)題：（1）確定選擇記賬節(jié)點(diǎn)的機(jī)制；（2）確保賬本數(shù)據(jù)在全網(wǎng)中保持正確性和一致性。這個(gè)過(guò)程就是比特幣的挖礦挖礦既是比特幣系統(tǒng)的記賬過(guò)程，也是比特幣的發(fā)行機(jī)制。在比特幣系統(tǒng)中，平均每10分鐘會(huì)產(chǎn)生一個(gè)區(qū)塊。由礦工將最近發(fā)生的交易記錄在新區(qū)塊中。那么，在比特幣的挖礦機(jī)制中同樣存在2個(gè)問(wèn)題（1）礦工為什么要參與記賬。（2）在眾多的參與者中選擇誰(shuí)來(lái)記賬。第一個(gè)問(wèn)題與比特幣的發(fā)行機(jī)制有關(guān)每產(chǎn)生一個(gè)區(qū)塊，都會(huì)同時(shí)生成一定數(shù)量的比特幣作為給礦工的記賬獎(jiǎng)勵(lì)。而且發(fā)起交易的賬戶也需要支付一定的手續(xù)費(fèi)給記賬的礦工。正是這些經(jīng)濟(jì)利益激勵(lì)著眾多礦工爭(zhēng)奪記賬權(quán)。給礦工的獎(jiǎng)勵(lì)記錄在coinbase（幣基）交易中，也就是說(shuō)每個(gè)區(qū)塊的第一筆交易就是給礦工的獎(jiǎng)勵(lì)。工作量證明（PoW，ProofofWork）。這是一種簡(jiǎn)單、粗暴的共識(shí)算法。就是誰(shuí)的算力大，就由誰(shuí)記賬。當(dāng)產(chǎn)生新的區(qū)塊時(shí)，網(wǎng)絡(luò)中所有在線礦工都會(huì)參與爭(zhēng)奪記賬權(quán)，這個(gè)過(guò)程就是挖礦。表示運(yùn)算過(guò)程的公式result=SHA256(SHA256(區(qū)塊頭數(shù)據(jù)))最先算出小于難度目標(biāo)值的result的礦工取得記賬權(quán)。比特幣挖礦的流程節(jié)點(diǎn)在算出正確答案后，會(huì)立即廣播打包的區(qū)塊。收到被打包的區(qū)塊后，網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)會(huì)按如下步驟進(jìn)行處理（1）對(duì)打包的區(qū)塊進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證的過(guò)程比較復(fù)雜，這里就不做展開(kāi)介紹了。（2）如果未通過(guò)驗(yàn)證，則丟棄該區(qū)塊，不做處理。比特幣系統(tǒng)規(guī)定只有經(jīng)過(guò)6個(gè)確認(rèn)的交易才被認(rèn)為是真實(shí)的交易。這樣，即使有些礦工作弊，也會(huì)因?yàn)榈貌坏酱_認(rèn)而無(wú)法得逞。（3）如果通過(guò)驗(yàn)證，做說(shuō)明工作量證明已經(jīng)結(jié)束，節(jié)點(diǎn)放棄競(jìng)爭(zhēng)記賬權(quán)的計(jì)算，將該區(qū)塊記錄在自己的賬本中。PoW工作量證明算法保證了全網(wǎng)只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)將一個(gè)區(qū)塊添加到賬本中，其他節(jié)點(diǎn)都是復(fù)制賬本中該區(qū)塊的數(shù)據(jù)。從而保證了比特幣賬本的全網(wǎng)一致性和唯一性。3．挖礦的難度目標(biāo)確定和難度調(diào)整每個(gè)區(qū)塊頭中都有一個(gè)難度目標(biāo)字段，這是工作量證明的目標(biāo)，在產(chǎn)生區(qū)塊時(shí)由系統(tǒng)生成。生成難度目標(biāo)的公式如下：目標(biāo)值=最大目標(biāo)值/難度值最大目標(biāo)值是固定的常量，值如下：

0x00000000FFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFFF新難度值=舊難度值*(過(guò)去2016個(gè)區(qū)塊花費(fèi)時(shí)長(zhǎng)/20160分鐘)新難度值=舊難度值*(過(guò)去2016個(gè)區(qū)塊花費(fèi)時(shí)長(zhǎng)/20160分鐘)4．挖礦形式的演變?cè)诒忍貛啪W(wǎng)絡(luò)剛剛建立的時(shí)候，參與挖礦的人很少，中本聰本人也要親自參與挖礦，才能維持比特幣系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。那時(shí)候只需要用普通的PC機(jī)就可以挖到比特幣。GPU礦機(jī)ASIC礦機(jī)ASIC芯片是一種專(zhuān)門(mén)為某種特定用途設(shè)計(jì)的芯片。例如比特幣采用SHA256算法，那么比特幣ASIC礦機(jī)芯片就被設(shè)計(jì)為僅能計(jì)算SHA256。架設(shè)了大量礦機(jī)的礦場(chǎng)礦機(jī)出現(xiàn)后，普通計(jì)算機(jī)已經(jīng)很難挖到比特幣了。還有一些公司大量購(gòu)置礦機(jī)，組成礦場(chǎng)，憑借規(guī)模優(yōu)勢(shì)提高挖礦的成功率。礦池礦場(chǎng)和少量擁有礦機(jī)的個(gè)人可以聯(lián)合起來(lái)，將算力合并、并聯(lián)合運(yùn)作。以這種方法搭建的網(wǎng)站就是礦池。1.1.4雙花問(wèn)題在電子金融領(lǐng)域中，有一個(gè)很重要的問(wèn)題——雙花（DoubleSpending）問(wèn)題。所謂雙花并不是兩枝花，而是要防止一筆錢(qián)重復(fù)支付。在現(xiàn)實(shí)生活中，紙幣的雙花幾乎不可能，除非印制假鈔，但這是犯罪行為。但是在電子商務(wù)中，從在線支付到確認(rèn)收貨要經(jīng)歷漫長(zhǎng)的等待。如果處理不得當(dāng)，賣(mài)家很可能會(huì)把已經(jīng)支付的錢(qián)重復(fù)使用。這不是比特幣特有的問(wèn)題，支付寶和微信支付等平臺(tái)也面臨同樣的問(wèn)題。付寶是怎么解決雙花問(wèn)題的

