2019年12月13日10:43:02
1.以太坊介绍
以太坊由俄罗斯开发者 Vitalik Buterin（V神）在2013年创建的，它针对比特币区块链系统缺少图灵完备等缺点，建立了一个可编程、图灵完备的区块链。
以太坊允许任何人通过智能合约在平台上建立和使用去中心化应用 Dapp(Decentralized Application)
1.1 比特币账户与以太坊账户比较
比特币：
比特币中的用户帐户余额是一个抽象概念。——比特币区块链不持有账户余额
用户的帐户余额是每个单独的UTXO的总和（该用户持有相应的私钥）。用户持有的密钥可用于单独签名/花费每个UTXO。
以太坊：
以太坊世界状态能够管理帐户余额。
以太坊是一个基于交易的“状态”机器。在以太坊中，账户余额存储在状态树中，该账户余额每次发生与该账户相关的交易时都会改变。
2.账户
以太坊中包含两类账户：外部账户和合约账户。外部账户和合约账户在以太坊下用同一数据结构表示，
1.外部账户(Externally owned account)：
被私钥控制。一个外部账户可以创建交易，来发送消息给另一个外部账户或合约账户，以此来触发转账交易和智能合约的调用、创建。
2.合约账户(Contract account)：
被它们的合约代码控制且有代码与之关联。合约账户不可以自己发起一个交易，只能被外部账户调用。
外部账户和合约账户在以太坊下用同一数据结构表示，每个账户包含了4个字段：
-
Balance
-
Nonce
-
Code Hash
-
Storage Hash
3. 交易数据结构
交易是一个序列化的二进制消息，其中包含以下数据：
- Nonce
- Gas Limit
- Gas Price
- To
- Value
- Data
- v r s
4.以太坊双花问题
1.以太坊协议支持分叉，则万一两个区块同时出块上链得到认可，且这两个区块中存在双花现象。
结论：可能存在这种情况，但最终只会有一笔交易有效
2.在以太坊里面，每个帐户下面也都管理着一个nonce值，这也是一个非常重要的数字。nonce解决了“双花”问题。
以太坊一个地址，就理解为一个帐号，在刚生成地址时，nonce为0，该地址每发送一笔交易，nonce值加1。
这也就是说，查看某地址的nonce值，可以知道该地址已经产生了多少笔链上交易。
3.举例：
A用户当前nonce值为10，然后A在短时间内分别向B, C 发起了2笔转帐交易，那nonce对应的是11，12。
矿工在打包交易的时候，会检查A的nonce值，不管矿工是先接收到12的交易，还是11的交易（网络传输），都一定是先打包nonce值为11的交易，再打包12的交易。
如果矿工先接收到12的交易，但是发现没有11的交易，这时交易会被挂起，一直等11的交易出现。
交易的执行顺序是依据nonce值
4.一笔交易的结构
5.交易分类
1.转账交易
2.创建合约
与普通交易的区别是 to_address 为零, data 为合约二进制代码
3.调用合约
与普通交易的区别是 to_address 为合约地址, data 为合约调用函数名的 hash 值 + 参数二进制值
6.世界状态
6.1 介绍
世界状态是地址到账户状态的映射。
虽然世界状态不保存在区块链上，世界状态也由树来保存数据。世界状态可以被视为随着交易的执行而持续更新的全局状态。
如果你想知道某一账户的余额，或者某智能合约当前的状态，就需要通过查询世界状态树来获取该账户的具体状态信息。
6.2 状态改变
7.Gas和费用
7.1 介绍
费用(fees)：
由以太坊网络上的交易而产生的每一次计算，都会产生费用。这个费用是以”gas”来支付。
gas就是用来衡量在一个具体计算和存储中要求的费用单位。
gas price就是你愿意在每个gas上花费Ether的数量，以“gwei”进行衡量。
7.2 举例gas如何消耗
例子：
假设发送者设置 gas limit 为50,000，gas price 为20Gwei。这就表示发送者愿意最多支付50,000*20 Gwei = 1,000,000,000,000,000 Wei = 0.001 Ether来执行此交易。
8.交易流程
8.1 基本流程
1、 发起交易：
指定目标地址和交易金额以及相关的gas/gaslimit发起相关交易，如果目标地址为空，则表示其为一个智能合约的交易。
2、 交易签名：
使用私钥对交易进行签名。
3、 提交交易：
把交易添加到交易池中，类似于比特币。签名验证后，通过一定的规则对池内的交易进行排序（如交易的gas）。
4、 广播交易：EVM执行交易，然后广播到其他节点。
5、 交易打包：POW工作量证明，然后形成新的区块打包交易。
6、 广播区块事件：即提交最终的区块。
8.2 具体细节
8.2.1 发起交易
指定To、value、gasLimit、gasPrice发起相关交易。
如果To（目标地址）为空，则表示其为一个智能合约的交易。
8.2.2 交易签名
1.
