⑴ 002：以太坊简介|《ETH原理与智能合约开发》笔记
待字闺中开发了一门区块链方面的课程：《深入浅出ETH原理与智能合约开发》，马良老师讲授。此文集记录我的学习笔记。
课程共8节课。其中，前四课讲ETH原理，后四课讲智能合约。
第一课分为四部分：
这篇文章是第一部分的学习笔记：以太坊简介。
以太坊是目前公认的区块链2.0，相比于区块链1.0（比特币），其最大的特点是引入了智能合约，从而从单一的数字加密 Token 技术转化为一个区块链分布式应用的平台。以太坊本身不包含任何具体的应用，它主要是提供基础平台和工具，使得开发者可以在其基础之上开发出各种各样的应用。可以说，以太坊有着巨大的潜力，它最终可能会发展出分布式、自动化、自组织的最高形态。
第一，我们可以通过学习以太坊的技术，领会区块链技术发展的脉络，改进的思路/路径，从而紧跟区块链技术发展的前沿，预测下一步的趋势。
第二，DAPP（分布式应用）生态系统目前的发展也是蒸蒸日上，蓬勃发展，据不完全统计，现在有数百种应用之多，显而易见的，对于开发人员的需求也是水涨船高，需要大量的开发人员。目前非常有名的应用有加密猫、各类侧链应用、ERC20 Token如币安币火币等等。
2013年，创始人 Vitalik Buterin 针对比特币存在的一些问题以及局限性，提出把“智能合约”构想应用于区块链领域，希望打造一个基于区块链的多方计算的智能化通用平台，并通过比特币融资进行开发。
2014年，以太坊基金会在瑞士成立，管理并运营整个项目。
前5大矿池占83%的算力，很集中。
目前大约有16000个全节点，其中，美国5461（34%），中国1839（11.5%），俄罗斯963（6%），德国920（5.7%），加拿大875（5.45%）。全节点每天都有动态变化。分布情况也反映出各个国家的参与热度。
⑵ 以太坊的智能合约
智能合约是运行在计算机里面的，用于保证让参与方执行承诺的代码，般情况下，普通合约上记录了甲方与乙方各方面的关系条款，并通常是通过法律强制执行或保护的，而“智能合约”则是用密码或密钥来执行关系。以更加直接的角度来理解的话，即“智能合约”的程序内容将同-开始大家一起设定好的那样百分百执行，并且零差错。
举个例子，以太坊用户可以使用智能合约在特定日期向朋友发送10个以太币。在这种情况下，用户可以操作创建一个合约，然后将程序推人该合约中进行特殊计算，以便它能够执行所需的命令。而以太坊就是专门把精力集中在这件事上的这么一个平台。
比特币是第一个支持“智能契约”的资源币种，因为网络的价值在于把价值或数据从一个点或人转移到另一个点或人身上。节点网络只在满足某些条件时才会进行验证，但是，比特币仅限于货币用例。相反，以大坊取代了比特币那种带有不小限制性的编程语言，取而代之的是一种允许开发人员编写自己程序的语言。以太坊允许开发人员编写他们自己的“智能契约”，即“自主代理”或“自治代理”，正如ETH白皮书所称的那样。该编程语言是“图灵完备”语言，这意味着它支持一组更广泛的计算指令。智能合约能做些什么呢？
1.“多签名”账户功能，只有在一定比例的人同意时才能使用资金。这个功能经常用在与众筹或募捐类似的活动中。
2.管理用户之间所签订的协议。例如，一方从另一方购买保险服务3.为其他合同提供实用程序。
4.存储有关应用程序的信息，如“域注册信息”或“会员信息记录”。概念有时候比较晦涩，我们举一个募捐的智能合约的例子来帮助理解：假设我们想向全网用户发起募捐，那就可以先定义一个智能账户，它有三个状态：当前募捐总量，捐款目标和被捐赠人的地址，然后给它定义两个函数：接收募捐函数和捐款函数。
接收募捐函数每次收到发过来的转账请求，先核对下发送者是否有足够多的钱(EVM会提供发送请求者的地址，程序可以通过地址获取到该人当前的区块链财务状况)，然后每次募捐丽数调用时，都会比较下当前募捐总量跟捐款目标的比较，如果超过目标，就把当前收到的捐款全部发送到指定的被捐款人地址，否则的话，就只更新当前募捐总量状态值。
捐款函数将所有捐款发送到保存的被捐赠人地址，并且将当前捐款总量清零。每一个想要募捐的人，用自己的ETH地址向该智能账户发起一笔转账，并且指明了要调用接受其募捐函数。于是我们就有一个募捐智能合约了，人们可以往里面捐款，达到限额后钱会自动发送到指定账户，全世界的矿工都在为这个合约进行计算和担保，不再需要人去盯着看有没有被挪用，这就是智能合约的魅力所在。