整個(gè)網(wǎng)購(gòu)過(guò)程如下（1）買(mǎi)家選擇商品，去支付，使用支付寶在線付款。（2）支付寶會(huì)將這筆錢(qián)轉(zhuǎn)入支付寶在銀行的賬戶中暫時(shí)凍結(jié)起來(lái)；這么做既能防止買(mǎi)家雙花，也能防止提前支付給賣(mài)家，賣(mài)家不負(fù)責(zé)任的情形。（3）從賣(mài)家發(fā)貨到買(mǎi)家確認(rèn)收貨的環(huán)節(jié)可以忽略。（4）買(mǎi)家確認(rèn)收貨后，支付寶會(huì)把之前凍結(jié)在自己賬戶的貨款轉(zhuǎn)賬到賣(mài)家的銀行賬戶里面。作為中心化的平臺(tái)，支付寶在交易過(guò)程中起到了中介和擔(dān)保的作用。而比特幣系統(tǒng)是去中心化的，由誰(shuí)來(lái)?yè)?dān)保呢？答案很簡(jiǎn)單，是技術(shù)本身提供的保障。1．UTXOUTXO是UnspentTransactionOutput的縮寫(xiě)，也就是未花費(fèi)的交易輸出。比特幣系統(tǒng)中并沒(méi)有賬戶的概念，每個(gè)比特幣錢(qián)包中都包含若干個(gè)大小不一的UTXO。這些UTXO都是之前交易時(shí)，轉(zhuǎn)賬過(guò)來(lái)的，可能是挖礦所得，也可能是通過(guò)其他交易得到的。比特幣錢(qián)包的余額等于其中包含的所有UTXO的金額之和。無(wú)論UTXO的金額是多少，它都不能被分隔。UTXO被鎖住并記錄在區(qū)塊中。因此，一個(gè)用戶的比特幣，實(shí)際上是以UTXO的形式分散在若干個(gè)區(qū)塊中，有的區(qū)塊可能記錄一個(gè)用戶的多個(gè)UTXO一個(gè)用戶的比特幣以UTXO的形式分散在若干個(gè)區(qū)塊中如果小明要支付1個(gè)比特幣給小強(qiáng)，則整個(gè)過(guò)程如下（1）從小明的UTXO中找是否可以湊夠1個(gè)比特幣的交易。如果存在，則發(fā)起一個(gè)交易，將它們發(fā)送給小強(qiáng)。（2）小強(qiáng)接收后，將1個(gè)比特幣從小明的UTXO中解鎖，然后進(jìn)入小強(qiáng)的UTXO。（3）當(dāng)比特幣網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到一筆交易信息時(shí)，會(huì)在UTXO數(shù)據(jù)庫(kù)中查詢。如果不存在，則會(huì)將其忽略。記賬節(jié)點(diǎn)會(huì)因?yàn)槭詹坏阶銐虻拇_認(rèn)信息，而無(wú)法記賬。如果查詢到相關(guān)的UTXO記錄，會(huì)繼續(xù)檢查它的交易收款人（也就是擁有者，這里的交易指上次支付這筆比特幣給小明的交易）是不是小明。如果通過(guò)檢查，節(jié)點(diǎn)會(huì)發(fā)出確認(rèn)信息。記賬節(jié)點(diǎn)收集了足夠的確認(rèn)信息后，就可以將交易記錄在區(qū)塊中。（4）如果小明的UTXO中沒(méi)有小于1個(gè)比特幣的歷史交易，則會(huì)選擇一個(gè)金額超過(guò)1個(gè)比特幣的UTXO支付給小強(qiáng)，系統(tǒng)會(huì)將1個(gè)比特幣記錄在小強(qiáng)的UTXO中，將余額發(fā)起一個(gè)退回交易，再次鎖定在小明的UTXO中。這就是比特幣的找零機(jī)制。2．時(shí)間戳在比特幣的區(qū)塊頭中，有一個(gè)時(shí)間戳字段，它是由比特幣系統(tǒng)中的時(shí)間戳服務(wù)器產(chǎn)生的。引入時(shí)間戳概念的目的是為每一個(gè)比特幣交易賦予一個(gè)全網(wǎng)統(tǒng)一的打包時(shí)間。這個(gè)時(shí)間既不是交易者本地計(jì)算機(jī)的時(shí)間，也不是記賬礦工提供的時(shí)間，這就可以有效的防止在交易時(shí)間上造假。這樣在整個(gè)區(qū)塊鏈上所有區(qū)塊的時(shí)間戳就會(huì)是順序的，前面區(qū)塊的時(shí)間戳一定是小于后面區(qū)塊時(shí)間戳的。而且在區(qū)塊頭中還保存著前一個(gè)區(qū)塊的哈希值。如果一個(gè)區(qū)塊的時(shí)間戳被惡意修改過(guò)，或者在兩個(gè)區(qū)塊之間插入新的假區(qū)塊，那么在對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，就會(huì)被發(fā)現(xiàn)。時(shí)間戳在解決雙花問(wèn)題時(shí)也起著重要的作用。如果一個(gè)UTXO被兩次支付，節(jié)點(diǎn)會(huì)選擇記錄時(shí)間戳小的交易，而忽視時(shí)間戳大的交易。3．分叉如果有一個(gè)用戶在很短的時(shí)間內(nèi)，用一個(gè)UTXO進(jìn)行支付，那么很有可能會(huì)被兩個(gè)節(jié)點(diǎn)分別記賬。因?yàn)樵谟涃~時(shí)，礦工很可能不知道有另一筆交易存在。這樣不就是雙花了嗎？其實(shí)并不會(huì)，因?yàn)檫@兩個(gè)礦工并不會(huì)接受對(duì)方記賬的區(qū)塊。從而造成了比特幣的分叉。也就是從這兩個(gè)區(qū)塊開(kāi)始，比特幣的區(qū)塊鏈分裂成兩個(gè)鏈比特幣區(qū)塊鏈的分叉1.1.5區(qū)塊鏈技術(shù)賦予比特幣價(jià)值1．傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)為什么不能承載價(jià)值2．比特幣為什么可以承載價(jià)值1．傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)為什么不能承載價(jià)值（1）數(shù)據(jù)可任意復(fù)制。（2）數(shù)據(jù)可以篡改和偽造。（3）用戶行為的可抵賴(lài)性。（4）資源不稀有。2．比特幣為什么可以承載價(jià)值黃金為什么值錢(qián)？因?yàn)辄S金具備如下幾個(gè)特性：稀有性穩(wěn)定性（安全性）