以太坊同样采用了比特币的签名算法：椭圆曲线数字签名算法 ECDSA ，选择的特定的椭圆曲线为：secp256k1。
差异化：在签名的格式有所差异
比特币中对签名数据格式采用严格的 DER 编码格式，其签名数据格式如下：
2.
以太坊中对内容签名时，未进行DER格式。
对比比特币签名，以太坊的签名格式是 r+s+v。
r 和 s 是 ECDSA 签名的原始输出，而末尾的一个字节为 recovery id 值，但在以太坊中用v表示，v 值为1或者0。
recovery id 简称 recid，表示从签名中成功恢复出公钥时需要查找的次数。
3.
整个交易签名过程分为五步:
1、创建交易 创建一条Transcation数据
2、序列化数据 根据RLP协议将创建的交易进行序列化处理
3、哈希计算 使用Keccak-256算法计算序列化数据哈希值
4、私钥签名 使用私钥对上一步哈希数据进行数字签名
5、字节拆分 对签名结果进行字节拆分，得出R、S、V。
8.2.3 提交交易
交易签名后就可以提交到交易缓冲池。用户可通过以太坊钱包或者调用以太坊节点API发送交易到一个运行中的以太坊geth节点。
1.查看当前的缓存池里面有没有这笔交易
- 对当前的交易进行验证——pool.validateTx(tx, local)
- 交易大小有没有超过规定大小（32kb）
- 交易金额不能小于0
- 交易gas值是否超出当前交易池设定的gaslimit
- 验证签名
- 验证给的gas price 必须要大于最低的gas price
- 验证是否可以取出对应的stat database
- 当前交易的Nonce一定要比当前这个from的Nonce大
- 验证交易金额是不是小于当前账户的金额
3.查看当前的pool有没有满，如果满了的话会把金额最低的交易踢出去
4.放入 pending 或者 queue list里面
8.2.4 挖矿流程
1.挖矿工作量证明
以太坊的挖矿过程与比特币几乎是一样的。以太坊的工作量证明算法被称为「Ethash」
Ethash 是 Ethereum 1.0 计划的 PoW 算法。算法基本内容如下：
1、首先根据块信息计算一个种子
2、使用这个种子，计算出一个16MB的cache数据。轻客户端需要存储这份cache.
3、通过cache，计算出一个1GB(初始大小)的数据集(DAG)，DAG可以理解为是一个完整的搜索空间，全客户端和矿工需要存储完整的DAG，挖矿过程中需要从DAG中重复的随机抽取数据拿去和其他数据计算mixhash，DAG中每个元素的生成只依赖于cache中的少量数据。每到一个新的纪元DAG会完全不一样，并且它的大小也随时间线性增长。
8.2.5 交易回执
不同于比特币，以太坊作为智能合约平台。每一笔交易作为消息在以太坊虚拟机中执行时，均会获得一个交易回执信息(Receipt)。
END
修改时间点：2019年12月13日12:31:38