區(qū)塊鏈開發(fā) 以太坊網(wǎng)絡(luò)基本概念詳解

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這篇文章是用來幫助人們理解以太坊網(wǎng)絡(luò)上的一些基本概念和體系，包括賬戶體系、gas、礦工在區(qū)塊大小設(shè)置機制里的角色等。

什么是賬戶？

外部擁有賬戶 vs 合約賬戶

以太坊中有兩種賬戶

·?外部擁有賬戶(EOA)

·?合約賬戶

這個區(qū)別在即將到來的大都會升級中將會被抽象化。

外部擁有賬戶

一個外部擁有賬戶具有一下特性：

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有一個以太幣余額

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可以發(fā)送交易（以太幣轉(zhuǎn)賬或者激活合約代碼）

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通過私鑰控制

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沒有相關(guān)聯(lián)的代碼

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合約賬戶

一個合約賬戶擁有一下特性：

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有一個以太幣余額

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有相關(guān)聯(lián)的代碼

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代碼執(zhí)行是通過交易或者其他合約發(fā)送的call來激活

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當(dāng)被執(zhí)行時 -- 運行在隨機復(fù)雜度 （圖靈完備性）-- 只能操作其擁有的特定儲存，例如可以擁有其永久state -- 可以call其他合約

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所有以太坊區(qū)塊鏈上的行動都是由各賬戶發(fā)送的交易激活。每次一個合約賬戶收到一個交易，交易自帶的參數(shù)都會成為代碼的輸入值運行。合約代碼會被以太坊虛擬機（EVM）在每一個參與網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點上運行，以作為它們新區(qū)塊的驗證。

什么是交易和消息？

交易

"交易"這個術(shù)語在以太坊里被用來指代一個用來存儲消息的被簽名數(shù)據(jù)包在區(qū)塊鏈上從一個外部擁有賬戶發(fā)送至另一個賬戶的過程。

交易包括：

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這個消息的接收者

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一個簽名，用來證明發(fā)送者有意向通過區(qū)塊鏈向接收者發(fā)送消息

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價值域 - 從發(fā)送方轉(zhuǎn)移到接受方的wei (ether/10^18) 的數(shù)量

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一個可選的數(shù)據(jù)域，用來儲存發(fā)送給合約的消息

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一個GASLIMIT值，代表了這個交易的執(zhí)行最多被允許使用的計算步驟

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一個GASPRICE值，代表了交易發(fā)送者愿意支付的gas費用。一個單位的gas表示了執(zhí)行一個基本指令，例如一個計算步驟

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消息

合約具有發(fā)送"消息"到其他合約的能力。消息是一個永不串行且只在以太坊執(zhí)行環(huán)境中存在的虛擬對象。他們可以被理解為函數(shù)調(diào)用（function calls）。

一個消息包括：

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明確的消息發(fā)送者

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消息的接收者

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一個可選的數(shù)據(jù)域，這是合約實際上的輸入數(shù)據(jù)

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一個GASLIMIT值，用來限制這個消息出發(fā)的代碼執(zhí)行可用的最大gas數(shù)量

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總的來說，一個消息就像是一個交易，除了它不是由外部賬戶生成，而是合約賬戶生成。當(dāng)合約正在執(zhí)行的代碼中運行了CALL?或者DELEGATECALL這兩個命令時，就會生成一個消息。消息有的時候也被稱為"內(nèi)部交易"。與一個交易類似，一個消息會引導(dǎo)接收的賬戶運行它的代碼。因此，合約賬戶可以與其他合約賬戶發(fā)生關(guān)系，這點和外部賬戶一樣。有許多人會誤用交易這個詞指代消息，所以可能消息這個詞已經(jīng)由于社區(qū)的共識而慢慢退出大家的視野，不再被使用。

什么是 gas？

以太坊在區(qū)塊鏈上實現(xiàn)了一個運行環(huán)境，被稱為以太坊虛擬機（EVM）。每個參與到網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點都會運行都會運行EVM作為區(qū)塊驗證協(xié)議的一部分。他們會驗證區(qū)塊中涵蓋的每個交易并在EVM中運行交易所觸發(fā)的代碼。每個網(wǎng)絡(luò)中的全節(jié)點都會進行相同的計算并儲存相同的值。合約執(zhí)行會在所有節(jié)點中被多次重復(fù)，這個事實得使得合約執(zhí)行的消耗變得昂貴，所以這也促使大家將能在鏈下進行的運算都不放到區(qū)塊鏈上進行。對于每個被執(zhí)行的命令都會有一個特定的消耗，用單位gas計數(shù)。每個合約可以利用的命令都會有一個相應(yīng)的gas值。這里列了一些命令的gas消耗。