廣泛的群眾基礎(chǔ)（1）稀有性比特幣雖然只是硬盤(pán)里面的數(shù)字，但是它并不能隨意復(fù)制。正如1.1.4節(jié)介紹的，一個(gè)比特幣是不能雙花的。另外，比特幣的發(fā)行機(jī)制，決定了比特幣是非常稀有。前面已經(jīng)介紹過(guò)，比特幣系統(tǒng)平均每10分鐘產(chǎn)生一個(gè)區(qū)塊，與區(qū)塊一起誕生的是給記賬礦工的獎(jiǎng)勵(lì)金。在2009年1月比特幣誕生的時(shí)候，每個(gè)區(qū)塊的獎(jiǎng)勵(lì)是50個(gè)比特幣。以后每4年半，挖礦獎(jiǎng)勵(lì)會(huì)減半。到2012年底，每個(gè)區(qū)塊的獎(jiǎng)勵(lì)變成了25個(gè)比特幣。2016年7月10日，每個(gè)區(qū)塊的獎(jiǎng)勵(lì)減為12.5個(gè)比特幣，以此類(lèi)推。比特幣會(huì)越來(lái)越稀有，到2140年的時(shí)候，2100萬(wàn)個(gè)比特幣將被開(kāi)采完畢。礦工記賬的獎(jiǎng)勵(lì)將只剩下交易者支付的手續(xù)費(fèi)。這就是1個(gè)比特幣可以兌換1萬(wàn)多美元的原因，因?yàn)樗∮辛?。?）穩(wěn)定性（安全性）比特幣網(wǎng)絡(luò)是由遍布全球的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的去中心化分布式系統(tǒng)，其賬本由眾多節(jié)點(diǎn)共同見(jiàn)證。要想作假，至少要有全網(wǎng)51%以上的算力。這是很難做到的。如果真的有誰(shuí)擁有這么大的算力，那他不如靠挖礦賺錢(qián)。他維護(hù)比特幣系統(tǒng)正常運(yùn)行得到的利益要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于破壞秩序。因此，比特幣系統(tǒng)是非常安全和穩(wěn)定的。比特幣自產(chǎn)生以來(lái)雖然也發(fā)生了一些安全事件，但都發(fā)生在中心化的交易所。比特幣系統(tǒng)的安全性至今還是無(wú)懈可擊的。（3）群眾基礎(chǔ)比特幣有著眾多的信仰者。很多人為了比特幣和區(qū)塊鏈技術(shù)的普及和推廣而不懈努力。在社會(huì)學(xué)中有這樣一種現(xiàn)象：當(dāng)一群人虔誠(chéng)的信仰一件事時(shí)，就會(huì)引發(fā)更多人的圍觀和關(guān)注，從而形成熱點(diǎn)事件。此時(shí)，就會(huì)有另外一些人，看到其中蘊(yùn)藏的商機(jī)。這就是比特幣的群眾基礎(chǔ)。（4）誰(shuí)為比特幣背書(shū)前面提到法幣的價(jià)值由發(fā)行它的政府背書(shū)，那么比特幣的價(jià)值由誰(shuí)來(lái)背書(shū)呢？中本聰嗎？他是誰(shuí)都是一個(gè)不解之謎，更無(wú)從擔(dān)保什么。筆者認(rèn)為，是區(qū)塊鏈技術(shù)在為比特幣背書(shū)。它保證了比特幣系統(tǒng)的安全可靠，也保證了比特幣的稀有性。這正是區(qū)塊鏈技術(shù)的價(jià)值所在。1.2區(qū)塊鏈的工作原理及底層技術(shù)1.2.1分布式系統(tǒng)的概念1.2.2區(qū)塊鏈的架構(gòu)設(shè)計(jì)1.2.3加密算法1.2.4區(qū)塊鏈的分類(lèi)1.2.5區(qū)塊鏈為什么會(huì)成為國(guó)家戰(zhàn)略1.2.6區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展歷程1.2.7區(qū)塊鏈的編程語(yǔ)言1.2.1分布式系統(tǒng)的概念比特幣系統(tǒng)是一個(gè)去中心化的分布式系統(tǒng)。實(shí)際上，所有的區(qū)塊鏈應(yīng)用都是分布式系統(tǒng)。所謂分布式系統(tǒng)是指建立在網(wǎng)絡(luò)之上的軟件系統(tǒng)。但是不能簡(jiǎn)單地把分布式系統(tǒng)理解為使用網(wǎng)絡(luò)的軟件系統(tǒng)。傳統(tǒng)意義上的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，都是一個(gè)一個(gè)的獨(dú)立運(yùn)行。系統(tǒng)與系統(tǒng)之間往往只是進(jìn)行簡(jiǎn)單地?cái)?shù)據(jù)交互。而在分布式系統(tǒng)中一組獨(dú)立的計(jì)算機(jī)按照統(tǒng)一的規(guī)則，各司其職、密切配合，呈現(xiàn)給用戶的是一個(gè)統(tǒng)一的整體。就好像只有一個(gè)服務(wù)器一樣。6．使用WinSCP工具實(shí)現(xiàn)向CentOS服務(wù)器上傳文件的功能可以通過(guò)下面的網(wǎng)址下載WinSCP。/1.2.2區(qū)塊鏈的架構(gòu)設(shè)計(jì)1．存儲(chǔ)層存儲(chǔ)層主要實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈的存儲(chǔ)功能，其中涉及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（存儲(chǔ)格式、區(qū)塊大小）和加密算法等技術(shù)細(xì)節(jié)。關(guān)于加密算法將在1.2.3節(jié)介紹。2．網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)編程，涉及網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信）和共識(shí)算法等技術(shù)細(xì)節(jié)。共識(shí)算法除了比特幣使用的工作量證明（PoW），還有以太坊采用的權(quán)益證明（PoS），在分布式系統(tǒng)中，還有一個(gè)很常用的共識(shí)算法，就是投票，由節(jié)點(diǎn)投票形成共識(shí)。3．?dāng)U展層擴(kuò)展層是對(duì)經(jīng)典區(qū)塊鏈技術(shù)的補(bǔ)充和擴(kuò)展，是對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展。智能合約側(cè)鏈技術(shù)企業(yè)級(jí)應(yīng)用：聯(lián)盟鏈4．應(yīng)用層金融交易存證溯源數(shù)字資產(chǎn)公益1.2.3加密算法1．對(duì)稱(chēng)加密算法2．非對(duì)稱(chēng)加密算法3．國(guó)密算法1．對(duì)稱(chēng)加密算法常見(jiàn)的對(duì)稱(chēng)加密算法包括DES、3DES和AES等。對(duì)稱(chēng)加密算法的優(yōu)點(diǎn)是算法公開(kāi)、計(jì)算量小、加密速度快、加密效率高。缺點(diǎn)是一旦密鑰丟失，加密的信息將被公開(kāi)。而且也無(wú)法證明信息是誰(shuí)發(fā)送的。因?yàn)殡p方都擁有同樣的密鑰。通常，區(qū)塊鏈應(yīng)用中不會(huì)使用對(duì)稱(chēng)加密算法。2．非對(duì)稱(chēng)加密算法非對(duì)稱(chēng)加密算法，顧名思義，就是加密和解密雙方使用不同的密鑰。這一對(duì)密鑰分別稱(chēng)為公鑰和私鑰。私鑰是保密的，只有它的擁有者才知道。公鑰由私鑰生成，可以公開(kāi)，公鑰和私鑰是匹配的一對(duì)。非對(duì)稱(chēng)加密算法包括下面兩種應(yīng)用方法（1）當(dāng)向一個(gè)用戶A發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，可以使用他的公鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。然后將加密數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶A。用戶A收到加密數(shù)據(jù)后，使用私鑰進(jìn)行解密。因?yàn)槭鞘褂糜脩鬉的公鑰加密的，所以只能使用與公鑰相匹配的私鑰解密。其他人即使截獲了加密數(shù)據(jù)也無(wú)法解密。從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩浴５?，用戶A的公鑰是公開(kāi)的很多人都知道。用公鑰加棉的數(shù)據(jù)不能證明發(fā)送者的身份。這也就引入了非對(duì)稱(chēng)加密算法的第2種應(yīng)用方法——數(shù)字簽名。（2）當(dāng)向一個(gè)用戶A發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，可以首先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行哈希加密，然后再使用發(fā)送者B自己的私鑰對(duì)哈希摘要數(shù)據(jù)進(jìn)行二次加密。使用發(fā)送者B的私鑰對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，所有擁有其公鑰的用戶都可以解密。但是解密得到的是原始數(shù)據(jù)的哈希摘要，而哈希摘要是不可逆的，因此這么做并不能泄露原始數(shù)據(jù)。但是其他人使用發(fā)送者B的公鑰可以解密數(shù)據(jù)，就證明了這條數(shù)據(jù)是B發(fā)送的，因?yàn)橹挥兴麚碛兴借€。這就是數(shù)字簽名的過(guò)程。非對(duì)稱(chēng)加密算法的應(yīng)用方法3．國(guó)密算法在《中華人民共和國(guó)網(wǎng)絡(luò)安全法》第21條規(guī)定“國(guó)家實(shí)行網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)制度。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)者應(yīng)當(dāng)按照網(wǎng)絡(luò)安全等級(jí)保護(hù)制度的要求，履行下列安全保護(hù)義務(wù)，保障網(wǎng)絡(luò)免受干擾、破壞或者未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)，防止網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)泄露或者被竊取、篡改：（一）制定內(nèi)部安全管理制度和操作規(guī)程，確定網(wǎng)絡(luò)安全負(fù)責(zé)人，落實(shí)網(wǎng)絡(luò)安全保護(hù)責(zé)任；（二）采取防范計(jì)算機(jī)病毒和網(wǎng)絡(luò)攻擊、網(wǎng)絡(luò)侵入等危害網(wǎng)絡(luò)安全行為的技術(shù)措施；（三）采取監(jiān)測(cè)、記錄網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)安全事件的技術(shù)措施，并按照規(guī)定留存相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)日志不少于六個(gè)月；（四）采取數(shù)據(jù)分類(lèi)、重要數(shù)據(jù)備份和加密等措施；（五）法律、行政法規(guī)規(guī)定的其他義務(wù)。”國(guó)密算法的基本情況如下·SM1：對(duì)稱(chēng)加密算法，密鑰長(zhǎng)度為128比特，算法不公開(kāi)，固化在芯片中?！M2：開(kāi)源的非對(duì)稱(chēng)加密算法，可以用于數(shù)據(jù)的加解密和數(shù)字簽名?！M3：開(kāi)源的哈希算法，用于祭祀數(shù)據(jù)的摘要。·SM4：開(kāi)源的對(duì)稱(chēng)分組加密算法，，密鑰長(zhǎng)度為128比特?！M7：對(duì)稱(chēng)分組加密算法，密鑰長(zhǎng)度為128比特,適用于非接觸式IC卡?！M9：標(biāo)識(shí)密碼算法，標(biāo)識(shí)密碼將用戶的標(biāo)識(shí)（如郵件地址、手機(jī)號(hào)碼、QQ號(hào)碼、微信賬號(hào)等）作為公鑰，省略了交換數(shù)字證書(shū)和公鑰的過(guò)程，使得安全系統(tǒng)變得易于部署和管理，非常適合端對(duì)端離線安全通訊?！UC祖沖之算法：中國(guó)自主研究的流密碼算法,是運(yùn)用于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)密碼算法。1.2.4區(qū)塊鏈的分類(lèi)1．公有鏈2．私有鏈3．聯(lián)盟鏈1．公有鏈任何人都可以參與公有鏈的運(yùn)作，包括如下操作：（1）讀取區(qū)塊中的數(shù)據(jù)；（2）發(fā)起交易；（3）作為礦工參與挖礦。2．私有鏈私有鏈?zhǔn)怯商囟ńM織控制的區(qū)塊鏈，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)由該組織的成員機(jī)構(gòu)組成。共識(shí)算法由指定的一組節(jié)點(diǎn)完成。私有鏈只是一定限度的去中心化。通常用于企業(yè)內(nèi)部的經(jīng)營(yíng)和管理。私有鏈可以有效地保護(hù)企業(yè)的商業(yè)秘密；因?yàn)閰⑴c共識(shí)過(guò)程的節(jié)點(diǎn)比較少，所以交易速度很快；而且也不需要給礦工支付交易的手續(xù)費(fèi)，成本較低。3．聯(lián)盟鏈聯(lián)盟鏈?zhǔn)菣C(jī)構(gòu)之間共同搭建的區(qū)塊鏈，適用于商業(yè)伙伴之間的交易、結(jié)算和清算等B2B應(yīng)用場(chǎng)景。比較著名的聯(lián)盟鏈項(xiàng)目是HyperledgerFabric。1.2.5區(qū)塊鏈為什么會(huì)成為國(guó)家戰(zhàn)略1．區(qū)塊鏈技術(shù)可以撼動(dòng)美元的壟斷地位2．區(qū)塊鏈可以建立全新的社會(huì)信用體系1．區(qū)塊鏈技術(shù)可以撼動(dòng)美元的壟斷地位布雷頓森林體系SWIFT（環(huán)球同業(yè)銀行金融電訊協(xié)會(huì)）通過(guò)SWIFT實(shí)現(xiàn)跨境支付的流程如果沒(méi)有SWIFT，那么各國(guó)銀行間的跨境支付將會(huì)非常繁瑣區(qū)塊鏈成為撼動(dòng)美元霸權(quán)地位的底層基礎(chǔ)技術(shù)區(qū)塊鏈作為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的去中心化系統(tǒng)，如果應(yīng)用于跨境支付，則不需要經(jīng)過(guò)任何中心化機(jī)構(gòu)確認(rèn)和處理，非常高效。2018年，支付寶在香港上線了全球首個(gè)基于區(qū)塊鏈的電子錢(qián)包跨境匯款服務(wù)AlipayHK。使用AlipayHK從香港向菲律賓跨境支付僅需要3秒鐘。高度的安全性加上高效的支付速度，無(wú)疑使區(qū)塊鏈成為撼動(dòng)美元霸權(quán)地位的底層基礎(chǔ)技術(shù)。2．區(qū)塊鏈可以建立全新的社會(huì)信用體系可以解決很多存在多年的社會(huì)問(wèn)題。例如：·在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，圖片和字體等資源經(jīng)常會(huì)被無(wú)償使用，從而侵犯原作者的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，可以將被保護(hù)的資源上鏈，并自動(dòng)將資源與Web應(yīng)用中的相關(guān)資源進(jìn)行比對(duì)，同時(shí)將侵權(quán)證據(jù)上鏈存證。從而降低知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成本，達(dá)到保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的目的?！ぴ谏唐妨魍I(lǐng)域中，應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)可以將商品流通的各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)上鏈，從而實(shí)現(xiàn)商品溯源的功能，從源頭上避免假冒偽劣商品?！ぴ诠婊顒?dòng)領(lǐng)域，也可以使用區(qū)塊鏈技術(shù)將善款的來(lái)源和流向數(shù)據(jù)上鏈，避免可能發(fā)生的欺詐行為。1.2.6區(qū)塊鏈技術(shù)的發(fā)展歷程（1）區(qū)塊鏈1.0：以比特幣為代表的數(shù)字貨幣時(shí)代是區(qū)塊鏈1.0的經(jīng)典應(yīng)用。這個(gè)階段區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景基本上局限在與數(shù)字貨幣或金融相關(guān)的應(yīng)用，比如數(shù)字貨幣錢(qián)包和交易所。而且很多數(shù)字貨幣只是在比特幣源代碼的基礎(chǔ)上做了簡(jiǎn)單升級(jí)。（2）區(qū)塊鏈2.0：以太坊的誕生，拉開(kāi)了區(qū)塊鏈2.0的帷幕，智能合約的概念拓展了區(qū)塊鏈的應(yīng)用場(chǎng)景。使用區(qū)塊鏈技術(shù)可以應(yīng)用到社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域。關(guān)于以太坊和智能合約的基本概念，將在第2章中介紹。（3）區(qū)塊鏈3.0：區(qū)塊鏈1.0和2.0時(shí)期的應(yīng)用大多數(shù)都是公有鏈項(xiàng)目，企業(yè)使用區(qū)塊鏈技術(shù)的成功案例并不多。區(qū)塊鏈3.0是實(shí)現(xiàn)完備權(quán)限控制和安全保障的企業(yè)級(jí)區(qū)塊鏈——聯(lián)盟鏈。聯(lián)盟鏈可以解決企業(yè)間的信用問(wèn)題，由產(chǎn)業(yè)鏈中相關(guān)企業(yè)共同開(kāi)發(fā)建設(shè)，信息上鏈，不可隨意修改。只要對(duì)相關(guān)企業(yè)做好科普工作，就可以大大提高企業(yè)間配合的效率，打通一個(gè)個(gè)信息孤島，最終可以形成行業(yè)大數(shù)據(jù)。聯(lián)盟鏈的代表項(xiàng)目是Hyperledger（超級(jí)賬本），它由Linux基金會(huì)管理，微軟、摩根大通、世界銀行和國(guó)內(nèi)的阿里、華為、百度、騰訊都參與Hyperledger社區(qū)?？梢哉f(shuō)巨頭云集。1.2.7智能合約智能合約（smartcontract）的概念最早于1996年由法律學(xué)者尼克·薩博（NickSzabo）提出。他對(duì)智能合約的定義為：“智能合約”是一系列以數(shù)字的形式定義的承諾，相關(guān)各方可以在其（智能合約）上面執(zhí)行這些承諾的協(xié)議。4個(gè)主要要素1．可遵守性2．可驗(yàn)證性3．隱私性4．可執(zhí)行性1.2.8區(qū)塊鏈的編程語(yǔ)言SolidityJavaGOJavaScriptPythonC#C++以太坊Solidity智能合約開(kāi)發(fā)教程授課教師：職務(wù)：第2章以太坊和智能合約學(xué)前提示在區(qū)塊鏈的發(fā)展歷程中，以太坊的誕生具有里程碑式的意義。它意味著區(qū)塊鏈技術(shù)不但可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字貨幣，還可以將現(xiàn)實(shí)生活中的合約上鏈，從而打造言出必行的高度互信的體系。知識(shí)要點(diǎn)2.1以太坊的發(fā)展歷史與特色2.2以太坊的工作原理2.3搭建以太坊私有鏈2.1以太坊的發(fā)展歷史與特色2.1.1以太坊的誕生和發(fā)展2.1.2以太坊與比特幣系統(tǒng)的對(duì)比2.1.1以太坊的誕生和發(fā)展以太坊的創(chuàng)始人維塔利克·布特林（Vitalik

