# 介绍

本质是分布式数据库

# 术语

  1. APY: 年度百分比收益率

  2. BTC:比特币

  3. BTCB: 币安智能链上的1:1锚定比特币。对普通用户而言，BTCB的主要优势是可以在持有BTC的同时通过BTCB在DeFi生态系统进行增值。如果没有BTCB，用户则需要卖出BTC，买入DeFi资产才能参与DeFi生态系统和使用dApp，用户可能在买卖之间错过价格上涨的机会。

    有了BTCB，用户就无需卖出BTC，也不会错过价格上涨的机会。在BTC保持锁定的前提下，用户可以随时赎回BTCB，换成锚定价值的BTC。

  4. USDC：USD Coin，美元稳定币

  5. WBTC: 以加密货币抵押发行的稳定币。由BitGo、Kyber Network等发起以太坊网络上的BTC，是一种ERC20代币。WBTC与比特币1：1锚定，换句话说，每向指定地址存入1枚BTC，便生成一枚WBTC。由于比特币无法在以太坊网络直接流通，但通过WBTC间接实现了比特币在以太坊网络的流通。

  6. 全节点：指主网的一个副本，存储并维护脸上的所有数据，并随时验证新区块的合法性。运行全节点的配置最低要求：

    1. 双核
    2. 硬盘至少80g
    3. ssd的话需要4gb以上ram，hdd需要8gb以上ram
    4. 8m/s下载宽带
    5. 推荐配置：
      1. 四核
      2. 16gbram
      3. 500gb以上ssd
      4. 25mb/s宽带

  7. 以太坊客户端：运行节点的软件

  8. 远程客户端：不存储区块链的本地副本和校验交易，只提供钱包功能，比如metamask，可以创建和广播交易

  9. UTXO: 比特币基于UTXO结构，表示未使用的交易输出，系统中用户的余额是用户具有四要的utxo的总值

  10. message: 合约和合约的通信交互不是交易，应称为消息,可以看做函数调用。

  11. EIP: 以太坊改进提案

  12. chainId:用于防止networkid值相同时造成的重放攻击，比如ETH和ETC的networkid都为1，于eip-155 (opens new window)实现

# 特点

每个区块包含两个部分：区块头和区块体

每个区块都有一个唯一的哈希标识，被称为区块哈希。

区块通过记录上一个区块的哈希来指向上一个区块。

每一个区块还有一个Merkle哈希用来确保该区块的所有交易记录无法被篡改。

区块链中的主要数据就是一系列交易，第一条交易通常是Coinbase交易，也就是矿工的挖矿奖励，后续交易都是用户的交易。

区块链的不可篡改特性是由哈希算法保证的。

# 以太坊区块头

记录当前区块的特征值，包含：

  • ParentHash： 父区块的哈希值。
  • Root：世界状态的哈希，stateDB的RLP编码后的哈希值。
  • TxHash（transaction root hash）：交易字典树的根哈希，由本区块所有交易的交易哈希算出。
  • ReceptHash：收据树的哈希。
  • Time：区块产生出来的Unix时间戳。
  • Number：区块号。
  • Bloom：布隆过滤器，快速定位日志是否在这个区块中。

区块hash是唯一值，而区块号不一定是，参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/34947833

# 区块体

实际的数据

# 哈希算法

哈希算法，又称散列算法，它是一个单向函数，可以把任意长度的输入数据转化为固定长度的输出：

h=H(x)

例如，对morning和bitcoin两个输入进行某种哈希运算，得到的结果是固定长度的数字：

H("morning") = c7c3169c21f1d92e9577871831d067c8
H("bitcoin") = cd5b1e4947e304476c788cd474fb579a

每个区块的哈希都是针对区块头计算的，也就是说，把区块头的各项特征值，按照顺序连接在一起，组成一个很长的字符串，再对这个字符串计算哈希。

# 哈希碰撞

一个安全的哈希算法还需要满足另一个条件：碰撞率低。

碰撞是指，如果两个输入数据不同，却恰好计算出了相同的哈希值，那么我们说发生了碰撞

# 常用hash算法

哈希算法 输出长度(bit) 输出长度(字节)
MD5 128 bit 16 bytes
RipeMD160 160 bits 20 bytes
SHA-1 160 bits 20 bytes
SHA-256 256 bits 32 bytes
SHA-512 512 bits 64 bytes

