以太坊是什么丨以太坊開發入門指南

很多同學已經躍躍欲試投入到區塊鏈開發隊伍當中來，可是又感覺無從下手，本文將基于以太坊平臺，以通俗的方式介紹以太坊開發中涉及的各晦澀的概念，輕松帶大家入門。

以太坊是什么

以太坊（Ethereum）是一個建立在區塊鏈技術之上， 去中心化應用平臺。它允許任何人在平臺中建立和使用通過區塊鏈技術運行的去中心化應用。

對這句話不理解的同學，姑且可以理解為以太坊是區塊鏈里的Android，它是一個開發平臺，讓我們就可以像基于Android Framework一樣基于區塊鏈技術寫應用。

在沒有以太坊之前，寫區塊鏈應用是這樣的：拷貝一份比特幣代碼，然后去改底層代碼如加密算法，共識機制，網絡協議等等（很多山寨幣就是這樣，改改就出來一個新幣）。
以太坊平臺對底層區塊鏈技術進行了封裝，讓區塊鏈應用開發者可以直接基于以太坊平臺進行開發，開發者只要專注于應用本身的開發，從而大大降低了難度。

目前圍繞以太坊已經形成了一個較為完善的開發生態圈：有社區的支持，有很多開發框架、工具可以選擇。

智能合約

什么是智能合約

以太坊上的程序稱之為智能合約， 它是代碼和數據(狀態)的集合。

智能合約可以理解為在區塊鏈上可以自動執行的（由事件驅動的）、以代碼形式編寫的合同（特殊的交易）。

在比特幣腳本中，我們講到過比特幣的交易是可以編程的，但是比特幣腳本有很多的限制，能夠編寫的程序也有限，而以太坊則更加完備（在計算機科學術語中，稱它為是“圖靈完備的”），讓我們就像使用任何高級語言一樣來編寫幾乎可以做任何事情的程序（智能合約）。

智能合約非常適合對信任、安全和持久性要求較高的應用場景，比如：數字貨幣、數字資產、投票、保險、金融應用、預測市場、產權所有權管理、物聯網、點對點交易等等。
目前除數字貨幣之外，真正落地的應用還不多（就像移動平臺剛開始出來一樣），相信1到3年內，各種殺手級會慢慢出現。

編程語言：Solidity

智能合約的默認的編程語言是Solidity，文件擴展名以.sol結尾。
Solidity是和JavaScript相似的語言，用它來開發合約并編譯成以太坊虛擬機字節代碼。

還有長像Python的智能合約開發語言：Serpent，不過建議大家還是使用Solidity。

Browser-Solidity是一個瀏覽器的Solidity IDE, 大家可以點進去看看，以后我們更多文章介紹Solidity這個語言。

運行環境：EVM

EVM（Ethereum Virtual Machine）以太坊虛擬機是以太坊中智能合約的運行環境。

Solidity之于EVM，就像之于跟JVM的關系一樣，這樣大家就容易理解了。
以太坊虛擬機是一個隔離的環境，在EVM內部運行的代碼不能跟外部有聯系。

而EVM運行在以太坊節點上，當我們把合約部署到以太坊網絡上之后，合約就可以在以太坊網絡中運行了。

合約的編譯

以太坊虛擬機上運行的是合約的字節碼形式，需要我們在部署之前先對合約進行編譯，可以選擇Browser-Solidity Web IDE或solc編譯器。

合約的部署

在以太坊上開發應用時，常常要使用到以太坊客戶端（錢包）。平時我們在開發中，一般不接觸到客戶端或錢包的概念，它是什么呢？

以太坊客戶端（錢包）

以太坊客戶端，其實我們可以把它理解為一個開發者工具，它提供賬戶管理、挖礦、轉賬、智能合約的部署和執行等等功能。

EVM是由以太坊客戶端提供的。

Geth是典型的開發以太坊時使用的客戶端，基于Go語言開發。 Geth提供了一個交互式命令控制臺，通過命令控制臺中包含了以太坊的各種功能（API）。Geth的使用我們之后會有文章介紹，這里大家先有個概念。

Geth控制臺和Chrome瀏覽器開發者工具里的面的控制臺是類似，不過是跑在終端里。
相對于Geth，Mist則是圖形化操作界面的以太坊客戶端。

如何部署

智能合約的部署是指把合約字節碼發布到區塊鏈上，并使用一個特定的地址來標示這個合約，這個地址稱為合約賬戶。

以太坊中有兩類賬戶：

· 外部賬戶
該類賬戶被私鑰控制（由人控制），沒有關聯任何代碼。

· 合約賬戶
該類賬戶被它們的合約代碼控制且有代碼與之關聯。

和比特幣使用UTXO的設計不一樣，以太坊使用更為簡單的賬戶概念。
兩類賬戶對于EVM來說是一樣的。

外部賬戶與合約賬戶的區別和關系是這樣的：一個外部賬戶可以通過創建和用自己的私鑰來對交易進行簽名，來發送消息給另一個外部賬戶或合約賬戶。
在兩個外部賬戶之間傳送消息是價值轉移的過程。但從外部賬戶到合約賬戶的消息會激活合約賬戶的代碼，允許它執行各種動作（比如轉移代幣，寫入內部存儲，挖出一個新代幣，執行一些運算，創建一個新的合約等等）。
只有當外部賬戶發出指令時，合同賬戶才會執行相應的操作。