Buterin，人稱(chēng)V神）在區(qū)塊鏈界可以說(shuō)是僅次于中本聰?shù)膫髌嫒宋铩?．以太坊的誕生2013年末，維塔利克發(fā)布了以太坊（Ethereum）初版白皮書(shū)，吸引到一批認(rèn)可以太坊理念的合作伙伴，啟動(dòng)了項(xiàng)目。2014年，以太坊陸續(xù)發(fā)布了幾個(gè)版本的測(cè)試網(wǎng)絡(luò)，從POC3、POC4、POC5到POC6，并且發(fā)起了為期42天的以太幣預(yù)售，共募集到3531個(gè)比特幣，按照當(dāng)時(shí)的比特幣匯率，相當(dāng)于1843萬(wàn)美元。2015年7月，以太坊網(wǎng)絡(luò)正式發(fā)布了，標(biāo)志著以太坊區(qū)塊鏈上線運(yùn)行了。2．以太坊的4個(gè)發(fā)展階段（1）邊境（Frontier）（2）家園（Homestead）（3）大都會(huì)（Metropolis）（4）寧?kù)o（Serenity）3．DeFiDeFi（decentralizedfinance，去中心化的金融）是近來(lái)區(qū)塊鏈領(lǐng)域非?；鸬囊粋€(gè)名詞。大多數(shù)的DeFi應(yīng)用程序都構(gòu)建在以太坊網(wǎng)絡(luò)上。以太坊的創(chuàng)始人維塔利克·布特林早在2013年發(fā)表的《以太坊白皮書(shū)》中就重點(diǎn)論述了一些復(fù)雜的去中心化金融應(yīng)用案例。目前比較流行的DeFi應(yīng)用包括去中心化的交易所（DEXs）穩(wěn)定幣（Stablecoins）借貸平臺(tái)WBTC預(yù)測(cè)市場(chǎng)4．以太坊和Solidity語(yǔ)言在國(guó)際、國(guó)內(nèi)的發(fā)展和應(yīng)用情況2021年2月5日，中國(guó)電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院（賽迪研究院）發(fā)布第22期賽迪全球公有鏈技術(shù)評(píng)估指數(shù)，對(duì)全球37條知名公有鏈從技術(shù)維度進(jìn)行綜合評(píng)估并給出排名。在排行榜中，以太坊以總指數(shù)140.5位居綜合排名第2名。其中應(yīng)用性和創(chuàng)新力評(píng)分都位居第1。以太坊在國(guó)際上得到廣泛的應(yīng)用，在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用并不火熱（1）國(guó)內(nèi)的區(qū)塊鏈技術(shù)尚處于科普和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)階段，真正落地應(yīng)用的區(qū)塊鏈項(xiàng)目還并不是非常多，應(yīng)用場(chǎng)景相對(duì)有限。（2）數(shù)字貨幣的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)并不普及，而部署和運(yùn)行以太坊應(yīng)用都需要花費(fèi)以太幣，這也給以太坊在國(guó)內(nèi)的落地應(yīng)用造成影響。（3）在區(qū)塊鏈的發(fā)展過(guò)程中，國(guó)家更重視和鼓勵(lì)使用自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)。在這樣的大環(huán)境下，從事區(qū)塊鏈技術(shù)開(kāi)發(fā)的公司，更愿意從零開(kāi)始使用自主研發(fā)的技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)塊鏈應(yīng)用。例如，螞蟻區(qū)塊鏈的專(zhuān)利申請(qǐng)數(shù)連續(xù)三年全球第一。在國(guó)內(nèi)Solidity語(yǔ)言的主要應(yīng)用場(chǎng)景（1）基于以太坊私有鏈開(kāi)發(fā)智能合約應(yīng)用。從而在企業(yè)內(nèi)部應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)。（2）一些BaaS平臺(tái)支持使用Solidity作為智能合約開(kāi)發(fā)語(yǔ)言。BaaS（BlockchainasaService，區(qū)塊鏈即服務(wù)）將區(qū)塊鏈框架嵌入云計(jì)算平臺(tái)，為開(kāi)發(fā)者提供便捷、高性能的區(qū)塊鏈開(kāi)發(fā)環(huán)境和配套服務(wù)。例如阿里云的螞蟻區(qū)塊鏈合約平臺(tái)支持使用Solidity語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)合約的編寫(xiě)和編譯。（3）很多區(qū)塊鏈應(yīng)用涉及跨境合作，如果需要對(duì)接的境外區(qū)塊鏈應(yīng)用基于以太坊，則在合作開(kāi)發(fā)的過(guò)程中也需要使用Solidity語(yǔ)言開(kāi)發(fā)基于以太坊的智能合約。2.1.2以太坊與比特幣系統(tǒng)的對(duì)比都屬于公有鏈，開(kāi)放源代碼，任何人都可以參與挖礦。數(shù)字貨幣不是以太坊系統(tǒng)的全部以太坊還有一個(gè)最大的特點(diǎn)，就是它是一個(gè)開(kāi)放的開(kāi)發(fā)平臺(tái)，每個(gè)人都可以在以太坊平臺(tái)中部署自己的應(yīng)用。這一點(diǎn)與安卓系統(tǒng)很類(lèi)似。2.2以太坊的工作原理2.2.1以太坊節(jié)點(diǎn)2.2.2以太坊的狀態(tài)機(jī)2.2.3以太坊網(wǎng)絡(luò)的總體架構(gòu)2.2.4DApp2.2.5DApp瀏覽器2.2.6以太坊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)方式2.2.7以太坊的分叉2.2.8Gas和以太幣2.2.9以太坊賬戶、錢(qián)包和交易2.2.10以太坊的PoS共識(shí)算法2.2.1以太坊節(jié)點(diǎn)以太坊網(wǎng)絡(luò)由世界各地的以太坊節(jié)點(diǎn)組成，號(hào)稱(chēng)是“世界計(jì)算機(jī)”，截止2020年5月，以太坊在全球共有7,451個(gè)活動(dòng)主網(wǎng)節(jié)點(diǎn)?？梢哉f(shuō)以太坊是一個(gè)開(kāi)源的、永不停機(jī)的、遍布全球的基礎(chǔ)計(jì)算設(shè)施。以太坊客戶端軟件以太坊節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)上需要安裝以太坊客戶端軟件。比較知名的以太坊客戶端軟件是GO語(yǔ)言版本的客戶端軟件Geth。保存以太坊網(wǎng)絡(luò)的區(qū)塊數(shù)據(jù)根據(jù)保存區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的多少，可以將以太坊節(jié)點(diǎn)分為全節(jié)點(diǎn)和輕節(jié)點(diǎn)兩種類(lèi)型。全節(jié)點(diǎn)指存儲(chǔ)了從創(chuàng)世區(qū)塊到最新區(qū)塊的所有區(qū)塊數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)，這些區(qū)塊中包含了所有的以太坊歷史交易記錄。通常礦工的節(jié)點(diǎn)都是全節(jié)點(diǎn)；輕節(jié)點(diǎn)只包含區(qū)塊頭形成的鏈，為節(jié)省空間，不保存區(qū)塊體。輕節(jié)點(diǎn)主要用于電子錢(qián)包，電子錢(qián)包通常安裝在瀏覽器或手機(jī)中，不可能存儲(chǔ)整個(gè)區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)，因此只能采用輕量級(jí)的輕節(jié)點(diǎn)。當(dāng)輕節(jié)點(diǎn)需要獲取本地沒(méi)有的數(shù)據(jù)時(shí)，可以向網(wǎng)絡(luò)中的全節(jié)點(diǎn)發(fā)出請(qǐng)求。輕節(jié)點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)在于可以快速的啟動(dòng)和運(yùn)行，比較適合運(yùn)行在計(jì)算能力和存儲(chǔ)空間都有限的設(shè)備上，例如手機(jī)。2.2.2以太坊的狀態(tài)機(jī)本質(zhì)上，以太坊是一個(gè)基于交易的狀態(tài)機(jī)。1．什么是狀態(tài)機(jī)2．以太坊狀態(tài)機(jī)