⑶ 以太坊是什么丨以太坊开发入门指南
以太坊是什么丨以太坊开发入门指南
很多同学已经跃跃欲试投入到区块链开发队伍当中来，可是又感觉无从下手，本文将基于以太坊平台，以通俗的方式介绍以太坊开发中涉及的各晦涩的概念，轻松带大家入门。
以太坊是什么
以太坊（Ethereum）是一个建立在区块链技术之上， 去中心化应用平台。它允许任何人在平台中建立和使用通过区块链技术运行的去中心化应用。
对这句话不理解的同学，姑且可以理解为以太坊是区块链里的Android，它是一个开发平台，让我们就可以像基于Android Framework一样基于区块链技术写应用。
在没有以太坊之前，写区块链应用是这样的：拷贝一份比特币代码，然后去改底层代码如加密算法，共识机制，网络协议等等（很多山寨币就是这样，改改就出来一个新币）。
以太坊平台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，开发者只要专注于应用本身的开发，从而大大降低了难度。
目前围绕以太坊已经形成了一个较为完善的开发生态圈：有社区的支持，有很多开发框架、工具可以选择。
智能合约
什么是智能合约
以太坊上的程序称之为智能合约， 它是代码和数据(状态)的集合。
智能合约可以理解为在区块链上可以自动执行的（由事件驱动的）、以代码形式编写的合同（特殊的交易）。
在比特币脚本中，我们讲到过比特币的交易是可以编程的，但是比特币脚本有很多的限制，能够编写的程序也有限，而以太坊则更加完备（在计算机科学术语中，称它为是“图灵完备的”），让我们就像使用任何高级语言一样来编写几乎可以做任何事情的程序（智能合约）。
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。
目前除数字货币之外，真正落地的应用还不多（就像移动平台刚开始出来一样），相信1到3年内，各种杀手级会慢慢出现。
编程语言：Solidity
智能合约的默认的编程语言是Solidity，文件扩展名以.sol结尾。
Solidity是和JavaScript相似的语言，用它来开发合约并编译成以太坊虚拟机字节代码。
还有长像Python的智能合约开发语言：Serpent，不过建议大家还是使用Solidity。
Browser-Solidity是一个浏览器的Solidity IDE, 大家可以点进去看看，以后我们更多文章介绍Solidity这个语言。
运行环境：EVM
EVM（Ethereum Virtual Machine）以太坊虚拟机是以太坊中智能合约的运行环境。
Solidity之于EVM，就像之于跟JVM的关系一样，这样大家就容易理解了。
以太坊虚拟机是一个隔离的环境，在EVM内部运行的代码不能跟外部有联系。
而EVM运行在以太坊节点上，当我们把合约部署到以太坊网络上之后，合约就可以在以太坊网络中运行了。
合约的编译
以太坊虚拟机上运行的是合约的字节码形式，需要我们在部署之前先对合约进行编译，可以选择Browser-Solidity Web IDE或solc编译器。
合约的部署
在以太坊上开发应用时，常常要使用到以太坊客户端（钱包）。平时我们在开发中，一般不接触到客户端或钱包的概念，它是什么呢？
以太坊客户端（钱包）
以太坊客户端，其实我们可以把它理解为一个开发者工具，它提供账户管理、挖矿、转账、智能合约的部署和执行等等功能。
EVM是由以太坊客户端提供的。
Geth是典型的开发以太坊时使用的客户端，基于Go语言开发。 Geth提供了一个交互式命令控制台，通过命令控制台中包含了以太坊的各种功能（API）。Geth的使用我们之后会有文章介绍，这里大家先有个概念。
Geth控制台和Chrome浏览器开发者工具里的面的控制台是类似，不过是跑在终端里。
相对于Geth，Mist则是图形化操作界面的以太坊客户端。
如何部署
智能合约的部署是指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，这个地址称为合约账户。
以太坊中有两类账户：
· 外部账户
该类账户被私钥控制（由人控制），没有关联任何代码。
· 合约账户
该类账户被它们的合约代码控制且有代码与之关联。
和比特币使用UTXO的设计不一样，以太坊使用更为简单的账户概念。