比特币使用的哈希算法有两种：SHA-256和RipeMD160

比特币使用两种哈希算法，一种是对数据进行两次SHA-256计算，这种算法在比特币协议中通常被称为hash256或者dhash。

另一种算法是先计算SHA-256，再计算RipeMD160，这种算法在比特币协议中通常被称为hash160。

# Merkle Hash

在区块的头部，有一个Merkle Hash字段，它记录了本区块所有交易的Merkle Hash。它的作用就是保证交易记录永远无法修改。

# block hash

区块本身用block Hash--也就是区块哈希来标识。但是，一个区块自己的区块哈希并没有记录在区块头部，而是通过计算区块头部的哈希得到的。

区块头部的Prev Hash记录了上一个区块的Block Hash，这样可以通过Prev Hash追踪到上一个区块。由于下一个区块的Prev Hash又会指向当前区块，这样，每个区块的Prev Hash都指向自己的上一个区块，这些区块串起来就形成了区块链。

区块链的第一个区块（又称创世区块）并没有上一个区块，因此，它的Prev Hash被设置为00000000...000。

# p2p交易

# 数字签名

数字签名的三个作用：防伪造，防篡改，防抵赖。

比特币采用的签名算法是椭圆形曲线签名算法：ECDSA

比特币的私钥是一个随机的非常大的256位整数。它的上限，确切地说，比2256要稍微小一点

而比特币的公钥是根据私钥推算出的两个256位整数。

# 比特币钱包

比特币钱包实际上就是帮助用户管理私钥的软件，它有几种分类：

  • 本地钱包：是把私钥保存在本地计算机硬盘上的钱包软件，如Electrum (opens new window)；
  • 手机钱包：和本地钱包类似，但可以直接在手机上运行，如Bitpay (opens new window)；
  • 在线钱包：是把私钥委托给第三方在线服务商保存；
  • 纸钱包：是指把私钥打印出来保存在纸上；
  • 脑钱包：是指把私钥记在自己脑袋里。

# 交易

比特币协议规定一个输出必须一次性花完,假如小明有50个比特币，那么转账给小红2个比特币，同时小明又给自己48个比特币，这48个比特币就是找零。所以，一个交易中，一个输入可以对应多个输出

在实际的交易中，输入比输出要稍微大一点点，这个差额就是隐含的交易费用，交易费用会算入当前区块的矿工收入中作为矿工奖励的一部分

交易费用 = 输入 - 输出

# 交易流程

  1. 申报交易：需要上一笔交易的Hash（从哪里获得的比特币）、本次交易双方的地址、支付方的公钥、支付方的私钥生成的数字签名
  2. 写入交易: 矿工把交易写入区块链

# 挖矿原理

新的交易打包成新的区块并附加到区块链上，这类节点就是矿工。因为每打包一个新的区块，打包该区块的矿工就可以获得一笔比特币作为奖励。所以，打包新区块就被称为挖矿。

由于必须保证节点之间的同步，所以新区块的添加速度不能太快。所以中本聪故意让添加新区块，变得很困难。区块头里面所有的特征值都是固定的，为了让区块头产生变化，中本聪故意增加了一个随机项，叫做 Nonce。

比特币网络的挖矿难度值是不断变化的，它的难度值保证大约每10分钟产生一个区块，而难度值在每2015个区块调整一次：如果区块平均生成时间小于10分钟，说明全网算力增加，难度值也会增加，如果区块平均生成时间大于10分钟，说明全网算力减少，难度值也会减少。因此，难度值随着全网算力的增减会动态调整。

当某个矿工成功找到特定哈希的新区块后，他会立刻向全网广播该区块。其他矿工在收到新区块后，会对新区块进行验证，如果有效，就把它添加到区块链的尾部。同时说明，在本轮工作量证明的竞争中，这个矿工胜出，而其他矿工都失败了。失败的矿工会抛弃自己当前正在计算还没有算完的区块，转而开始计算下一个区块，进行下一轮工作量证明的竞争。

如果区块链有分叉，将看哪个分支在分叉点后面，先达到6个新区块（称为"六次确认"）。按照10分钟一个区块计算，一小时就可以确认。

根据比特币协议，一个区块的大小最大是 1MB，而一笔交易大概是500字节左右，因此一个区块最多可以包含2000多笔交易。矿工负责把这2000多笔交易打包在一起，组成一个区块，然后计算这个区块的哈希。