1．什么是狀態(tài)機(jī)涉及狀態(tài)機(jī)的4個(gè)概念（1）狀態(tài)（State）：比如自動(dòng)門(mén)的Open和Close狀態(tài)；（2）事件（Event）：指執(zhí)行某個(gè)操作，例如對(duì)于自動(dòng)門(mén)而言，按下開(kāi)門(mén)按鈕或走到門(mén)前（對(duì)于自動(dòng)感知的自動(dòng)門(mén)）就是一個(gè)事件；（3）動(dòng)作（Action），指觸發(fā)事件后所執(zhí)行的動(dòng)作。例如按下開(kāi)門(mén)按鈕會(huì)執(zhí)行開(kāi)門(mén)的動(dòng)作。在編寫(xiě)程序時(shí)可以通過(guò)函數(shù)執(zhí)行動(dòng)作。（4）狀態(tài)的變換（Transition），指從一個(gè)狀態(tài)切換到另一個(gè)狀態(tài)的過(guò)程。例如開(kāi)門(mén)和關(guān)門(mén)的過(guò)程就是變換。2．以太坊狀態(tài)機(jī)在以太坊狀態(tài)機(jī)中，前面提到的4個(gè)概念具體體現(xiàn)如下（1）狀態(tài)（State）：以太坊網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)是一個(gè)比較抽象的表述，實(shí)際上它是由以太坊中所有賬戶的狀態(tài)組成的。（2）事件（Event）：指太坊網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生的交易，比如賬戶A轉(zhuǎn)賬1個(gè)以太幣到賬戶B，就會(huì)導(dǎo)致賬戶A和賬戶B的狀態(tài)變化。（3）動(dòng)作（Action）：指以太坊賬戶之間發(fā)生的轉(zhuǎn)賬操作。（4）狀態(tài)的變換（Transition）：指以太坊交易的過(guò)程。2.2.3以太坊網(wǎng)絡(luò)的總體架構(gòu)以太坊的總體架構(gòu)可以分為存儲(chǔ)層、網(wǎng)絡(luò)層、合約層和應(yīng)用層（1）存儲(chǔ)層，實(shí)現(xiàn)以太坊數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)

以太坊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在LevelDB數(shù)據(jù)庫(kù)中。LevelDB是Google推出的非常高效的鍵值對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)，目前能夠支持十億級(jí)別的數(shù)據(jù)量，而且還可以在此基礎(chǔ)上保持非常高的性能。以太坊中共有3個(gè)LevelDB數(shù)據(jù)庫(kù)，分別是BlockDB、StateDB和ExtrasDB。BlockDB用于保存區(qū)塊的主體內(nèi)容，包括區(qū)塊頭和區(qū)塊體；StateDB保存了賬戶的狀態(tài)數(shù)據(jù)；ExtrasDB保存了收據(jù)信息和其他輔助信息。