合約部署就是將編譯好的合約字節碼通過外部賬號發送交易的形式部署到以太坊區塊鏈上（由實際礦工出塊之后，才真正部署成功）。

運行

合約部署之后，當需要調用這個智能合約的方法時只需要向這個合約賬戶發送消息（交易）即可，通過消息觸發后智能合約的代碼就會在EVM中執行了。

Gas

和云計算相似，占用區塊鏈的資源（不管是簡單的轉賬交易，還是合約的部署和執行）同樣需要付出相應的費用（天下沒有免費的午餐對不對!）。
以太坊上用Gas機制來計費，Gas也可以認為是一個工作量單位，智能合約越復雜（計算步驟的數量和類型，占用的內存等），用來完成運行就需要越多Gas。
任何特定的合約所需的運行合約的Gas數量是固定的，由合約的復雜度決定。
而Gas價格由運行合約的人在提交運行合約請求的時候規定，以確定他愿意為這次交易愿意付出的費用：Gas價格（用以太幣計價） * Gas數量。

Gas的目的是限制執行交易所需的工作量，同時為執行支付費用。當EVM執行交易時，Gas將按照特定規則被逐漸消耗，無論執行到什么位置，一旦Gas被耗盡，將會觸發異常。當前調用幀所做的所有狀態修改都將被回滾， 如果執行結束還有Gas剩余，這些Gas將被返還給發送賬戶。

如果沒有這個限制，就會有人寫出無法停止（如：死循環）的合約來阻塞網絡。

因此實際上（把前面的內容串起來），我們需要一個有以太幣余額的外部賬戶，來發起一個交易（普通交易或部署、運行一個合約），運行時，礦工收取相應的工作量費用。

以太坊網絡

有些著急的同學要問了，沒有以太幣，要怎么進行智能合約的開發？可以選擇以下方式：

選擇以太坊官網測試網絡Testnet

測試網絡中，我們可以很容易獲得免費的以太幣，缺點是需要發很長時間初始化節點。

使用私有鏈

創建自己的以太幣私有測試網絡，通常也稱為私有鏈，我們可以用它來作為一個測試環境來開發、調試和測試智能合約。
通過上面提到的Geth很容易就可以創建一個屬于自己的測試網絡，以太幣想挖多少挖多少，也免去了同步正式網絡的整個區塊鏈數據。

使用開發者網絡(模式)

相比私有鏈，開發者網絡(模式)下，會自動分配一個有大量余額的開發者賬戶給我們使用。

使用模擬環境

另一個創建測試網絡的方法是使用testrpc，testrpc是在本地使用內存模擬的一個以太坊環境，對于開發調試來說，更方便快捷。而且testrpc可以在啟動時幫我們創建10個存有資金的測試賬戶。
進行合約開發時，可以在testrpc中測試通過后，再部署到Geth節點中去。

更新：testrpc 現在已經并入到Truffle 開發框架中，現在名字是Ganache CLI。

Dapp：去中心化的應用程序

以太坊社區把基于智能合約的應用稱為去中心化的應用程序(Decentralized App)。如果我們把區塊鏈理解為一個不可篡改的數據庫，智能合約理解為和數據庫打交道的程序，那就很容易理解Dapp了，一個Dapp不單單有智能合約，比如還需要有一個友好的用戶界面和其他的東西。

Truffle

Truffle是Dapp開發框架，他可以幫我們處理掉大量無關緊要的小事情，讓我們可以迅速開始寫代碼-編譯-部署-測試-打包DApp這個流程。

總結

我們現在來總結一下，以太坊是平臺，它讓我們方便的使用區塊鏈技術開發去中心化的應用，在這個應用中，使用Solidity來編寫和區塊鏈交互的智能合約，合約編寫好后之后，我們需要用以太坊客戶端用一個有余額的賬戶去部署及運行合約（使用Truffle框架可以更好的幫助我們做這些事情了）。為了開發方便，我們可以用Geth或testrpc來搭建一個測試網絡。

注：本文中為了方便大家理解，對一些概念做了類比，有些嚴格來不是準確，不過我也認為對于初學者，也沒有必要把每一個概念掌握的很細致和準確，學習是一個逐步深入的過程，很多時候我們會發現，過一段后，我們會對同一個東西有不一樣的理解。