# 矿工的收益

  1. 挖矿奖励比特币
  2. 交易手续费

# 虚拟货币

# 单位

虚拟货币的实际balance为前端显示数量 * 10**decimals，参考智能合约代码注释：

/**
     * @dev Returns the number of decimals used to get its user representation.
     * For example, if `decimals` equals `2`, a balance of `505` tokens should
     * be displayed to a user as `5.05` (`505 / 10 ** 2`).
     *
     * Tokens usually opt for a value of 18, imitating the relationship between
     * Ether and Wei. This is the value {ERC20} uses, unless this function is
     * overridden;
     *
     * NOTE: This information is only used for _display_ purposes: it in
     * no way affects any of the arithmetic of the contract, including
     * {IERC20-balanceOf} and {IERC20-transfer}.
     */
    function decimals() public view virtual override returns (uint8) {
        return 18;
    }

# BCH

由于比特币协议规定，平均10分钟诞生一个区块，导致处理交易速度有限。2017年8月区块链发生了一次分叉，诞生了一个新协议，称为bitcoin Cash（简称BCH）。这种新货币其他方面都与比特币一致，就是每个区块的大小从 1MB 增加到了 8MB，因此处理速度提升了8倍，手续费也低得多。该协议是对原有区块链的分叉，因此当时持有比特币的人，等于一人获赠了一份同样数量的 BCH。

# 区块链平台

# 以太坊

以太坊区块链上创建的代币通常称为ERC-20代币 。Ethereum定义了一个和Ethereum节点通信的协议 JSON-RPC API (opens new window)。 以太坊内置编程语言支持，以太坊的目标是将区块链技术所具有的去中心化、开放、和安全这三大特点，引入到几乎所有能被计算的领域。

# 以太坊chains

查询所有的以太坊链信息：https://github.com/ethereum-lists/chains/tree/master/_data/chains

# 账户

以太坊账户有两种：外部账户和合约账户。

账户由4部分组成：

  1. nonce: 是一个递增的整数，每发送一次交易，nonce递增1，因此，nonce记录的就是交易次数 用于防止错误计算，强制来自任何地址的交易按顺序处理，没有间隔，无论节点接收它们的顺序如何
  2. balance: 账户余额，以wei为单位，1 Ether等于1018wei。
  3. storage
  4. codeHash

如果一个账户是合约账户，则storageRoot存储合约相关的状态数据，codeHash存储合约代码的Hash。对于外部账户，这两部分数据都是空

# 智能合约

比特币实现了分布式的数据存储，以太坊则用同样的方式实现了分布式的数据存储和计算。（从整体来看），以太坊就像一台计算机，而上面运行的计算机程序我们叫做 “智能合约”。（从实际上来说），一个网络参与者乃是在他的电脑上用一种叫 “以太坊虚拟机” 的操作系统运行这些程序（“智能合约”）。

合约作为地址，可以接收Ether，也可以发送Ether。合约内部也可以存储数据。合约可以互相调用，合约只能被动地被外部账户调用。

# 交易

任何交易都需要手续费，手续费称为gas，以太坊给每一个虚拟机指令都标记了一个Gas基本费用，称为gasUsed。标准的转账交易消耗gasUsed为21000

除了gasUsed外，用户还需要提供一个gasPrice，以Gwei（1Gwei=109Wei）为单位。通过竞价得到一个矿工愿意接受的gasPrice。如果一个交易消耗了120000的gasUsed，而gasPrice是50 Gwei，则交易费用是：

120000 x 50 Gwei = 6000000 Gwei = 0.006 Ether

Gas Price是全网用户竞价产生的，它时刻在波动。如果交易少，Gas Price将下降，如果交易多，网络拥堵，则Gas Price将上升。

执行代码的时候，存在条件判断、循环等语句，同一段代码，执行的结果也可能不同，因此，事前预计一个合约执行要花费多少Gas，不现实。

所以以太坊规定，一笔交易，先给出gasPrice和gasLimit(最多gasUsed数)，如果执行完成后有剩余，剩余的退还，如果执行过程中消耗殆尽，那么交易执行失败，但已执行的Gas不会退。

交易的接受者：交易接收者在to字段中制定，是一个20字节的以太坊地址。以太坊没有进一步的验证，任何20字节的值都是有效的。如果没有地址为无效地址，则该交易仍然有效，将销毁发送的以太，使其永远无法访问

交易的value:仅有value没有data的交易就是一笔以太的付款

交易的data：仅有data的交易一般是合约调用

# 交易回执（Recipt）

以太坊区块为每一笔交易都会产生一笔回执（Recipt），表示交易的最终状态。一个回执信息主要包括：

  • status：执行结果，1表示成功，0表示失败；
  • gasUsed：已消耗的Gas数量；
  • txHash：交易Hash；
  • logs：交易产生的日志；
  • ……

