区块链技术-智能合约-以太坊（译）

本文经 IBM 的 Glynn Bird 同意翻译和发布。 文章虽然没有深奥的理论，但是用简洁的语言描述了区块链技术、智能合约和以太坊。 文章用一个慈善筹款的工作例子来演示以太坊的核心功能。

区块链（BlockChain）技术备受关注，不仅因为它被用作记录交易的账本，而且还作为加密货币（如比特币）的引擎； 更重要的是，它可以封装代码和数据，成为“智能合约”。 》（Smart Contract）。本文介绍了一种开源区块链技术：以太坊，并以慈善捐赠为例，构建了一个智能合约，展示了这项技术的强大。

什么是区块链？

区块链是一种数据结构，将数据按时间顺序存储在一个可以无限扩展的链表中，就像账本一样。 区块链数据结构通过分布式对等计算机网络维护，没有中央“主”节点。 链表中的每个块都包含一定数量的交易，这些交易代表数据库状态的变化，例如，钱从一个账户转移到另一个账户。 交易由网络中的多个节点验证，并最终存储在区块链的块中。 每个区块都包含一个带符号的哈希（Signed Hash），其中包含链表中前一个区块的内容。 可以通过遍历整个区块链来验证：某个区块的哈希值确实存储在链表的下一个区块中。 区块链由这样的图表示：

创世区块是最原始的区块。 H() 是散列。 交易就是交易。 时间是时间轴，从最初的区块链到无限。

区块链包含一系列从一个地址到另一个地址的价值转移。 地址代表系统中的唯一帐户。 该地址实际上是一个公钥，其对应的私钥属于创建帐户的用户。 如果不使用该帐户的私钥对其进行数字签名，则无法从该帐户转移价值。

在加密保护交易的同时，区块链还提供了关于数据库状态的分布式共识。 它保证价值转移要么发生一次，要么不发生。 应用程序开发人员可以放心：因为数据一旦存储，就无法修改，可以信任。 区块链网络提取一个计算机节点来生成区块链中的下一个区块。 这个节点需要花费大量的计算能力来解决一个数学任务。 这个节点事先是未知的。 该节点找到问题的答案，可以命名下一个区块并发布，网络中的其他节点验证发布的区块。 由于工作量证明，赢得发布的节点以两种方式获得奖励：接收新铸造的加密货币，并从创建交易的一方收取费用。 这个过程称为“挖矿”，其目的是：

1. 以严格控制的速度铸造新的加密货币

2. 奖励在网络中验证交易并达成共识的“矿工”

在实践中，具有非常快的特殊硬件，挖矿具有优势，因此出现了“军备竞赛”：矿工使用越来越多的硬件来维持相同的货币获取速度。

比特币是区块链最著名的实际例子。 比特币是一种可以兑换真钱的加密货币。 它可以通过区块链交易在比特币账户（钱包）之间转移。 在撰写本文时，比特币对等网络拥有 7,000 个节点。

以太坊和智能合约

吸引应用程序开发人员的区块链的主要特性是：

1. 区块链是别人跑的。 如果你的应用程序将数据存储在每个人都使用的区块链中，则不需要为数据提供存储机制。 区块链中的节点提供存储激励：交易费用和铸造新硬币的机会。

2、区块链提供分布式共识机制，你自己很难做到。

3、区块链为用户提供匿名机制。 账户身份（ID）是一个公钥，不一定与人直接相关。

4.“价值”可以从一个账户转移到另一个账户，但成本低于传统的真实汇款机制。

5. 如果区块链是可信的，那么存储在该区块链中的交易也是可信的。

以太坊采用了区块链的原理，在区块链上增加了智能合约的创建：智能合约是一种可以保值、存储数据、封装代码、执行计算任务的应用程序。 与比特币一样，以太坊也包含一种称为以太币的货币。 以太由计算机节点挖出，交易由节点验证，交易存储在分布式共识区块链中。 以太币可以在账户（公钥）之间和智能合约之间转移。

智能合约允许匿名方签订具有约束力的协议，每一方都完全了解交易。 价值可以在账户之间转移，也可以放在智能合约中托管（escrow）。 由于合约就是代码，开发者可以做任何他们想做的应用，你的想象力是唯一的限制。