两类账户对于EVM来说是一样的。
外部账户与合约账户的区别和关系是这样的：一个外部账户可以通过创建和用自己的私钥来对交易进行签名，来发送消息给另一个外部账户或合约账户。
在两个外部账户之间传送消息是价值转移的过程。但从外部账户到合约账户的消息会激活合约账户的代码，允许它执行各种动作（比如转移代币，写入内部存储，挖出一个新代币，执行一些运算，创建一个新的合约等等）。
只有当外部账户发出指令时，合同账户才会执行相应的操作。
合约部署就是将编译好的合约字节码通过外部账号发送交易的形式部署到以太坊区块链上（由实际矿工出块之后，才真正部署成功）。
运行
合约部署之后，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
和云计算相似，占用区块链的资源（不管是简单的转账交易，还是合约的部署和执行）同样需要付出相应的费用（天下没有免费的午餐对不对!）。
以太坊上用Gas机制来计费，Gas也可以认为是一个工作量单位，智能合约越复杂（计算步骤的数量和类型，占用的内存等），用来完成运行就需要越多Gas。
任何特定的合约所需的运行合约的Gas数量是固定的，由合约的复杂度决定。
而Gas价格由运行合约的人在提交运行合约请求的时候规定，以确定他愿意为这次交易愿意付出的费用：Gas价格（用以太币计价） * Gas数量。
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将被返还给发送账户。
如果没有这个限制，就会有人写出无法停止（如：死循环）的合约来阻塞网络。
因此实际上（把前面的内容串起来），我们需要一个有以太币余额的外部账户，来发起一个交易（普通交易或部署、运行一个合约），运行时，矿工收取相应的工作量费用。
以太坊网络
有些着急的同学要问了，没有以太币，要怎么进行智能合约的开发？可以选择以下方式：
选择以太坊官网测试网络Testnet
测试网络中，我们可以很容易获得免费的以太币，缺点是需要发很长时间初始化节点。
使用私有链
创建自己的以太币私有测试网络，通常也称为私有链，我们可以用它来作为一个测试环境来开发、调试和测试智能合约。
通过上面提到的Geth很容易就可以创建一个属于自己的测试网络，以太币想挖多少挖多少，也免去了同步正式网络的整个区块链数据。
使用开发者网络(模式)
相比私有链，开发者网络(模式)下，会自动分配一个有大量余额的开发者账户给我们使用。
使用模拟环境
另一个创建测试网络的方法是使用testrpc，testrpc是在本地使用内存模拟的一个以太坊环境，对于开发调试来说，更方便快捷。而且testrpc可以在启动时帮我们创建10个存有资金的测试账户。
进行合约开发时，可以在testrpc中测试通过后，再部署到Geth节点中去。
更新：testrpc 现在已经并入到Truffle 开发框架中，现在名字是Ganache CLI。
Dapp：去中心化的应用程序
以太坊社区把基于智能合约的应用称为去中心化的应用程序(DecentralizedApp)。如果我们把区块链理解为一个不可篡改的数据库，智能合约理解为和数据库打交道的程序，那就很容易理解Dapp了，一个Dapp不单单有智能合约，比如还需要有一个友好的用户界面和其他的东西。
Truffle
Truffle是Dapp开发框架，他可以帮我们处理掉大量无关紧要的小事情，让我们可以迅速开始写代码-编译-部署-测试-打包DApp这个流程。
总结
我们现在来总结一下，以太坊是平台，它让我们方便的使用区块链技术开发去中心化的应用，在这个应用中，使用Solidity来编写和区块链交互的智能合约，合约编写好后之后，我们需要用以太坊客户端用一个有余额的账户去部署及运行合约（使用Truffle框架可以更好的帮助我们做这些事情了）。为了开发方便，我们可以用Geth或testrpc来搭建一个测试网络。
注：本文中为了方便大家理解，对一些概念做了类比，有些严格来不是准确，不过我也认为对于初学者，也没有必要把每一个概念掌握的很细致和准确，学习是一个逐步深入的过程，很多时候我们会发现，过一段后，我们会对同一个东西有不一样的理解。
⑷ 011：Ethash算法|《ETH原理与智能合约开发》笔记
待字闺中开发了一门区块链方面的课程：《深入浅出ETH原理与智能合约开发》，马良老师讲授。此文集记录我的学习笔记。