事件是以太坊網(wǎng)絡(luò)用于實(shí)現(xiàn)鏈內(nèi)、鏈外之間的溝通而建立機(jī)制。以太坊的日志代表對(duì)事件的存儲(chǔ)。本課程將在第7章中介紹以太坊的事件和日志。區(qū)塊以太坊的區(qū)塊同樣由區(qū)塊頭和區(qū)塊體組成，區(qū)塊中使用類(lèi)似Merkle樹(shù)的MPT樹(shù)來(lái)存儲(chǔ)交易數(shù)據(jù)。本課程將在2.2.6節(jié)中介紹以太坊的區(qū)塊結(jié)構(gòu)。特性與比特幣系統(tǒng)一樣，以太坊區(qū)塊鏈也需要借助非對(duì)稱(chēng)加密算法和數(shù)字簽名來(lái)實(shí)現(xiàn)防篡改、不可抵賴(lài)等特性，并且將區(qū)塊串聯(lián)成區(qū)塊鏈。（2）網(wǎng)絡(luò)層用于實(shí)現(xiàn)以太坊的網(wǎng)絡(luò)通信。作為區(qū)塊鏈項(xiàng)目的基本特征，以太坊基于P2P網(wǎng)絡(luò)。以太坊可以通過(guò)HTTP、RPC、LES、ETH和Wisper等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。除HTTP外，其他幾個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡(jiǎn)要說(shuō)明如下：?RPC（RemoteProcedureCallProtocol，遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用協(xié)議）：是進(jìn)程間調(diào)用的常用方式。RPC調(diào)用的過(guò)程如圖2-5所示。?LES（LightEthereumSubprotocol，以太坊客戶端的輕量級(jí)的子協(xié)議）：規(guī)定只需要下載區(qū)塊頭，其他詳細(xì)信息可以按需獲取。?RLPX：以太坊的底層網(wǎng)絡(luò)協(xié)議套件，包括P2P加密通信，節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)等功能。?Whisper：一種簡(jiǎn)單的基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)身份的消息傳遞系統(tǒng)。RPC調(diào)用的過(guò)程（3）合約層在以太坊的合約層中，有一個(gè)很重要的概念——EVM（EthereumVirtualMachinecode，以太坊虛擬機(jī)代碼）。EVM所謂虛擬機(jī)是通過(guò)軟件模擬一個(gè)具有完整硬件系統(tǒng)功能的獨(dú)立運(yùn)行的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。因?yàn)橐蕴皇欠植际较到y(tǒng)，全網(wǎng)由很多節(jié)點(diǎn)組成，這些節(jié)點(diǎn)的操作系統(tǒng)可能各不相同。與比特幣節(jié)點(diǎn)不同，以太坊節(jié)點(diǎn)上需要運(yùn)行智能合約，而且必須滿足這樣的前提條件：“在任何操作系統(tǒng)的節(jié)點(diǎn)下，在任何情況下，運(yùn)行同一個(gè)智能合約必須得到相同的結(jié)果?！盓VM可以在各種操作系統(tǒng)上安裝和運(yùn)行，從而為智能合約提供一個(gè)一致的、穩(wěn)定的運(yùn)行環(huán)境。也就是說(shuō)，在以太坊網(wǎng)絡(luò)中，智能合約運(yùn)行在EVM之上，通過(guò)API接口服務(wù)與EVM對(duì)接。EVM字節(jié)碼Solidity程序并不是EVM可以理解的語(yǔ)言。EVM有自己的專(zhuān)屬語(yǔ)言，即“EVM字節(jié)碼”，而Solidity是便于程序員閱讀、理解和使用的高級(jí)語(yǔ)言。當(dāng)編譯Solidity程序時(shí)，會(huì)將Solidity程序轉(zhuǎn)換成EVM字節(jié)碼，然后在EVM上運(yùn)行。EVM和智能合約的關(guān)系（4）應(yīng)用層智能合約只是一些腳本程序，只實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯，沒(méi)有用戶界面。因此，要想讓普通用戶使用智能合約，就需要有應(yīng)用層的存在。應(yīng)用層由基于智能合約的以太坊應(yīng)用（DApp）組成。在DApp中，可以通過(guò)Web3.js來(lái)調(diào)用智能合約。2.2.4節(jié)將介紹DApp的基本情況。2.2.4DAppDApp是DecentralizationApplication的縮寫(xiě)，即去中心化應(yīng)用。去中心化正是區(qū)塊鏈技術(shù)的核心思想。因此，也可以將DApp理解為區(qū)塊鏈的客戶端應(yīng)用。1．Swarm一個(gè)分布式存儲(chǔ)平臺(tái)以及內(nèi)容分發(fā)服務(wù)，它的最主要目標(biāo)是為以太坊DApp代碼、數(shù)據(jù)以及區(qū)塊數(shù)據(jù)提供一個(gè)足夠去中心化以及足夠重復(fù)的存儲(chǔ)機(jī)制。它將文件存放在以太坊客戶端節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間里，并且獎(jiǎng)勵(lì)給客戶端相應(yīng)的費(fèi)用（以太幣）。2．WhisperWhisper是一個(gè)簡(jiǎn)單的基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)身份的消息傳遞系統(tǒng)，是一個(gè)結(jié)合了分布式哈希表(DHT)和P2P通信技術(shù)、用來(lái)實(shí)現(xiàn)以太坊節(jié)點(diǎn)之間通信的協(xié)議。通過(guò)Whisper協(xié)議，以太坊節(jié)點(diǎn)可以將信息發(fā)送給某個(gè)特定節(jié)點(diǎn)，或者通過(guò)附加在信息中的標(biāo)簽、主題將信息發(fā)送給多個(gè)節(jié)點(diǎn)，主要用于大規(guī)模的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)、信號(hào)協(xié)商、最小傳輸通信、完全隱私保護(hù)的DApp而設(shè)計(jì)的。3．MetaMaskMetaMask是個(gè)開(kāi)源的以太坊錢(qián)包，可以在Chrome和Firefox等瀏覽器安裝MetaMask插件，從而方便地管理自己的以太坊數(shù)字資產(chǎn)。4．DAIDAI是第一個(gè)完全去中心化的穩(wěn)定貨幣。它基于一套自動(dòng)的智能合約系統(tǒng)，可以根據(jù)市場(chǎng)的環(huán)境動(dòng)態(tài)調(diào)整，并保證Dai的穩(wěn)定性，一個(gè)Dai價(jià)值一美元。5．CryptoKitties收藏和養(yǎng)育數(shù)字貓的游戲，上線之初即廣受喜愛(ài)，一度造成以太坊網(wǎng)絡(luò)的擁堵。6．SelfKey一個(gè)基于區(qū)塊鏈的數(shù)字身份系統(tǒng)，它允許個(gè)人和公司真正擁有、并且可以控制和管理自己的數(shù)字身份。7．StatusStatus是一個(gè)為安卓和iOS開(kāi)發(fā)的開(kāi)源輕客戶端，包括一個(gè)聊天（messenger）系統(tǒng)和一個(gè)瀏覽器，為智能手機(jī)用戶使用DApp提供一個(gè)入口，同時(shí)為DApp開(kāi)發(fā)者獲得新用戶提供了一個(gè)簡(jiǎn)單途徑。8．GitcoinGitcoin是一個(gè)基于以太坊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的去中心化協(xié)作平臺(tái)。其核心功能是采用二階投票的方式對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行眾籌。9．TheDAODAO（DecentralizedAutonomousOrganization，去中心化的自治組織）是用投票的方式來(lái)管理的眾籌資金，而這筆資金全部用于投資和支持以太坊的開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。TheDAO籌集到了1170萬(wàn)以太幣（價(jià)值約2.45億美元）。2.2.5DApp瀏覽器1．DApp瀏覽器的工作原理2．常用DApp瀏覽器1．DApp瀏覽器的工作原理DApp瀏覽器的底層框架2．常用DApp瀏覽器MistMetaMaskCoinbaseWalletTrustWalletimTokenStatusCipher2.2.6以太坊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與存儲(chǔ)方式?狀態(tài)數(shù)據(jù)：以太坊賬戶相關(guān)的狀態(tài)數(shù)據(jù)。以太坊使用StateDB存儲(chǔ)和管理賬戶，每個(gè)賬戶都是一個(gè)StateObject。?區(qū)塊鏈：區(qū)塊鏈?zhǔn)且蕴坏暮诵臄?shù)據(jù)。與比特幣區(qū)塊類(lèi)似，以太坊的區(qū)塊也由區(qū)塊頭和區(qū)塊體組成。?底層數(shù)據(jù)：存儲(chǔ)全部的以太坊數(shù)據(jù)。以太坊的底層數(shù)據(jù)以鍵值對(duì)的形式存儲(chǔ)在LevelDB中。以太坊的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)方式1．狀態(tài)數(shù)據(jù)狀態(tài)數(shù)據(jù)以MPT樹(shù)的形式存儲(chǔ)在StateDB中。MPT是MerklePatriciaTrie的縮寫(xiě)，它是集成兼具M(jìn)erkleTree和PatriciaTree特點(diǎn)的一種新型樹(shù)狀結(jié)構(gòu)。MPT樹(shù)的特點(diǎn)如下：?可以存儲(chǔ)任意長(zhǎng)度的鍵值對(duì)。?具備Merkle樹(shù)的特性，可以用于階段的快速校驗(yàn)。?能夠很快根據(jù)鍵查詢到對(duì)應(yīng)的值。MPT樹(shù)包含shortNode、fullNode、valueNode和hashNode等4種類(lèi)型的節(jié)點(diǎn)。shortNode和fullNode是枝干節(jié)點(diǎn)，可以有子節(jié)點(diǎn)，shortNode只有一個(gè)子節(jié)點(diǎn)；而fullNode有多個(gè)子節(jié)點(diǎn)，這些子節(jié)點(diǎn)擁有相同的鍵前綴。valueNode和hashNode是葉子節(jié)點(diǎn)，valueNode用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，值為從root到當(dāng)前節(jié)點(diǎn)的路徑上所有節(jié)點(diǎn)的鍵之和；hashNode用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中其他節(jié)點(diǎn)的哈希。2．區(qū)塊鏈區(qū)塊頭由如下字段組成?ParentHash：父區(qū)塊的哈希值。?CoinBase：幣基地址，也就是挖出區(qū)塊的礦工的賬戶地址。?UncleHash：叔區(qū)塊的哈希值。?Root：StateDB中MPT樹(shù)的根哈希。MPT樹(shù)中存儲(chǔ)著所有以太坊賬戶的數(shù)據(jù)。?TxHash：記錄所有交易數(shù)據(jù)的MPT樹(shù)的根哈希。?ReceiptHash：記錄所有收據(jù)數(shù)據(jù)的MPT樹(shù)的根哈希。收據(jù)是交易概要信息，包括交易被哪個(gè)區(qū)塊打包了、這筆交易最終花費(fèi)了多少gas、以及執(zhí)行交易時(shí)創(chuàng)建的一些日志等。?Bloom：用于快速搜索和判斷一個(gè)日志是否存在于收據(jù)MPT樹(shù)中的數(shù)據(jù)。?Difficulty：工作量證明共識(shí)算法中的挖礦難度系數(shù)。?Nonce：記錄發(fā)起交易的賬戶已執(zhí)行交易總數(shù)。和mixHash結(jié)合在一起，相當(dāng)于挖礦的隨機(jī)數(shù)。?Number：區(qū)塊號(hào)。?Time：生成區(qū)塊的時(shí)間戳。?GasLimit：區(qū)塊中包含的所有交易所消耗的Gas的理論上限。?GasUsed：區(qū)塊中所有交易所消耗的Gas總量。?extraData：留給區(qū)塊的創(chuàng)建者，記錄該區(qū)塊的一些自定義的信息。長(zhǎng)度小于32字節(jié)。以太坊的交易由如下的字段組成：??GasPrice：Gas的價(jià)格，單位為wei。GasPrice越高，會(huì)越優(yōu)先被礦工打包。?GasLimit：Gas的上限。?Recipient：交易收據(jù)。?Amount：交易的金額。?Payload：交易攜帶的數(shù)據(jù)。?V，R，S：交易的簽名數(shù)據(jù)。2.2.7以太坊的分叉在以太坊的發(fā)展過(guò)程中，出于不斷完善算法和應(yīng)用的考慮，進(jìn)行了多次硬分叉。所謂硬分叉指區(qū)塊鏈發(fā)生永久性分歧而造成的分叉。比如，新版本發(fā)布后，部分沒(méi)有升級(jí)的節(jié)點(diǎn)無(wú)法驗(yàn)證已經(jīng)升級(jí)的節(jié)點(diǎn)所產(chǎn)生的區(qū)塊。以太坊硬分叉意味著以太坊底層協(xié)議的改變，繼續(xù)使用以太坊的用戶都需要升級(jí)以太坊客戶端，從而兼容新的版本。DAOTHEDAO（DecentralizedAutonomousOrganization，去中心化自治組織）是以太坊上的一個(gè)眾籌項(xiàng)目，是以太坊創(chuàng)始人維塔利克˙布特林提出的概念。THEDAO總共籌到了超過(guò)1200萬(wàn)個(gè)以太幣，占當(dāng)時(shí)以太幣總量的14%，按當(dāng)時(shí)的市價(jià)計(jì)算超過(guò)1.5億美金，參與眾籌的人數(shù)超過(guò)11000人。THEDAO的成功吸引了黑客的關(guān)注，黑客利用DAO代碼中的遞歸漏洞不停地從THEDAO的資金池里分離資產(chǎn)。此次攻擊造成以太坊的價(jià)格暴跌。為了挽回?fù)p失，以太坊決定采取硬分叉，把所有的資金都退回去，投資者不會(huì)有什么損失，而且不需要回滾。2.2.8Gas和以太幣以太坊的手續(xù)費(fèi)有一個(gè)很特別的名詞——Gas（燃料）。Gas的直譯為燃?xì)?，就好像開(kāi)動(dòng)汽車(chē)需要耗費(fèi)燃料一樣，Gas就是以太坊網(wǎng)絡(luò)運(yùn)轉(zhuǎn)的燃料。除了ETH和Wei其他的以太幣單位以太幣單位別

