區(qū)塊鏈開(kāi)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(lái)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(jī)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(gè)區(qū)別在即將到來(lái)的大都會(huì)升級(jí)中將會(huì)被抽象化。

外部擁有賬戶

一個(gè)外部擁有賬戶具有一下特性：

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有一個(gè)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）

·?

·?

通過(guò)私鑰控制

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·?

沒(méi)有相關(guān)聯(lián)的代碼

·?

合約賬戶

一個(gè)合約賬戶擁有一下特性：

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有一個(gè)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(guò)交易或者其他合約發(fā)送的call來(lái)激活

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

·?

所有以太坊區(qū)塊鏈上的行動(dòng)都是由各賬戶發(fā)送的交易激活。每次一個(gè)合約賬戶收到一個(gè)交易，交易自帶的參數(shù)都會(huì)成為代碼的輸入值運(yùn)行。合約代碼會(huì)被以太坊虛擬機(jī)（EVM）在每一個(gè)參與網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行，以作為它們新區(qū)塊的驗(yàn)證。

什么是交易和消息？

交易

"交易"這個(gè)術(shù)語(yǔ)在以太坊里被用來(lái)指代一個(gè)用來(lái)存儲(chǔ)消息的被簽名數(shù)據(jù)包在區(qū)塊鏈上從一個(gè)外部擁有賬戶發(fā)送至另一個(gè)賬戶的過(guò)程。

交易包括：

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這個(gè)消息的接收者

·?

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一個(gè)簽名，用來(lái)證明發(fā)送者有意向通過(guò)區(qū)塊鏈向接收者發(fā)送消息

·?

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價(jià)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(gè)可選的數(shù)據(jù)域，用來(lái)儲(chǔ)存發(fā)送給合約的消息

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

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一個(gè)GASPRICE值，代表了交易發(fā)送者愿意支付的gas費(fèi)用。一個(gè)單位的gas表示了執(zhí)行一個(gè)基本指令，例如一個(gè)計(jì)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(gè)永不串行且只在以太坊執(zhí)行環(huán)境中存在的虛擬對(duì)象。他們可以被理解為函數(shù)調(diào)用（function calls）。

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

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

·?

總的來(lái)說(shuō)，一個(gè)消息就像是一個(gè)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(yùn)行了CALL?或者DELEGATECALL這兩個(gè)命令時(shí)，就會(huì)生成一個(gè)消息。消息有的時(shí)候也被稱為"內(nèi)部交易"。與一個(gè)交易類(lèi)似，一個(gè)消息會(huì)引導(dǎo)接收的賬戶運(yùn)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(diǎn)和外部賬戶一樣。有許多人會(huì)誤用交易這個(gè)詞指代消息，所以可能消息這個(gè)詞已經(jīng)由于社區(qū)的共識(shí)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(shí)現(xiàn)了一個(gè)運(yùn)行環(huán)境，被稱為以太坊虛擬機(jī)（EVM）。每個(gè)參與到網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)都會(huì)運(yùn)行都會(huì)運(yùn)行EVM作為區(qū)塊驗(yàn)證協(xié)議的一部分。他們會(huì)驗(yàn)證區(qū)塊中涵蓋的每個(gè)交易并在EVM中運(yùn)行交易所觸發(fā)的代碼。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的全節(jié)點(diǎn)都會(huì)進(jìn)行相同的計(jì)算并儲(chǔ)存相同的值。合約執(zhí)行會(huì)在所有節(jié)點(diǎn)中被多次重復(fù)，這個(gè)事實(shí)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(jìn)行的運(yùn)算都不放到區(qū)塊鏈上進(jìn)行。對(duì)于每個(gè)被執(zhí)行的命令都會(huì)有一個(gè)特定的消耗，用單位gas計(jì)數(shù)。每個(gè)合約可以利用的命令都會(huì)有一個(gè)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(gè)gas limit（有的時(shí)候被稱為startGas）和一個(gè)交易愿為單位gas支付的費(fèi)用。礦工可以有選擇的打包這些交易并收取這些費(fèi)用。在現(xiàn)實(shí)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(fèi)用多少會(huì)影響到該交易被打包所需等待的時(shí)長(zhǎng)。如果該交易由于計(jì)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(gè)交易會(huì)被處理。如果gas總消耗超過(guò)gas limit，那么所有的操作都會(huì)被復(fù)原，但交易是成立的并且交易費(fèi)任會(huì)被礦工收取。區(qū)塊鏈會(huì)顯示這筆交易完成嘗試，但因?yàn)闆](méi)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(méi)有被使用的超量gas都會(huì)以以太幣的形式打回給交易發(fā)起者。因?yàn)?/span>gas消耗一般只是一個(gè)大致估算，所以許多用戶會(huì)超額支付gas來(lái)保證他們的交易會(huì)被接受。這沒(méi)什么問(wèn)題，因?yàn)槎嘤嗟?/span>gas會(huì)被退回給你。

估算交易消耗

一個(gè)交易的交易費(fèi)由兩個(gè)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(jià)格（用以太幣計(jì)算）