智能合约示例：智能赞助（smartSponsor）

在本文的其余部分，我们构建了一个智能合约，允许拥有帐户的用户进行以下交互：

1.慈善组织从事募捐，称为受益人thebenefactor

2. 赞助实施者为该慈善机构募捐，称为实施者 therunner

3. 想要提供赞助的用户称为赞助商

4. 以太坊区块链的一个挖矿节点，验证交易，称为矿工 theminer

我们称为 smartSponsor 的合同是：

1.实施者therunner通过募捐活动为慈善事业募捐

2. 在构建合约时，implementer therunner将接受捐赠的受益人命名为benefactor

3. 实施者 therunner 然后邀请用户提供赞助。 用户调用智能合约的功能。 该函数的作用是将以太币从发起人sponsor的账户中转账到合约中。 这些以太币存放在合约中，直到回调发生

4. 在合约的整个生命周期中，各方都可以看到谁是受益人thebenefactor，筹集了多少以太币，从谁那里筹集（当然发起人可以匿名）

合约订立后，必然会出现以下两种现象之一：

1. 募捐按计划执行，执行人指示合约将所有捐款转移给受益人

2. 因故无法实施募集，实施方指示合约返还发起人承诺的募集资金

以太坊允许使用称为 Solidity 的编程语言在代码中定义智能合约。 它是一种类似 Java 的语言。 合同就像一个 Java 类。 区块链交易存储在成员变量中比特币浏览器区块链查询，可以调用合约的方法来查询合约或改变合约的状态。 由于区块链的副本分布到网络中的所有节点，任何人都可以查询合约以获取合约中的公开信息。

我们的合约将包含以下方法：

1. smartSponsor——合约的构造者。 它初始化合约的状态。 合约的构建者指定合约取款时受益的账户地址。

2. 质押——任何捐赠以太币的赞助商都可以调用。 赞助商可以提供支持筹款活动的信息，但这不是必需的。

3. getPot——返回合约中当前的以太币总量。

4. 退款——将承诺的捐款退还给支持者。 只有合约的所有者才能调用此方法。

5. 提款——将合约中的所有捐款转入受益人账户。 同样，只有合约的所有者才能调用此方法。

这个想法是让合同具有约束力：如果发起人将以太币转移到合同中，除非归还整个合同，否则发起人无法取回它。 通过这种方式，所有数据都是公开可访问的，这意味着任何可以访问以太坊的人，通过合约代码，都可以看到谁制定了合约，谁是受益人，以及谁承诺了哪笔捐赠。

重要的是，所有改变合约状态的操作（构建、承诺、退款或将合约中的全部出资转移到受益人账户）都需要在区块链中创建交易。 这意味着在“挖掘”事务并存储块之前不会存储数据。 有些操作只是读取现有合约状态（getPot 或读取公共成员变量），这些操作不需要挖矿。 这很重要但很微妙：写入速度很慢（我们必须等到挖矿完成）。 也许写操作的结果最终不会进入区块链（如果你的代码抛出异常或有其他错误），调用者需要给矿工一个工作的激励。 这在以太坊术语中称为气体。 所有的写操作都需要支付 gas 来改变区块链的状态。

我们很幸运能够使用相同的软件，配置一个本地测试区块链，并运行一个矿工来生成我们自己的所谓的以太币，而无需加入以太坊网络和购买以太币。 这样我们就不必浪费真实的以太币来测试我们的代码。

坚固代码

这是我们用 Solidity 语言编写的智能合约的完整代码：

contract smartSponsor {
      address public owner;
      address public benefactor;
      bool public refunded; 
      bool public complete;
      uint public numPledges;
      struct Pledge {
          uint amount;
          address eth_address;
          bytes32 message;
      }
      mapping(uint => Pledge) public pledges;
      // constructor
      function smartSponsor(address _benefactor) {
          owner = msg.sender;
              numPledges = 0;
          refunded = false;
          complete = false;
          benefactor = _benefactor;
      }
      // add a new pledge
      function pledge(bytes32 _message) {
          if (msg.value == 0 || complete || refunded) throw;
          pledges[numPledges] = Pledge(msg.value, msg.sender, _message);
          numPledges++;
      }
      function getPot() constant returns (uint) {
          return this.balance; 
      }
      // refund the backers
      function refund() {
          if (msg.sender != owner || complete || refunded) throw;
              for (uint i = 0; i < numPledges; ++i) {
              pledges[i].eth_address.send(pledges[i].amount);
          }
          refunded = true;
          complete = true;
      }
      // send funds to the contract benefactor
      function drawdown() {
          if (msg.sender != owner || complete || refunded) throw;
          benefactor.send(this.balance);
          complete = true;
      }
   }