名與Wei的換算公式KweiBabbage1Kwei=1000WeiMweiLovelace1Mwei=106WeiGweiShannon1Mwei=109WeiMicroetherSzabo1Microether=1012WeiMillietherFinney1Millietherr=1015WeiGas的價(jià)值可以通過(guò)以太幣來(lái)衡量比特幣的匯率為1個(gè)以太幣≈$500GasLimit指定一個(gè)智能合約的燃料上限。Gas本身也可以理解成以太坊手續(xù)費(fèi)的單位，類(lèi)似于標(biāo)識(shí)汽油容量的“升”?？梢哉f(shuō)本次操作的手續(xù)費(fèi)是幾個(gè)Gas，GasLimit指定是用戶愿意為執(zhí)行某個(gè)操作或確認(rèn)交易支付的最大Gas量（最少為21,000個(gè)Gas）。不同時(shí)期、不同的操作都可以設(shè)置不同的GasLimit。GasPrice指用戶愿意花費(fèi)于每個(gè)Gas單位的價(jià)錢(qián)，單位為Gwei。1Gwei≈0.00000002ETH，因此可以得到執(zhí)行一次以太坊操作的最少手續(xù)費(fèi)可以按如下公式計(jì)算：最少手續(xù)費(fèi)=GasLimit×GasPrice=21,000×0.00000002ETH=0.00042ETH如果按照1ETH≈$500的匯率計(jì)算，執(zhí)行一次以太坊操作的最少手續(xù)費(fèi)約為$0.21。以太坊智能合約Solidity操作消耗Gas的情況操

作消耗Gas的情況在智能合約內(nèi)部調(diào)用view/pure的函數(shù)。關(guān)于view/pure的含義將在第5章介紹。view標(biāo)識(shí)函數(shù)不向區(qū)塊鏈上寫(xiě)入數(shù)據(jù)，只讀取數(shù)據(jù)；pure標(biāo)識(shí)函數(shù)不讀寫(xiě)區(qū)塊鏈約幾十個(gè)Gas在智能合約內(nèi)部調(diào)用向區(qū)塊鏈上寫(xiě)入數(shù)據(jù)的函數(shù)約幾百個(gè)Gas從智能合約外部調(diào)用view/pure的函數(shù)約2000~3000個(gè)Gas從智能合約外部調(diào)用向區(qū)塊鏈上寫(xiě)入數(shù)據(jù)的函數(shù)約3000~4000個(gè)Gas向區(qū)塊鏈上寫(xiě)入一個(gè)uint數(shù)據(jù)約20000多個(gè)Gas在區(qū)塊鏈上修改一個(gè)定長(zhǎng)數(shù)組元素的值約20000多個(gè)Gas在區(qū)塊鏈上向一個(gè)map中插入一個(gè)元素約20000多個(gè)Gas在區(qū)塊鏈上向一個(gè)變長(zhǎng)數(shù)組中push一個(gè)元素約40000多個(gè)Gas在進(jìn)行智能合約編程的過(guò)程中，注意以下幾點(diǎn)可以減少Gas的消耗：?盡量不要向區(qū)塊鏈上寫(xiě)入數(shù)據(jù)；?如果不是必要，不要在區(qū)塊鏈上使用變長(zhǎng)數(shù)組；?盡量減少外部調(diào)用。2.2.9以太坊賬戶、錢(qián)包和交易1．賬戶在以太坊網(wǎng)絡(luò)中，賬戶用來(lái)存放以太幣。以太坊支持外部賬戶和合約賬戶2種賬戶。外部賬戶可以被一個(gè)以太坊用戶所擁有，在創(chuàng)建賬戶時(shí)可以生成一個(gè)私鑰，只有提供私鑰才能控制外部賬戶。用戶可以從一個(gè)外部賬戶轉(zhuǎn)賬至另一個(gè)外部賬戶，也可以在執(zhí)行智能合約時(shí)按照合約的規(guī)定向合約賬戶轉(zhuǎn)賬。合約賬戶與智能合約的代碼相關(guān)聯(lián)?？梢灾付▓?zhí)行某段代碼的用戶需要向合約賬戶轉(zhuǎn)賬，也可以從其他合約賬戶中進(jìn)行轉(zhuǎn)賬。2．錢(qián)包要方便地對(duì)賬戶進(jìn)行管理和操作還需要借助錢(qián)包。錢(qián)包可以是瀏覽器的一個(gè)插件，也可以是一個(gè)Windows應(yīng)用程序或者手機(jī)App。3．交易在以太坊網(wǎng)絡(luò)中，交易并不單純指轉(zhuǎn)賬。嚴(yán)格地說(shuō)，交易指一個(gè)數(shù)據(jù)包在區(qū)塊鏈上從一個(gè)外部賬戶發(fā)送至另一個(gè)賬戶的過(guò)程。這個(gè)數(shù)據(jù)包必須由發(fā)送者使用私鑰進(jìn)行簽名，交易數(shù)據(jù)包中包含一組消息。2.2.10以太坊的POS共識(shí)算法POS類(lèi)似于股東機(jī)制。擁有的股份越多，獲得記賬權(quán)的幾率越大?？梢酝ㄟ^(guò)一個(gè)叫做幣齡的概念來(lái)衡量股權(quán)的多少，每個(gè)幣每天產(chǎn)生一個(gè)幣齡。假設(shè)小明持有1個(gè)以太幣，共持有100天，那么他的幣齡就是100；假設(shè)小紅持有10個(gè)以太幣，共持有5天，她的幣齡就是50。盡管小明只有一個(gè)以太幣，但他持有的時(shí)間久，因此比持有10個(gè)以太幣的小紅具有優(yōu)先的記賬權(quán)。每發(fā)現(xiàn)一個(gè)POS區(qū)塊，礦工的幣齡將被清0。這可以防止擁有以太幣多的人總能獲得記賬權(quán)。2.3搭建以太坊私有鏈2.3.1搭建測(cè)試環(huán)境2.3.2安裝以太坊客戶端Geth2.3.3初始化創(chuàng)世區(qū)塊2.3.4創(chuàng)建開(kāi)發(fā)者賬戶2.3.5以開(kāi)發(fā)者模式啟動(dòng)私有鏈2.3.6私有鏈賬戶管理2.3.7在私有鏈中挖礦2.3.8轉(zhuǎn)帳操作2.3.1搭建測(cè)試環(huán)境1．安裝OracleVirtualBox訪問(wèn)OracleVirtualBox的官網(wǎng)可以下載最新的安裝包。/2．在OracleVirtualBox中安裝CentOS虛擬機(jī)新建虛擬電腦對(duì)話框

“設(shè)置內(nèi)存大小”對(duì)話框

新建的CentOS虛擬機(jī)

