以太坊合約執行過程

① 以太坊是什麼以太坊與區塊鏈有什麼關系

以太坊是一個全新開放的區塊鏈平台，它允許任何人在平台中建立和使用通過區塊鏈技術運行的去中心化應用。就像比特幣一樣，以太坊不受任何人控制，也不歸任何人所有——它是一個開放源代碼項目，由全球范圍內的很多人共同創建。

和比特幣協議有所不同的是，以太坊的設計十分靈活，極具適應性。在以太坊平台上創立新的應用十分簡便，任何人都可以安全地使用該平台上的應用。

以太坊是可編程的區塊鏈。它並不是給用戶一系列預先設定好的操作（例如比特幣交易），而是允許用戶按照自己的意願創建復雜的操作。這樣一來，它就可以作為多種類型去中心化區塊鏈應用的平台，包括加密貨幣在內但並不僅限於此。

以太坊狹義上是指一系列定義去中心化應用平台的協議，它的核心是以太坊虛擬機（「EVM」），可以執行任意復雜演算法的編碼。在計算機科學術語中，以太坊是「圖靈完備的」。開發者能夠使用現有的JavaScript和Python等語言為模型的其他友好的編程語言，創建出在以太坊模擬機上運行的應用。

和其他區塊鏈一樣，以太坊也有一個點對點網路協議。以太坊區塊鏈資料庫由眾多連接到網路的節點來維護和更新。每個網路節點都運行著以太坊模擬機並執行相同的指令。因此，人們有時形象地稱以太坊為「世界電腦」。

這個貫穿整個以太坊網路的大規模並行運算並不是為了使運算更高效。實際上，這個過程使得在以太坊上的運算比在傳統「電腦」上更慢更昂貴。然而，每個以太坊節點都運行著以太坊虛擬機是為了保持整個區塊鏈的一致性。去中心化的一致使以太坊有極高的故障容錯性，保證零停機，而且可以使存儲在區塊鏈上的數據保持永遠不變且抗審查。

以太坊平台本身沒有特點，沒有價值性。和編程語言相似，它由企業家和開發者決定其用途。不過很明顯，某些應用類型較之其他更能從以太坊的功能中獲益。以太坊尤其適合那些在點與點之間自動進行直接交互或者跨網路促進小組協調活動的應用。

例如，協調點對點市場的應用，或是復雜財務合同的自動化。比特幣使個體能夠不藉助金融機構、銀行或政府等其他中介來進行貨幣交換。以太坊的影響可能更為深遠。

理論上，任何復雜的金融活動或交易都能在以太坊上用編碼自動且可靠地進行。除金融類應用外，任何對信任、安全和持久性要求較高的應用場景——比如資產注冊、投票、管理和物聯網——都會大規模地受到以太坊平台影響。

② Gas 機制是如何運作的

以太坊是目前第二大公鏈，它和比特幣不一樣，以太坊上的可以實現的功能更多，如果比特幣是一個可以進行加減乘除的計算器，那麼以太坊就是一台功能完備的計算機。以太坊系統的復雜度超過比特幣好幾個數量級。

在以太坊中，用戶可以自己寫一個智能合約，然後把智能合約放到以太坊中執行。智能合約的執行需要消耗資源，而以太坊上的資源是有限的。

在計算機系統中，停機問題（https://zh.wikipedia.org/wiki/停機問題）目前還沒有辦法完全證明。這個問題簡單來說就是沒辦法判斷一個程序是否能夠在有限的時間內結束運行。

如果一個用戶提交了一個死循環程序到以太坊中，那麼就會無限的執行下去，從而將以太坊網路擊垮。而使用 gas 機制則可以解決這個問題，智能合約中，每段代碼的執行都會消耗一定量的 gas，在用戶提交交易的時候需要指定好。如果 gas 消耗完了，那麼智能合約就必須停止，交易也會被撤銷，如果智能合約執行完成， gas 還有剩餘，就會退還給用戶。