课程共8节课。其中，前四课讲ETH原理，后四课讲智能合约。
第四课分为三部分：
这篇文章是第四课第一部分的学习笔记：Ethash算法。
这节课介绍的是以太坊非常核心的挖矿算法。
在介绍Ethash算法之前，先讲一些背景知识。其实区块链技术主要是解决一个共识的问题，而共识是一个层次很丰富的概念，这里把范畴缩小，只讨论区块链中的共识。
什么是共识？
在区块链中，共识是指哪个节点有记账权。网络中有多个节点，理论上都有记账权，首先面临的问题就是，到底谁来记帐。另一个问题，交易一定是有顺序的，即谁在前，前在后。这样可以解决双花问题。区块链中的共识机制就是解决这两个问题，谁记帐和交易的顺序。
什么是工作量证明算法
为了决定众多节点中谁来记帐，可以有多种方案。其中，工作量证明就让节点去算一个哈希值，满足难度目标值的胜出。这个过程只能通过枚举计算，谁算的快，谁获胜的概率大。收益跟节点的工作量有关，这就是工作量证明算法。
为什么要引入工作量证明算法？
Hash Cash 由Adam Back 在1997年发表，中本聪首次在比特币中应用来解决共识问题。
它最初用来解决垃圾邮件问题。
其主要设计思想是通过暴力搜索，找到一种Block头部组合（通过调整nonce）使得嵌套的SHA256单向散列值输出小于一个特定的值（Target）。
这个算法是计算密集型算法，一开始从CPU挖矿，转而为GPU，转而为FPGA，转而为ASIC，从而使得算力变得非常集中。
算力集中就会带来一个问题，若有一个矿池的算力达到51%，则它就会有作恶的风险。这是比特币等使用工作量证明算法的系统的弊端。而以太坊则吸取了这个教训，进行了一些改进，诞生了Ethash算法。
Ethash算法吸取了比特币的教训，专门设计了非常不利用计算的模型，它采用了I/O密集的模型，I/O慢，计算再快也没用。这样，对专用集成电路则不是那么有效。
该算法对GPU友好。一是考虑如果只支持CPU，担心易被木马攻击；二是现在的显存都很大。
轻型客户端的算法不适于挖矿，易于验证；快速启动
算法中，主要依赖于Keccake256 。
数据源除了传统的Block头部，还引入了随机数阵列DAG（有向非循环图）（Vitalik提出）
种子值很小。根据种子值生成缓存值，缓存层的初始值为16M，每个世代增加128K。
在缓存层之下是矿工使用的数据值，数据层的初始值是1G，每个世代增加8M。整个数据层的大小是128Bytes的素数倍。
框架主要分为两个部分，一是DAG的生成，二是用Hashimoto来计算最终的结果。
DAG分为三个层次，种子层，缓存层，数据层。三个层次是逐渐增大的。
种子层很小，依赖上个世代的种子层。
缓存层的第一个数据是根据种子层生成的，后面的根据前面的一个来生成，它是一个串行化的过程。其初始大小是16M，每个世代增加128K。每个元素64字节。
数据层就是要用到的数据，其初始大小1G，现在约2个G，每个元素128字节。数据层的元素依赖缓存层的256个元素。
整个流程是内存密集型。
首先是头部信息和随机数结合在一起，做一个Keccak运算，获得初始的单向散列值Mix[0]，128字节。然后，通过另外一个函数，映射到DAG上，获取一个值，再与Mix[0]混合得到Mix[1]，如此循环64次，得到Mix[64]，128字节。
接下来经过后处理过程，得到 mix final 值，32字节。（这个值在前面两个小节《 009：GHOST协议 》、《 010：搭建测试网络 》都出现过）
再经过计算，得出结果。把它和目标值相比较，小于则挖矿成功。
难度值大，目标值小，就越难（前面需要的 0 越多）。
这个过程也是挖矿难，验证容易。
为防止矿机，mix function函数也有更新过。
难度公式见课件截图。
根据上一个区块的难度，来推算下一个。
从公式看出，难度由三部分组成，首先是上一区块的难度，然后是线性部分，最后是非线性部分。
非线性部分也叫难度炸弹，在过了一个特定的时间节点后，难度是指数上升。如此设计，其背后的目的是，在以太坊的项目周期中，在大都会版本后的下一个版本中，要转换共识，由POW变为POW、POS混合型的协议。基金会的意思可能是使得挖矿变得没意思。
难度曲线图显示，2017年10月，难度有一个大的下降，奖励也由5个变为3个。
本节主要介绍了Ethash算法，不足之处，请批评指正。