# 合约交易

合约交易就是指一个外部账号调用某个合约的某个public函数。

如果调用只读方法，因为不改变合约状态，所以任何时刻都可以调用，且不需要签名，也不需要消耗Gas。但如果调用写入方法，就需要签名提交一个交易，并消耗一定的Gas。

在一个交易中，只能调用一个合约的一个写入方法。无需考虑并发和同步的问题，因为以太坊交易的写入是严格串行的。

# MetaMask

浏览器钱包插件,提供一部分的 JSON-RPC API (opens new window)协议的封装，功能上和web3.js有小部分重叠,本质上都是调用JSON-RPC。

钱包中的token每一个都是一个合约的地址，而钱包中保存了钱包地址和该合约地址的map

无论钱包的操作是发送还是转入，from都是钱包地址

# 测试网络(Test net)

与主网(Main net)对应，主网上线前的测试网络，主要是用作项目快速开发迭代以及社区成员早期参与。

测试网络有：Ropsten、kovan、Rinkeby：

  1. ropsten是以太坊官方提供的测试网络，共识机制为Pow。
  2. kovan是以太坊钱包Parity的开发团队基于PoA机制开发的测试网络，只有Parity钱包可以使用
  3. Rinkeby是以太坊官方提供的基于PoA机制开发的测试网络

可以从https://testnet.binance.org/faucet-smart获取一些测试网的Ether。

# 以太坊交易

合约不是自己运行的，以太坊也不会再后台运行，以太坊上的一切变换都始于交易。

交易的Hash data是如何计算的？

发送给合约的数据有效负责是32字节的十六进制序列化编码：

  1. 函数选择器：函数原型的Keccak245哈希的前4个字节，通过这个evm可以获取到将要调用的函数
  2. 函数参数：根据evm定义的各种基本类型的规则进行编码

也就是HEX DATA= 前几位为函数hash值 + n个0 + 参数的16进制值

# 合约开发

# 介绍

  1. msg.sender表示调用方地址

# 执行流程

合约部署后会获得一个合约地址，把合约看做一个类，部署就相当于是实例化，如果部署两次，将得到两个不同的地址，相当于实例化两次。

构造函数在部署合约时就会立刻执行，且仅执行一次。合约部署后就无法调用构造函数。

以太坊合约具备类似数据库事务的特点，如果中途执行失败，则整个合约的状态保持不变，不存在修改某个成员变量后，后续断言失败导致部分修改生效的问题。

合约中的public字段会自动生成一个同名的只读函数

创建合约这笔交易会被发送到零地址

# 部署

以太坊官方提供了一个Remix (opens new window)的在线IDE，用于编写、编译和部署以太坊合约。这是从零开始部署一个合约的最简单的方式。

通过在workspace > contracts新建*.sol格式文件，然后编写合约，然后编译，编译成功之后就可以deploy了，此时会弹出MetaMask的交易签名确认，确认后部署合约的交易即被发送至测试链。在MetaMask的账户 - 活动中可以看到正在发送的交易，查看详情可以在Etherscan查看该交易的详细信息 (opens new window)。当交易被打包确认后，即可获得部署后合约的地址。

对于熟练的Solidity开发者，可以使用Truffle (opens new window)这个JavaScript脚本全自动部署合约，减少手动操作导致的出错的可能

# 合约的创建

通过一个特殊的create call。合约可以创建其他合约（不是简单的调用零地址）

# 合约的销毁

唯一方法是合约在合约地址上的执行自毁操作selfdestruct;合约账户上剩余的以太币会发送给指定的目标，然后琪存储和代码从状态中被移除

# 前端调用

  1. 引入ethers.js，它封装了读写合约的逻辑
  2. 获取metamask注入的web3
  3. 链接钱包
  4. 写入合约（需要合约地址、合约abi、合约签名）

# 调试

通过交易hash去对应的scan网址查询交易详情，可查看报错信息。

# solc

solc 是以太坊官方出的一款Solidity语言开发的智能合约的编译工具，可以通过 solc 获得部署合约时所要使用的 bytecode 和 abi。

# web3.js

web3.js是以太坊官方实现的一个使用 javascript与以太坊客户端进行交互的js库， web3.js可以与任何暴露RPC层的以太坊节点协同工作。

其实 web3就是对以太坊的 json-rpc接口使用 javascript进行了一次封装，既然是 rpc，我们在使用时，必须连接一个服务器，也就是以太坊的支持 json-rpc的节点。在这里，我们一般把连接 json-rpc节点称为注入以太坊节点。注入节点有两种方式：