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交易費(fèi) = gasUsed * gasPrice

gasUsed

每個(gè)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(gè)estimateGas的API

gasPrice

一個(gè)用戶可以構(gòu)建和簽名一筆交易，但每個(gè)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(gè)默認(rèn)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(rèn)gasPrice即0.05e12 wei，那么基本上就很難又礦工去接受一個(gè)低gasPrice交易，更別說(shuō)0?gasPrice交易了。

交易費(fèi)案例

在被允許后，我將使用這個(gè)MyEtherWallet團(tuán)隊(duì)的例子并借用他們的分析。請(qǐng)參考他們與gas相關(guān)的介紹。他們還有一個(gè)小頁(yè)面方便大家把以太幣轉(zhuǎn)換成小單位的gas計(jì)數(shù)單位。

你可以將gasLimit理解為你汽車(chē)油箱的上限。同時(shí)將gasPrice理解為油價(jià)。

對(duì)于一輛車(chē)來(lái)說(shuō)，油價(jià)可能是 $2.5（價(jià)格）每升（單位）。在以太坊中，就是20 GWei（價(jià)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(gè)20 GWei的gas = 0.00042 ETH。

因此，總交易費(fèi)將會(huì)是0.00042以太幣。

發(fā)送代幣通常需要消耗大約5萬(wàn)至10萬(wàn)的gas，所以總交易費(fèi)會(huì)上升0.001至0.002個(gè)ETH。

什么是"區(qū)塊gas limit"?

區(qū)塊gas limit是單個(gè)區(qū)塊允許的最多gas總量，以此可以用來(lái)決定單個(gè)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(jìn)入這個(gè)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(gè)礦工可以選擇打包最后兩筆交易進(jìn)入這個(gè)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(gè)會(huì)使用超過(guò)當(dāng)前區(qū)塊gas limit的交易打包，這個(gè)交易會(huì)被網(wǎng)絡(luò)拒絕，你的以太坊客戶端會(huì)反饋錯(cuò)誤"交易超過(guò)區(qū)塊gas limit"。以下例子是來(lái)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(lái)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(jìn)一個(gè)區(qū)塊（區(qū)塊時(shí)間大約在15-20秒間波動(dòng)）。這個(gè)協(xié)議允許每個(gè)區(qū)塊的礦工調(diào)整區(qū)塊gas limit，任意加減 1/2024（0.0976%）。

誰(shuí)來(lái)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(gè)默認(rèn)的挖礦策略，即大多數(shù)客戶端默認(rèn)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(gè)挖礦軟件，例如ethminer。它會(huì)連接到一個(gè)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(xiàng)。這里是geth挖礦命令行選項(xiàng)以及Parity的選項(xiàng)。

以太坊網(wǎng)絡(luò)上的"DoS"攻擊是什么？

最近有些評(píng)論表示以太坊網(wǎng)絡(luò)正在慢慢減速，變得擁堵甚至無(wú)法使用。這些評(píng)論把這個(gè)減速的過(guò)程稱為對(duì)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(shí)就會(huì)出現(xiàn)所謂的DoS情況。同時(shí)，礦工有權(quán)利根據(jù)交易費(fèi)選擇打包哪些交易。如果當(dāng)時(shí)隊(duì)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(gè)小時(shí)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(gè)秋天，以太坊被某人或某個(gè)團(tuán)體攻擊了，通過(guò)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(guò)在他們的智能合約中反復(fù)的調(diào)用某些命令來(lái)讓客戶端難以處理這些計(jì)算，但是這些命令都只消耗少量的gas所以調(diào)用起來(lái)十分廉價(jià)。

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

非惡意的DoS

非惡意的DoS其實(shí)就是當(dāng)網(wǎng)絡(luò)面臨海量交易時(shí)需要比平常更多的時(shí)間來(lái)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(xiě)過(guò)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(shí)不會(huì)自動(dòng)調(diào)整？

主要原因：礦工們沒(méi)有使用gas limit動(dòng)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(guò)投票來(lái)決定gas limit的機(jī)制，所以區(qū)塊容量不需要經(jīng)過(guò)硬分叉就可以調(diào)整。最初，這個(gè)機(jī)制和另一個(gè)默認(rèn)策略是綁定在一起的，即礦工默認(rèn)投票使區(qū)塊gas limit至少有470萬(wàn)，并且趨向于最近1024個(gè)區(qū)塊gas使用量的1.5倍。這使得區(qū)塊容量會(huì)根據(jù)需求來(lái)自動(dòng)上升，同時(shí)也有一個(gè)可用來(lái)防御垃圾交易的限制。

就像"惡意的DoS"部分說(shuō)的，在歷史上有幾次礦工因?yàn)楣舻脑虿坏貌皇褂梅悄J(rèn)設(shè)置來(lái)幫助降低攻擊造成的影響。但現(xiàn)在的問(wèn)題是礦池在攻擊之后并沒(méi)有將設(shè)置改回默認(rèn)設(shè)置。大約一個(gè)月前，礦工被要求改變gas limit和gas price設(shè)置來(lái)再次加入gas limit動(dòng)態(tài)調(diào)整功能。因?yàn)樽罱拇鷰配N(xiāo)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(gè)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(gè)問(wèn)題？

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