请注意，该代码未提及交易、区块、gas 或区块链或加密货币的任何术语。 该代码仅存储成员变量的状态。 以太坊简单地创建必要的交易，将它们提交给网络进行验证（本例中使用我们的测试网络），并将它们存储在区块链上。 一切复杂的东西都避而不见。 因此，我们的代码很小（50 行）并且易于理解。

这很重要，因为智能合约是关于分享信任的； 合同各方应明确各自的承诺，捐助资金流向何方，谁可以开展哪些业务。 代码越简单，就越容易验证合约是否可信。

运行智能合约

要运行合约，必须先运行以太坊。 我的 Ubuntu Server 安装指南位于 . 我使用的是IBM的Bluemix虚拟机（译注：这个不是必须的）比特币浏览器区块链查询，然后使用apt-get添加一些需要的包。

假设你已经在你的测试网络上创建了4个以太坊账户，并按照我的安装指南配置了挖矿流程，我们可以复制smartSponsor代码并在以太坊控制台上执行：

> git clone https://github.com/glynnbird/smartsponsor.git> cd smartsponsor> geth attach

从 geth 控制台执行与以太坊 API 交互的 JavaScript 命令

> loadScript("./smartsponsor.js")Contract transaction send: TransactionHash: 0xe797ce5c1e5eeaae6e4bd09ad6564f9deba1beeeb7f09b6c16eec728584e370c waiting to be mined...true> Contract mined! Address: 0x15590c0417f6421fd35e113db0fdb2055df2344b[object Object]

> loadScript("./smartsponsor.js")Contract transaction send: TransactionHash: 0xe797ce5c1e5eeaae6e4bd09ad6564f9deba1beeeb7f09b6c16eec728584e370c waiting to be mined...true> Contract mined! Address: 0x15590c0417f6421fd35e113db0fdb2055df2344b[object Object]

smartsponsor.js 文件创建了一些变量，这些变量是我们创建的 4 个以太坊账户（theminer、therunner、thebenefactor、thesponsor）的地址，这样很容易理解以下代码片段中谁做了什么。 该文件还包含编译Solidity源代码、构建smartSponsor合约、生成therunner合约实例以及确保合约的受益者是受益者的一系列指令。

在交易被挖掘之前，合约不会生效。 这可能需要几秒钟或几分钟，具体取决于计算机的运行速度。 我们观察一下契约（契约赋值给变量ss）：

> ss{
  address: "0xe021f45922e141f5e17d05a4b2721ec972065960",
  transactionHash: "0x77ba5bc77f0a62888c08084a7c00cf00b6cc024f88f988e9daada751788c8693",
  allEvents: function(),
  benefactor: function(),
  complete: function(),
  drawdown: function(),
  getPledge: function(),
  getPot: function(),
  numPledges: function(),
  owner: function(),
  pledge: function(),
  refund: function(),
  refunded: function()}

我们可以看到合约有一个地址，这意味着它可以发送和接收以太币，还有一个 transactionHash，用于在区块链中查找位置。 还列出了合约上的公共、可调用函数。 现在让我们调用一些：

> ss.benefactor()"0x63de8807ac0bd63be460be0de250749c4df1dcb0"> ss.owner()"0x458305055882d53663b41a00eebd0b657469843f"> ss.getPot()0> ss.numPledges()0> ss.complete()False

我们可以看到合约的owner和beneficiary是不同的账户（分别是therunner和thebenefactor），合约的状态初始化为无捐赠和赞助。 从我们自己的区块链副本中读取是免费的，因此我们不需要提供燃料。

接下来，我们向发起人账户发送一些钱，原始账户没有以太币：

> personal.unlockAccount(thesponsor,"password");> eth.sendTransaction({from: theminer, to: thesponsor, value: 100000000000000000});"0xd4fc641311e31abb6546c3503c367c6ac971b0ad9cb4bcd4c56597e3b98d6d7a"> eth.getBalance(theminer);4.9524805801917e+22> eth.getBalance(thesponsor);100000000000000000