gas和交易消耗的gas

每筆交易都被要求包括一個gas limit（有的時候被稱為startGas）和一個交易愿為單位gas支付的費用。礦工可以有選擇的打包這些交易并收取這些費用。在現(xiàn)實中，今天所有的交易最終都是由礦工選擇的，但是用戶所選擇支付的交易費用多少會影響到該交易被打包所需等待的時長。如果該交易由于計算，包括原始消息和一些觸發(fā)的其他消息，需要使用的gas數(shù)量小于或等于所設(shè)置的gas limit，那么這個交易會被處理。如果gas總消耗超過gas limit，那么所有的操作都會被復(fù)原，但交易是成立的并且交易費任會被礦工收取。區(qū)塊鏈會顯示這筆交易完成嘗試，但因為沒有提供足夠的gas導(dǎo)致所有的合約命令都被復(fù)原。所以交易里沒有被使用的超量gas都會以以太幣的形式打回給交易發(fā)起者。因為gas消耗一般只是一個大致估算，所以許多用戶會超額支付gas來保證他們的交易會被接受。這沒什么問題，因為多余的gas會被退回給你。

估算交易消耗

一個交易的交易費由兩個因素組成：

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gasUsed：該交易消耗的總gas數(shù)量

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gasPrice：該交易中單位gas的價格（用以太幣計算）

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交易費 = gasUsed * gasPrice

gasUsed

每個EVM中的命令都被設(shè)置了相應(yīng)的gas消耗值。gasUsed是所有被執(zhí)行的命令的gas消耗值總和。

如果希望估算gasUsed，可以使用這個estimateGas的API

gasPrice

一個用戶可以構(gòu)建和簽名一筆交易，但每個用戶都可以各自設(shè)置自己希望使用的gasPrice，甚至可以是0。然而，以太坊客戶端的Frontier版本有一個默認的gasPrice，即0.05e12 wei。礦工為了最大化他們的收益，如果大量的交易都是使用默認gasPrice即0.05e12 wei，那么基本上就很難又礦工去接受一個低gasPrice交易，更別說0?gasPrice交易了。

交易費案例

在被允許后，我將使用這個MyEtherWallet團隊的例子并借用他們的分析。請參考他們與gas相關(guān)的介紹。他們還有一個小頁面方便大家把以太幣轉(zhuǎn)換成小單位的gas計數(shù)單位。

你可以將gasLimit理解為你汽車油箱的上限。同時將gasPrice理解為油價。

對于一輛車來說，油價可能是 $2.5（價格）每升（單位）。在以太坊中，就是20 GWei（價格）每gas（單位）。為了填滿你的"油箱"，需要 10升$2.5的油 = $25。同樣的，21000個20 GWei的gas = 0.00042 ETH。

因此，總交易費將會是0.00042以太幣。

發(fā)送代幣通常需要消耗大約5萬至10萬的gas，所以總交易費會上升0.001至0.002個ETH。

什么是"區(qū)塊gas limit"?

區(qū)塊gas limit是單個區(qū)塊允許的最多gas總量，以此可以用來決定單個區(qū)塊中能打包多少筆交易。例如，我們有5筆交易的gas limit分別是10、20、30、40和50.如果區(qū)塊gas limit是100，那么前4筆交易就能被成功打包進入這個區(qū)塊。礦工有權(quán)決定將哪些交易打包入?yún)^(qū)塊。所以，另一個礦工可以選擇打包最后兩筆交易進入這個區(qū)塊（50+40），然后再將第一筆交易打包（10）。如果你嘗試將一個會使用超過當(dāng)前區(qū)塊gas limit的交易打包，這個交易會被網(wǎng)絡(luò)拒絕，你的以太坊客戶端會反饋錯誤"交易超過區(qū)塊gas limit"。以下例子是來自于以太坊StackExhcange的帖子。

目前區(qū)塊的gas limit是?4,712,357 gas，數(shù)據(jù)來自于ethstats.net，這表示著大約224筆轉(zhuǎn)賬交易（gas limit為21000）可以被塞進一個區(qū)塊（區(qū)塊時間大約在15-20秒間波動）。這個協(xié)議允許每個區(qū)塊的礦工調(diào)整區(qū)塊gas limit，任意加減 1/2024（0.0976%）。