  1. 注入自有节点或者开放节点web3 = new Web3(new Web3.providers.HttpProvider("http://localhost:8545"));
  2. 使用MetaMask等浏览器插件

如果想要使用web3来部署合约，需要先获得合约的bytecode以及合约的abi，而编译可以使用solcjs进行。

npm install -g solc

安装成功后，我们可以通过命令行编译代码，获得code以及abi。

# 获得code
solcjs --bin name.sol
# 获得abi
solcjs --abi name.sol

参考：如何使用web3部署智能合约 (opens new window)

# 实例

new web3.eth.Contract()会返回合约实例，

方法调用：

使用contract.methods.methodName.call()调用合约，不会发送交易

使用contract.methods.methodName.send()调用合约，有可能发送交易

事件监听：

使用contract.events.eventName()

# 学习路径

  1. 用“费曼学习法”理解区块链，你也可以做到 (opens new window)
  2. 区块链基础知识25讲 - 入门
  3. 以太坊官方开发者学习文档: https://ethereum.org/zh/developers/docs/
  4. 精通以太坊 (opens new window) - 业务
  5. 微软官网学习区块链:https://docs.microsoft.com/zh-cn/learn/paths/ethereum-blockchain-development/
  6. 廖雪峰区块链教学：https://www.liaoxuefeng.com/wiki/1207298049439968

参考：https://zhuanlan.zhihu.com/p/112038593

# 问题

# 如何估算gas？

eth.estimateGas

# bitcoin和Ethereum区别？

  1. 设计定位
    1. bitcoin: 现金系统
    2. Ethereun：去中心化应用平台
  2. 数据组成
    1. bitcoin:交易账本
    2. Ethereum：交易和账户状态
  3. 交易对象
    1. UTXO
    2. Accounts
  4. 代码控制
    1. 脚本
    2. 智能合约

# 为什么比特币能当钱用？

  1. 不会被偷。没有私钥无法获取其他人的钱
  2. 无法伪造。因为区块链技术可信性高
  3. 无法大批生成，因为每4年减半所以不会导致通货膨胀

# token和coin区别？

token表示钱包金额的单位

# 调用合约函数发生了什么?

从外部施加给以太坊的行为都称之为向以太坊网络提交了一个交易， 调用合约函数其实是向合约地址（账户）提交了一个交易，这个交易有一个附加数据，这个附加的数据就是ABI的编码数据。

# 如何部署合约到以太坊区块链？

通过编写sol格式文件在remix上可以部署

# 如何更改以部署的智能合约？相关数据如何转移到新合约中？

已部署的合约无法更改，只能通过部署新合约

# 如何通过合约地址查看合约函数？

通过etherscan网站查看，例如：https://ropsten.etherscan.io/address/0x091424531D3eEDF0730B5b6C5e53d4042e58420d#code

# web3.js中call和sendTransaction区别？

eth_call调用只是本地查询调用，不会发送交易，记录在链。eth_sendTransaction调用会发起交易请求，交易会打包记录在链。

# 如何批量发送交易？

# 依赖钱包

如果该热点账户的私钥信息等都存放在Ethereum客户端中，那么在发送交易的时候不传递nonce值，Ethereum客户端会帮你处理好此nonce值的排序。

当然，此方案有两个弊端。第一个是安全性无法保障（未进行冷热账户分离），第二，在热点账户下如果想覆盖掉一笔交易，需要先查询一下该交易的信息，从中获取nonce值。

# 自行管理nonce

自行管理nonce适用于冷热账户模式，也就是适用sendRawTransaction发送已经签名好的交易时，此时nonce值已经存在于交易中，并且已经被签名。

这种模式下，需要在业务系统中维护nonce的自增序列，适用一个nonce之后，在业务系统中对nonce进行加一处理。

此种方案也有限制条件。第一，由于nonce统一进行维护，那么这个地址必须是内部地址，而且发起交易必须通过统一维护的nonce作为出口，否则在其他地方发起交易，原有维护的nonce将会出现混乱。第二，一旦已经发出的交易发生异常，异常交易的nonce未被使用，那么异常交易的nonce需要重新被使用之后它后面的nonce才会生效。

参考：https://cloud.tencent.com/developer/article/1019756?from=article.detail.1009399