接下来，验证赞助商用户并向我们的智能合约赞助一些钱：

> personal.unlockAccount(thesponsor,"password");true> ss.pledge("Good luck with the run!", {from: thesponsor, value: 10000000, gas: 3000000});"0xc0880c4151946014389e135bcbefe39fb8f786e9e3e0ce077fa5f967e2a31ab3"

value 参数是我们希望转移到合约的以太币数量。 10000000 看起来很多，但是单位是wei。 1 以太币有 1000000000000000000 wei！

返回值是交易ID。 我们必须等到交易存储在区块链上才能看到合约状态发生变化：

> ss.getPot()10000000> ss.numPledges()1> ss.pledges(0)[10000000, "0x225905462cf12404757852c01edfd2ec0bf0dbe9", "0x476f6f64206c75636b2077697468207468652072756e21000000000000000000"]

调用 pledges(0) 返回第一个捐赠承诺，包含它的值、赞助者的地址和消息（作为字节串）。 我们可以不断调用质押函数来增加捐款，看着锅越来越大。 经过 7 次赞助商捐赠，我们有：

> ss.getPot()
70000000

请注意，合约获得了发起人质押的全部以太币，但扣除了发起人的账户，比质押的价值多一点。 为什么？ 因为调用质押函数的操作必须提供gas作为动力。

当实施者准备好完成合约时，只需调用 drawdown 函数：

> personal.unlockAccount(therunner,"password");true> ss.drawdown({from: therunner, gas:3000000});"0x082424d8057b8c250f8b86cda05211628bb3bae513ce27bf6194445ae035a3c4"

合约挖矿完成后，我们应该可以看到受益人的账户已经收到了合约的捐赠金额：

> eth.getBalance(thebenefactor);70000000> ss.getPot()0

智能合约在合约中以托管方式记录多笔捐款，这些捐款要么转移给受益人，要么退还给赞助商。 该代码确保只有合约的创建者才能退还捐赠，或将其全部转移给受益人，并防止在合约完成后进一步捐赠。 整个过程中，合约状态可以被各方查询，全部包含在50行代码中！

使用geth命令行工具执行的命令实际上是Javascript语句。 您还可以使用自己的客户端代码调用远程 API 并与真实（或测试）网络进行交互。 这样，创建一个基于互联网的智能合约前端就很简单了。

您可以使用Mist浏览器创建账户、查看和操作合约，就像一个智能合约的应用商店。 Mist 有很多设想，但目前它是一个相对简单的钱包应用程序和合约浏览器。

区块链只是一个分布式数据库？

区块链是一种按时间顺序存储数据的账本，是一个跨越多个节点的分布式数据库。 但它与Cloudant分布式数据库的含义不同：它不把数据分成片来分散工作负载，让每个片可以处理一部分。 在其网络中，所有节点都必须处理所有数据更改。 此外，挖矿节点执行工作证明以证明该节点有资格实施预期的更改。 这使得写入数据的过程极其缓慢，以太坊每秒只能处理 20-30 个。 交易（不是每个用户 20-30 笔交易，而是整个区块链）。

以太坊不仅仅是一个数据仓库。 它增加了新功能：在区块链中封装代码和数据。 这样，相关各方就可以确信合同会按照其规定行事。 与签订纸质合同、律师、公证人、银行、保险、清算相比，有很大的不同。

区块链和智能合约能做什么？

以太坊只是一种智能合约平台，可用于构建基于区块链的应用程序。 最合适的用例是：

立即想到的应用是：拍卖、借贷、遗嘱、登记、众筹、股权和投票。

从金钱和计算的角度来看，写操作是非常昂贵的，所以智能合约多用于写操作少但数据价值高的应用。 虽然读操作是免费的，但是只有一些简单的查询操作。 您可以索引存储的数据，但与典型的数据库不同，它没有查询语言，也无法提取或聚合数据。

区块链还有其他缺点。 网络中的所有参与者都需要存储所有的块。 数据没有分成可以单独处理的部分，因此每个节点必须存储整个数据库并处理每个更改。 使用工作量证明模型在网络中分配信任是一种巧妙的迂回解决方案，但在现实中，需要数千万个节点消耗能量来证明节点是可信的。 最后，以太币的价值和比特币一样，容易受到投机，使得以太币的金融价值不稳定。 以太坊在路线图上有性能改进、可扩展性和工作证明替代品，但在撰写本文时，它们只是愿景。

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