誰來決定

區(qū)塊的gas limit是由在網(wǎng)絡(luò)上的礦工決定的。與可調(diào)整的區(qū)塊gas limit協(xié)議不同的是一個默認的挖礦策略，即大多數(shù)客戶端默認最小區(qū)塊gas limit為4,712,388。

區(qū)塊gas limit是怎樣改變的

以太坊上的礦工需要用一個挖礦軟件，例如ethminer。它會連接到一個geth或者Parity以太坊客戶端。Geth和Pairty都有讓礦工可以更改配置的選項。這里是geth挖礦命令行選項以及Parity的選項。

以太坊網(wǎng)絡(luò)上的"DoS"攻擊是什么？

最近有些評論表示以太坊網(wǎng)絡(luò)正在慢慢減速，變得擁堵甚至無法使用。這些評論把這個減速的過程稱為對以太坊網(wǎng)絡(luò)的"DoS"攻擊。當(dāng)以太坊網(wǎng)絡(luò)上持續(xù)地出現(xiàn)全滿區(qū)塊并且有大量交易在網(wǎng)絡(luò)上待處理時就會出現(xiàn)所謂的DoS情況。同時，礦工有權(quán)利根據(jù)交易費選擇打包哪些交易。如果當(dāng)時隊列中（交易池中）有上千筆交易正在等待打包，那么就有可能造成幾個小時的非正常交易延遲。DDoS可能是惡意的也有可能是非惡意的。

惡意的DoS

上個秋天，以太坊被某人或某個團體攻擊了，通過大量制造垃圾交易。這次攻擊在如下博客有介紹：

攻擊者通過在他們的智能合約中反復(fù)的調(diào)用某些命令來讓客戶端難以處理這些計算，但是這些命令都只消耗少量的gas所以調(diào)用起來十分廉價。

在這次攻擊中，礦工被要求降低gas limit到150萬，在后來的另一次事件中更改到了200萬。也有幾次其他的事件要求礦工在網(wǎng)絡(luò)被攻擊時降低區(qū)塊gas limit。

非惡意的DoS

非惡意的DoS其實就是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)面臨海量交易時需要比平常更多的時間來處理一筆交易。最近由于ICO的流行，以太坊網(wǎng)絡(luò)多次被交易填滿。Infura的朋友們寫過一篇與此相關(guān)的技術(shù)分析文章。

為什么區(qū)塊gas limit在區(qū)塊被填滿時不會自動調(diào)整？

主要原因：礦工們沒有使用gas limit動態(tài)調(diào)整的功能。

以太坊協(xié)議中存在著讓礦工可以通過投票來決定gas limit的機制，所以區(qū)塊容量不需要經(jīng)過硬分叉就可以調(diào)整。最初，這個機制和另一個默認策略是綁定在一起的，即礦工默認投票使區(qū)塊gas limit至少有470萬，并且趨向于最近1024個區(qū)塊gas使用量的1.5倍。這使得區(qū)塊容量會根據(jù)需求來自動上升，同時也有一個可用來防御垃圾交易的限制。

就像"惡意的DoS"部分說的，在歷史上有幾次礦工因為攻擊的原因不得不使用非默認設(shè)置來幫助降低攻擊造成的影響。但現(xiàn)在的問題是礦池在攻擊之后并沒有將設(shè)置改回默認設(shè)置。大約一個月前，礦工被要求改變gas limit和gas price設(shè)置來再次加入gas limit動態(tài)調(diào)整功能。因為最近的代幣銷售火爆導(dǎo)致很多區(qū)塊被填滿并且區(qū)塊鏈交易堵塞。

ETH Gas Station是一個人們可以查閱最新區(qū)塊gas limit設(shè)置的網(wǎng)站。

礦工需要做什么才能修復(fù)這個問題？

礦工可以在Geth或者Parity客戶端中更改設(shè)置來重啟動態(tài)gas limit調(diào)整。注意：這些設(shè)置是在這個Reddit帖子找到的，其實可以被設(shè)置的更高（參考這個帖子）。

Geth

推薦設(shè)置

--gasprice 4000000000 --targetgaslimit 4712388

解釋

--targetgaslimit Target gas limit sets the artificial target gas floor for the blocks to mine (default: “4712388”) --gasprice Minimal gas price to accept for mining a transactions (default: “20000000000”). Note: gasprice is listed in?wei.

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【本為由小六編輯，區(qū)塊鏈開發(fā)Yuanzhongruikeji (源中瑞科技)】

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