以太坊智能合約的生命週期

"A smart contract is a computer program executed in a secure environment that directly controls digital assets."

-- Vitalik Buterin

做爲以太坊的標誌性技術, 網絡上已經有很是多的文章對智能合約進行了介紹。今天Cindy將主要帶領你們經歷一場以太坊上智能合約的生命週期之旅, 一塊兒經歷合約存儲、建立、部署、執行、升級與銷燬的過程。

一塊兒出發吧！

第一站：合約存儲

-以太坊上兩種帳戶類型：a) 我的帳戶 b)合約帳戶-

首先，以太坊智能合約有兩種類型的帳戶：外部我的帳戶和合約帳戶。這兩種類型帳戶的功能和特色都不同。

其次，合約在部署時, 就會建立一個合約帳戶, 合約代碼的可執行字節碼(Bytecode)保存在合約帳戶(CA)中。具體來講就是存在帳戶 codehash 指向的存儲區域；codeHash 是代碼的 hash 值,建立後不可更改。

再次, 數據主要存儲在帳戶 storageRoot 指向的存儲區域；storageRoot 對應合約存儲結構的MPT樹根節點hash值，經過它可以在數據庫中檢索到合約的變量信息。

最後, 全部的基礎存儲目前都基於 leveldb, 一種 kv 數據庫。

第二站：合約建立

這裏咱們用用戶 A 的例子作說明。

1. 用戶 A 使用 solidity 等語言建立一份合約代碼
2. A 在 IDE/錢包/其餘客戶端，按必定的格式（from，data，value，Gas，GasPrice....）填寫 data，而後確認（即發起一次transaction）
3. 客戶端會填補 account nonce(tx計數器)、compile solidity、簽名 等操做，並將 to 字段置零（表明合約建立）。
4. 該 tx 廣播到網絡上，B 節點收到該 tx。
5. B 節點檢查 tx 是否有效、格式是否正確，驗證交易簽名是否合法。若是符合要求，計算可能的最大交易費用，肯定發送者的地址，並在本地的區塊鏈上查看發送者的餘額，若是帳戶餘額不足以支付最大的交易費用，則返回錯誤。
6. 對於符合要求的交易請求，B 將其放在交易存儲池中，並向其餘節點轉發（好比轉發給了C）。C 收到交易請求的節點重複用戶 B 的處理過程。

第三站：合約部署

咱們加入礦工B和C。

 

-部署與挖礦過程-

1. B 和 C 各自從本地的交易存儲池中拿到一批 TX，而後打包進行 hash 計算（挖礦）。

2. 假設 B 挖礦成功（得到了記帳權），B 會根據 A 提供的交易費用和合約代碼，建立合約帳戶，並在帳戶空間中部署合約。合約帳戶地址在建立合約的 tx 確認後返回給 A

3. B 打包好的區塊（包含 A 建立的智能合約）發送至對等節點，並在全網傳播。

4. C 接收到該區塊，驗證區塊，若是區塊經過驗證：
   a. C 從內存池中刪除 A 建立的智能合約交易請求
   b. C 將區塊連接到本地最長鏈上（同步區塊）
   c. C 將 A 的智能合約部署在本地區塊鏈中。

 

-區塊驗證過程-

第四站：合約執行

 

-合約執行過程-

1. 用戶 A 按照必定格式在網絡中發起一個 tx 請求；該請求被網絡中節點 B 收到: i. 若是符合要求，計算可能的最大交易費用（最大交易費用=Gas Limit×GasPrice），肯定發送方的地址，並在本地的區塊鏈上從發送方帳戶中減去相應費用 ii. 若是帳戶餘額不足，則返回錯誤，這條交易被直接丟棄。
2. B 同步到此交易，檢查交易是否有效、格式是否正確。
3. 符合要求的交易請求，用戶 B 將其放在交易存儲池中，並向其餘節點轉發. 其餘節點執行和B一樣的操做過程.
4. B 挖礦成功。 a. 對於轉帳交易，B 將該交易和其餘交易一塊兒打包到區塊。 b. 對於合約調用交易，B 將該交易和其餘交易一塊兒打包到區塊中，並在本地的 EVM 上運行合約代碼： i. 若是代碼並未結束而 Gas 已經用完，那麼因代碼運行而改變的狀態回滾到代碼運行以前，可是已經支付的交易費用不可收回，交易費用由B得到。 ii. 若是代碼運行結束 Gas 還有剩餘，那麼B只會得到消耗 的Gas×GasPrice 做爲手續費，不會收取剩餘 Gas 對應的手續費。 c. B 將包含 A 交易請求的區塊傳播到對等節點，在網絡中廣播。
5. C 節點收到該區塊後: a. 驗證區塊（用戶A的交易的合法性也被再次驗證） i. 驗證經過，C 將內存池中 A 的交易請求刪掉，同時將B的區塊添加到本地的區塊鏈中 ii. 驗證不經過，C 丟棄該區塊。 b. 執行區塊中的智能合約交易 i. C 在本地的 EVM 上運行該智能合約，並與 B 的執行結果互相驗證。
6. 網絡上其餘礦工節點重複 C 的執行過程：經過 EVM 在本地計算機上運行智能合約，做爲他們參與挖礦進程的一部分，而後得出一個結果並進行驗證。 a. 理論上，若是沒有人惡意操做，每一個計算機代碼運行的結果都是相同的，由於它們運行着提供了相同信息的相同合約代碼。

第五站：合約升級

1. 部署在以太坊區塊鏈上的代碼是不可改變的，即沒法從新部署一個新的合約到相同的地址上。（編者注：其實是能夠改變的。但須要）
2. 智能合約升級較爲困難，務必須要一次性將合約寫"完美"(測試/驗證要求極高)。
3. hacking 辦法: a. 部署一個擁有調用轉發功能的智能合約 b. 將收到的調用轉發到另一個包含邏輯功能的合約地址 c. 當進行合約升級時，只須要部署一個新的合約並修改轉發的目標地址，以指向新的合約。

第六站：合約銷燬

合約發起者能夠調用 selfdestruct() 方法便可銷燬合約。舉例：

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參考材料:

• https://blog.ethereum.org/2016/06/02/go-ethereums-jit-evm/
• https://github.com/ethereum/go-ethereum/blob/master/core/vm/evm.go
• 以太坊技術詳解與實戰. 閆鶯;鄭凱;郭衆鑫 編著 出版日期：2018年06月