需要特別說明的是，即使交易失敗，用戶也需要支付 gas 費用，因為以太坊為這些錯誤的交易也付出了計算資源。

除了這點之外，gas 還可以用來激勵礦工，用戶提交交易所消耗的 gas 費用最後都會給到礦工，礦工會優先去打包那些提供了更高 gas 價格的交易，在以太坊中，如果希望自己的交易早點被打包，可以設置更高的 gas 價格。

g as 機制是以太坊系統的命脈。

gas 本質就是維護以太坊網路安全，這是從兩個方面來做到的，一方面通過 gas 來衡量計算量，一方面使用 gas 來吸引更多的礦工，礦工的數量越多，以太坊網路就越安全。

gas 只能用於交易中，用戶不會接觸到 gas，gas 會在交易的提交的時候直接通過以太幣來兌換。

智能合約中，每個操作都會消耗一定的 gas 。每個操作都對應一個 Opcode，下面是一些常見的 gas 消耗，完整的 gas 消耗說明看這里：https://github.com/crytic/evm-opcodes

以太坊中的交易最後會被確認，打包成區塊，這樣交易才算是完成，但是在一個區塊中，可以打包的交易是有限的，以太坊通過 gas 來限制可以打包的交易數。這樣就讓被打包的機會成為了一個稀缺的資源。

用戶提交一個交易後，gas 量可以看做是一個固定的值，礦工為了做到最大收益，就會選擇那些 gas 價格更高的交易。

很多以太坊的用戶經常吐槽 gas 費過高，其實這里的過高不是指 gas 本身過高，而是指 gas 對應的以太坊價格過高。

因為 Gas 的價格不是固定的，而是波動的，簡單來說就是根據供需關系來決定的，如果同時需要用以太坊的用戶多，那麼Gas 的價格就貴，如果用戶的人少，那麼 Gas 的費用就會少。

以太幣的最基本單位是 wei，1 ETH = 10 ^18 wei，而衡量 gas 價格的單位則是 gwei，1 ETH = 10 ^ 9 gwei。

在提交交易的時候，需要設定兩個參數，一個是 gas 的最大消耗量（gas limited）和 gas 的價格，gas 的消耗量通常情況下會比較固定，不會有太大的變化，主要是 gas 的價格會波動很大。

在上面我們說到礦工會挑選那些 gas 費用比較高的交易進行打包。所以 gas 的價格設置得越高，那麼總的 gas 費用就會越高。如果想讓當前的交易盡快被確認，那麼就需要設置一個當前相對來說比較高的 gas 價格。

其實對當前 gas 價格最清楚的就是那些礦工，所以礦工們也提供了一些服務，讓用戶可以實時地了解到當前 gas 價格的分布。比如 GasNow 就是一個比較常用的服務，現在很多錢包中都在使用這個來為錢包的用戶提供 gas 價格建議。

如果你提交的交易不緊急，那麼使用當前的平均 gas 價格就可以，如果需要提交緊急的交易，那麼就需要設置更高的 gas 價格。

文 / Rayjun

③ 以太坊的智能合約

智能合約是運行在計算機裡面的，用於保證讓參與方執行承諾的代碼，般情況下，普通合約上記錄了甲方與乙方各方面的關系條款，並通常是通過法律強制執行或保護的，而「智能合約」則是用密碼或密鑰來執行關系。以更加直接的角度來理解的話，即「智能合約」的程序內容將同-開始大家一起設定好的那樣百分百執行，並且零差錯。

舉個例子，以太坊用戶可以使用智能合約在特定日期向朋友發送10個以太幣。在這種情況下，用戶可以操作創建一個合約，然後將程序推人該合約中進行特殊計算，以便它能夠執行所需的命令。而以太坊就是專門把精力集中在這件事上的這么一個平台。

比特幣是第一個支持「智能契約」的資源幣種，因為網路的價值在於把價值或數據從一個點或人轉移到另一個點或人身上。節點網路只在滿足某些條件時才會進行驗證，但是，比特幣僅限於貨幣用例。相反，以大坊取代了比特幣那種帶有不小限制性的編程語言，取而代之的是一種允許開發人員編寫自己程序的語言。以太坊允許開發人員編寫他們自己的「智能契約」，即「自主代理」或「自治代理」，正如ETH白皮書所稱的那樣。該編程語言是「圖靈完備」語言，這意味著它支持一組更廣泛的計算指令。智能合約能做些什麼呢？

1.「多簽名」賬戶功能，只有在一定比例的人同意時才能使用資金。這個功能經常用在與眾籌或募捐類似的活動中。

2.管理用戶之間所簽訂的協議。例如，一方從另一方購買保險服務3.為其他合同提供實用程序。

4.存儲有關應用程序的信息，如「域注冊信息」或「會員信息記錄」。概念有時候比較晦澀，我們舉一個募捐的智能合約的例子來幫助理解：假設我們想向全網用戶發起募捐，那就可以先定義一個智能賬戶，它有三個狀態：當前募捐總量，捐款目標和被捐贈人的地址，然後給它定義兩個函數：接收募捐函數和捐款函數。