設(shè)置虛擬機(jī)的存儲(chǔ)屬性選中提前準(zhǔn)備好的CentOS7安裝光盤(pán)鏡像查看CentOS的版本信息3．設(shè)置CentOS虛擬機(jī)的靜態(tài)IP地址首先打開(kāi)VirtualBox，右擊CentOS虛擬機(jī)圖標(biāo)，在快捷菜單中選擇“設(shè)置”打開(kāi)“虛擬機(jī)設(shè)置”窗口。在左側(cè)窗格中選中“網(wǎng)絡(luò)”，在右側(cè)的“網(wǎng)卡1”選項(xiàng)卡中，選中“啟用網(wǎng)絡(luò)連接”復(fù)選框，然后將連接方式選擇為“橋接網(wǎng)卡”，在“網(wǎng)卡2”選項(xiàng)卡中，選中“啟用網(wǎng)絡(luò)連接”復(fù)選框，然后將連接方式選擇為“網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）”，最后單擊OK按鈕。查看CentOS系統(tǒng)的網(wǎng)卡名字默認(rèn)的網(wǎng)絡(luò)配置參數(shù)cd/etc/sysconfig/network-scriptsviifcfg-enp0s3設(shè)置如下的配置項(xiàng)?將BOOTPROTO設(shè)置為static，表示使用靜態(tài)IP地址。默認(rèn)值為dhcp，表示使用由系統(tǒng)分配的動(dòng)態(tài)IP地址。?新增IPADDR=01，設(shè)置虛擬機(jī)的靜態(tài)IP地址為01。讀者需要根據(jù)自己的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行設(shè)置。?設(shè)置NETMASK為子網(wǎng)掩碼，通常為。?設(shè)置GATEWAY為網(wǎng)關(guān)的IP地址，讀者需要根據(jù)自己的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行設(shè)置。?將ONBOOT設(shè)置為yes，表示網(wǎng)卡啟動(dòng)方式為開(kāi)機(jī)啟動(dòng)。4．設(shè)置CentOS虛擬機(jī)的主機(jī)名執(zhí)行以下命令可以將CentOS虛擬機(jī)的主機(jī)名設(shè)置為centos1：hostnamectlset-hostnamecentos1執(zhí)行下面命令可以查看主機(jī)名。hostnamectlstatus從Windows下可能會(huì)ping不通。原因是需要安裝Sambayuminstallsamba然后啟動(dòng)nmb服務(wù)：systemctlstartnmbsystemctlenablenmb配置并重啟防火墻：firewall-cmd--permanent--zone=public--add-service=sambafirewall-cmd--reload5．使用Putty工具遠(yuǎn)程連接CentOS虛擬機(jī)Putty是一款免費(fèi)的基于SSH和Telnet遠(yuǎn)程連接工具。訪問(wèn)如下網(wǎng)址可以下載Putty。.uk/~sgtatham/putty/Putty配置窗口Putty終端窗口

安裝openssh組件yuminstallopenssh-server然后啟動(dòng)sshd服務(wù)并關(guān)閉防火墻：systemctlrestartsshdsystemctldisablefirewalld打開(kāi)“虛擬機(jī)設(shè)置”窗口在左側(cè)窗格中選中“網(wǎng)絡(luò)”，在右側(cè)的網(wǎng)卡2選項(xiàng)卡中，選中“啟用網(wǎng)絡(luò)連接”復(fù)選框，將連接方式選擇為“僅主機(jī)（Host-Only）網(wǎng)絡(luò)”，然后單擊OK按鈕。配置好后，可以在宿主機(jī)（安裝VirtualBox的計(jì)算機(jī)）中可以看到一個(gè)名稱(chēng)為VirtualBoxHost-OnlyEthernetAdapter的虛擬網(wǎng)絡(luò)連接。查看虛擬連接的IP地址ifcfg-enp0s8的內(nèi)容如下TYPE=EthernetPROXY_METHOD=noneBROWSER_ONLY=noBOOTPROTO=staticIPADDR=00NETMASK=DNS1=0DNS2=GATEWAY=DEFROUTE=yesIPV4_FAILURE_FATAL=noIPV6INIT=yesIPV6_AUTOCONF=yesIPV6_DEFROUTE=yesIPV6_FAILURE_FATAL=noIPV6_ADDR_GEN_MODE=stable-privacyNAME=enp0s8UUID=b86ee2d0-57a8-4e49-8eaf-803edd59d4dfDEVICE=enp0s8ONBOOT=yes重啟network服務(wù)，應(yīng)用新的網(wǎng)絡(luò)配置systemctlrestartnetworkPutty配置窗口Putty終端窗口如果Putty不能連接到CentOS，可以執(zhí)行下面命令安裝openssh組件yuminstallopenssh-server然后啟動(dòng)sshd服務(wù)并關(guān)閉防火墻：systemctlrestartsshdsystemctldisablefirewalld6．使用WinSCP工具在宿主機(jī)與CentOS服務(wù)器之間傳輸文件可以通過(guò)下面的網(wǎng)址下載WinSCP。/WinSCP登錄對(duì)話框WinSCP主窗口7．在CentOS虛擬機(jī)上搭建網(wǎng)站首先執(zhí)行如下命令安裝Apache。yum-yinstallhttpd執(zhí)行下面的命令啟動(dòng)Apache服務(wù)。systemctlstarthttpd執(zhí)行下面的命令設(shè)置開(kāi)機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)Apache服務(wù)。systemctlenablehttpdApache的網(wǎng)站根目錄為/var/www/html。在下面創(chuàng)建一個(gè)index.html<html><body><h1>HelloWorld!</body></html>

瀏覽CentOS虛擬機(jī)中部署的網(wǎng)頁(yè)8．在CentOS虛擬機(jī)上安裝圖形化界面首先執(zhí)行下面的命令，安裝XWindows。yumgroupinstall"XWindowSystem"執(zhí)行下面命令，安裝GNOME桌面。yumgroupinstall-y"GNOMEDesktop"在VirtualBox虛擬機(jī)終端中執(zhí)行下面命令啟動(dòng)桌面init5登錄后的CentOS圖形界面2.3.2安裝以太坊客戶端Geth（1）安裝Golang；（2）安裝gcc；（3）設(shè)置下載代理；（4）下載GO版本的以太坊源碼；（5）安裝以太坊節(jié)點(diǎn)。1．安裝GolangGO語(yǔ)言中文網(wǎng)的下載頁(yè)面網(wǎng)址如下：/dl執(zhí)行下面的命令，下載最新版本的Golangcd/usr/local/wget/dl/golang/go1.15.3.linux-amd64.tar.gz安裝wgetyuminstall-ywget（2）解壓縮GO語(yǔ)言版本的以太坊源碼到/root目錄tar-C/root-xzfgo1.15.3.linux-amd64.tar.gz（3）設(shè)置GO語(yǔ)言的環(huán)境變量。cd/rootvi~/.bashrc在vi編輯器中添加如下代碼exportGOPATH=/root/GoexportGOROOT=/root/goexportPATH=$PATH:$GOROOT/bin保存退出后，執(zhí)行下面的命令編譯.bashrc文件source~/.bashrc查看GO語(yǔ)言的版本goversion如果輸出如下信息，則說(shuō)明安裝成功。

goversiongo1.15.3linux/amd642．安裝gccgcc（GNUCompilerCollection，GNU編譯器套件）是由GNU開(kāi)發(fā)的編程語(yǔ)言譯器。GNU編譯器套件包括C、C++、

Objective-C、

Fortran、Java、Ada和Go語(yǔ)言前端，也包括了這些語(yǔ)言的庫(kù)。在編譯以太坊的GO語(yǔ)言源代碼時(shí)需要依賴(lài)gcc。因此需要執(zhí)行以下命令提前安裝。yum-yinstallgcc

gcc-c++kernel-devel3．設(shè)置下載代理在安裝以太坊節(jié)點(diǎn)的過(guò)程中，需要從一些境外服務(wù)器下載一些組件，為了保證安裝過(guò)程順利進(jìn)行，需要設(shè)置下載代理。有效的下載代理經(jīng)常變化，筆者使用的是。設(shè)置下載代理的命令如下：goenv-wGOPROXY=4．下載GO版本的以太坊源碼cd/usr/localgitclone/ethereum/go-ethereumGitGit是目前應(yīng)用最廣泛的分布式版本控系統(tǒng)，利用Git可以記錄程序或文檔的不同版本，也就是記錄每一次對(duì)文件的改動(dòng)。如果沒(méi)有安裝git，可以執(zhí)行下面的命令安裝：yuminstall-ygit5．安裝GO版本的以太坊源碼對(duì)源碼進(jìn)行編譯的命令如下：cdgo-ethereummakegethGeth被安裝在/usr/local/go-ethereum/目錄下。執(zhí)行下面的命令編輯~/.bash_profile文件。vi~/.bash_profile在~/.bash_profile文件的最后添加如下代碼exportPATH=$PATH:/usr/local/go-ethereum/build/bin

保存并退出后執(zhí)行下面的命令使~/.bash_profile文件的內(nèi)容生效。

source~/.bash_profile查看Geth的版本gethversion返回結(jié)果：GethVersion:1.9.24-unstableGitCommit:97fc1c3b1d054a1345934e18fa6c3489e9119666GitCommitDate:20201105Architecture:amd64ProtocolVersions:[656463]GoVersion:go1.15.3OperatingSystem:linuxGOPATH=/root/GoGOROOT=/root/go2.3.3初始化創(chuàng)世區(qū)塊{"config":{"chainId":100,"homesteadBlock":0,"eip155Block":0,"eip158Block":0},"coinbase":"0x0000000000000000000000000000000000000000","