接收募捐函數每次收到發過來的轉賬請求，先核對下發送者是否有足夠多的錢(EVM會提供發送請求者的地址，程序可以通過地址獲取到該人當前的區塊鏈財務狀況)，然後每次募捐麗數調用時，都會比較下當前募捐總量跟捐款目標的比較，如果超過目標，就把當前收到的捐款全部發送到指定的被捐款人地址，否則的話，就只更新當前募捐總量狀態值。

捐款函數將所有捐款發送到保存的被捐贈人地址，並且將當前捐款總量清零。每一個想要募捐的人，用自己的ETH地址向該智能賬戶發起一筆轉賬，並且指明了要調用接受其募捐函數。於是我們就有一個募捐智能合約了，人們可以往裡面捐款，達到限額後錢會自動發送到指定賬戶，全世界的礦工都在為這個合約進行計算和擔保，不再需要人去盯著看有沒有被挪用，這就是智能合約的魅力所在。

④ 以太坊技術系列-以太坊數據結構

本篇文章和大家介紹一下以太坊的數據結構，上篇文章我們提到，以太坊為了實現智能合約這一功能，使用了基於賬戶的模型。我們來看看以太坊中數據結構。

既然是基於賬戶的模型，我們需要通過賬戶地址找到賬戶的狀態。就像通過銀行卡號可以找到你在銀行中的各種信息一樣。最簡單的想法當然是一個簡單的哈希表 key是賬戶地址 value是賬戶狀態。但這里有個問題解決不了。

輕節點如何校驗賬戶合法性？

上篇我們說過，區塊鏈中有2類節點，全節點和輕節點，輕節點只會存儲block header，所以輕節點如何才能校驗賬號是否合法呢？

這個思路和我們平時用的md5校驗一致，我們會對區塊內的信息進行hash運算從而得出區塊內信息唯一確定的值，區塊鏈所有節點中這個值都是相同的。

在這個過程中我們用到了一種數據結構Merkle Tree（哈希樹），我們先看下Merkle Tree（哈希樹）的示意圖。

上篇文章說到區塊鏈中的鏈表(哈希鏈)和我們平時常見鏈表不同的是將指針從地址改為了hash指，這里也一樣，哈希樹和二叉樹的區別有2個

1.將地址改為了哈希值

2.只有葉子節點存儲數據

回到之前的問題輕節點是如何校驗1個賬戶或交易是否是在鏈上的呢？

整個流程如上圖所示

1.輕節點需要判斷1個賬號是否合法

2.輕節點由於只存儲block header，所以拿到1個賬號的時候會向全節點發出請求

3.全節點存儲了所有賬戶狀態，將賬戶路徑中的需要計算用到的hash值返回給輕節點

4.輕節點本地進行計算根hash值，如果計算結果和自己存儲一致則賬戶合法，不一致則不合法。

那以太坊中的賬戶信息的數據結構就是這樣嗎？

直接用這樣的數據結構來存儲賬戶信息會有2個問題

查找困難

生成hash值不確定

第1個問題應該比較容易發現，在這個樹中尋找1個賬號需要的復雜度是O(n),因為沒有任何順序。

第2個問題其實也是因為無序導致的，無序的組合每個節點針對同一批賬戶生成的hash值不一致，這就導致無法達成共識。

既然2個問題都和順序有關，那我們類似二叉排序樹一樣，使用哈希排序樹是不是就可以解決問題了呢？

使用排序樹後會帶來另外1個問題

插入困難

因為要維持樹是有序的，很可能帶來樹結構的很大變動。

以太坊中使用了另外一種數據結構字典樹。和哈希樹不同，字典樹應該是很多地方都有使用。我們簡單來看下字典樹的結構。

字典樹能夠較好地解決哈希樹的2個缺點1.查找困難 2.生成的hash值不確定以及排序二叉樹的1個缺點 插入困難。

但字典樹我們可以看到可能樹的深度可能由於部分元素導致整棵樹深度非常深。

這時我們可以進一步優化，將相同路徑進行壓縮。這就是壓縮字典樹。

將哈希樹和壓縮字典樹結合，就可以得到以太坊存儲賬戶的最終數據結構-MPT。

將壓縮字典樹裡面的指針從地址改為指針，並且將數據存儲在葉子節點中即可。

介紹完狀態樹的數據結構，我們接下來討論1個問題，區塊中存儲的賬戶狀態是什麼樣的范圍。有2種選擇。

只保存當時區塊中產生交易的賬戶狀態。

保存全局所有的賬戶。

我們可以看下這2種方式，無非就是空間和時間的平衡，只保存當前區塊產生的交易意味著是做懶載入(需要的時候才去尋找賬戶)，在區塊鏈中這個代價是非常大的，因為尋找的賬戶之前從未交易過，這樣會遍歷整個區塊鏈。另外一種保存全局的賬戶方式雖然看起來空間消耗較大，但查找快捷，而且空間的問題我們可以通過其他方式優化。所以最終以太坊選擇了第2種每個區塊都報錯全局所有賬戶的方式。

我們來看下以太坊中是如何保存狀態樹的。

可以看到以太坊中雖然每個區塊都保存了全部賬戶，但是會將未發生變化的賬戶狀態指向前1個節點，本身只存儲發生變化的狀態，這樣可以較大程度優化空間佔用。

介紹完以太坊中比較復雜的狀態樹後，我們繼續來看看以太坊中的另外兩棵樹，交易樹和收據樹。

首先介紹一下，為什麼需要交易樹&收據樹。

1.交易樹

雖然以太坊是基於賬戶的模型，但是就像銀行不僅會存儲銀行卡的余額，還會存儲卡中的每筆錢怎麼來的以及怎麼花的。交易樹中就存儲著當前區塊中的包含的所有交易。

2.收據樹

由於智能合約的引入增加了不少復雜性，所以以太坊用收據樹存儲著一些交易操作的額外信息。比如交易過程中執行日誌就包含在收據樹中方便查詢。收據樹和交易樹是一一對應的。每發生一次交易就會有一次收據。

和狀態樹不同交易樹和收據樹只維護當前區塊內發生的交易，因為當時區塊發生交易時不需要再去查找另外1個交易，也就之前需要可能遍歷整個區塊鏈的查找操作了。

由於以太坊中的出塊速度較快，我們進行一些查詢一些符合條件交易的時候會面臨大量數據遍歷困難的問題。收據樹中引入了布隆過濾器可以幫助我們有效緩解這一困難。

布隆過濾器將大集合中每個元素進行hash運算映射到1個較小的集合，這時再來1個元素要判斷是否在大集合的時候，不需要遍歷整個大集合，而是去進行hash運算去小集合中尋找是否存在，如果不存在，肯定不在大集合中，如果存在則不能說明任何問題。

如上圖所示，布隆過濾器只能證明某1個元素不在集合中，不能證明1個元素在結合中。

以太坊中如果我們要在較多區塊中尋找某1個交易，則可以利用布隆過濾器，過濾掉肯定不存在目標交易的區塊，然後進入收據樹內繼續利用布隆過濾器篩選，剩下的才是可能的目標交易的交易，進行一一比對即可。

我們介紹了以太坊的核心數據結構，狀態樹&交易樹&收據樹，他們都是使用相同的數據結構-哈希壓縮字典樹。但狀態樹是維護1顆全局賬戶樹，交易樹和收據樹則是維護本區塊內的交易或收據。

介紹完數據結構後，後面我們會用幾篇文章來介紹以太坊中的一些核心演算法，比如共識機制，挖礦演算法等。

⑤ 以太坊的智能合約是什麼意思

以太坊智能合約是指，部署在以太坊上的智能合約，是一段程序，運行在以太坊的虛擬機EVM中，程序可以按照事先約定的某種規則自動執行操作，執行合約的條款。

同時，智能合約對接收到的信息進行反應，它既可以接收和儲存價值，也可以向外發送信息和價值。

介紹

以太坊創始人V神指出過，以太坊智能合約中的「『合約』不應被理解為需要執行或遵守的東西，而應看成是存在於以太坊執行環境中的『自治代理』（autonomous agents），它擁有自己的以太坊賬戶，它們收到交易信息後就相當於被捅了一下，然後自動執行一段代碼。」

智能合約可以調用其它的智能合約，這就是開啟創立自治代理的能力，代理可以自己進行交易。在區塊鏈上，我們存儲的信息都是「狀態」，而智能合約就是它用於狀態轉換的方式。