1. 什么是以太坊？
以太坊（Ethereum）是一个开源的区块链平台，旨在支持去中心化应用（dApps）和智能合约。与比特币不同，以太坊不仅仅是一个去中心化的账本，更是一个全球计算平台，通过智能合约来实现各种自动化逻辑和规则。
** 以太坊的核心组成部分：**
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以太坊虚拟机（EVM）：以太坊的执行环境，负责运行智能合约代码。
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账户模型：包括两种账户类型：
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外部账户（EOA）：由用户持有，通过私钥控制。
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合约账户（Contract Account）：由智能合约控制，部署后无法更改代码。
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Gas机制：每次交易或合约执行都会消耗 Gas，Gas 的费用由用户支付，防止资源滥用。
合约账户 VS 普通账户：
这样理解：合约就是一个“带有功能和逻辑的账户”，它的功能类似于自动执行某些任务的“机器人”，不同的是，它的行为完全由部署时写入的智能合约代码决定，且无法随意更改。
智能合约 = 具备逻辑功能的账户。
它不仅能持有资产，还能根据调用者的请求执行代码逻辑。通过这种方式，区块链不仅是一个账本，更是一个去中心化的全球计算平台。
2. 智能合约的概念
什么是智能合约？
**智能合约（Smart Contract）**是存储在区块链上的一种“自执行代码”，当满足特定条件时会自动执行。它由代码和数据组成，具有以下特点：
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不可篡改：一旦部署，代码和逻辑无法更改。
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自动执行：触发条件满足时自动运行。
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透明可信：所有人都可以查看合约代码，执行过程公开透明。
智能合约与账户：
可以将智能合约理解为一种特殊的区块链账户：
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拥有自己的地址：其他用户或合约可以向其发送交易。
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可以持有资产：合约账户可以持有和管理以太币或代币。
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自动执行逻辑：根据预定义的规则处理交易和数据。
3. 智能合约执行过程
1. 部署合约：
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用户通过一笔交易将合约代码部署到区块链。
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合约会获得一个唯一的地址，其他用户或合约可以与之交互。
2. 触发执行：
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用户或其他合约通过交易调用合约函数。
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输入参数会被传递到合约，执行对应的逻辑。
3. 状态更新：
- 合约的执行结果会更新区块链上的状态，例如修改存储变量、发送代币等。
4. Gas消耗：
- 执行合约需要计算资源，消耗 Gas。Gas 的费用由调用者支付，按执行的指令数量计算。
4. 以太坊区块结构与合约状态存储
在以太坊中，区块只记录交易和状态变化的摘要，不直接存储合约状态。合约状态存储在一个全球的状态树中。每个区块包含以下内容：
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交易列表：包括用户发起的交易和合约调用。
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状态根：状态树的哈希值，用于记录链上所有账户和合约的状态。
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区块头：包括时间戳、前一个区块哈希、区块高度等信息。
5. Go语言实现简单的以太坊模型
package main
import (
"fmt"
"math/rand"
"time"
)
// 定义区块结构体
type Block struct {
Timestamp int64
PreviousHash string
Hash string
Data string
GasUsed int
Signer string
}
// 定义区块链结构体
type Blockchain struct {
blocks []*Block
Validators map[string]int
TotalSupply int
BlockRewards int
ContractState map[string]map[string]string // 合约地址 -> 状态存储
}
// 创建新的区块
func NewBlock(data string, previousHash string, signer string, gasUsed int) *Block {
return &Block{
Timestamp: time.Now().Unix(),
PreviousHash: previousHash,
Hash: fmt.Sprintf("%x", rand.Int63()), // 简化的哈希
Data: data,
GasUsed: gasUsed,
Signer: signer,
}
}
// 初始化区块链
func NewBlockchain() *Blockchain {
genesisBlock := NewBlock("Genesis Block", "", "", 0)
return &Blockchain{
blocks: []*Block{genesisBlock},
Validators: make(map[string]int),
TotalSupply: 1000000,
BlockRewards: 100,
ContractState: make(map[string]map[string]string),
}
}
// 执行智能合约
func (bc *Blockchain) ExecuteContract(contractAddress string, function string, params []string, gasLimit int) {
contract, exists := bc.ContractState[contractAddress]
if !exists {
fmt.Println("合约不存在")
return
}
// 模拟执行逻辑并消耗 Gas
gasConsumed := rand.Intn(gasLimit) + 1
if gasConsumed > gasLimit {
fmt.Println("Gas 不足，执行失败")
return
}
contract["lastFunction"] = function
fmt.Printf("合约 %s 执行成功，消耗 Gas: %d\n", contractAddress, gasConsumed)
bc.TotalSupply -= gasConsumed
}
func main() {
// 初始化区块链
blockchain := NewBlockchain()
// 部署合约
contractAddress := "contract1"
blockchain.ContractState[contractAddress] = make(map[string]string)
// 执行合约
blockchain.ExecuteContract(contractAddress, "setBalance", []string{"100"}, 50)
}
代码解读：
1. 合约部署：
• 使用 DeployContract 方法，部署者提供字节码，区块链会为合约生成一个地址，并初始化存储。
2. 合约执行：
• 通过 ExecuteContract 方法，检查执行权限、消耗 Gas，并模拟状态更新。
3. 状态存储：
• 每个合约都有独立的 State，存储执行后的变量和数据。
注意：在真实的以太坊中，合约的存储结构和状态管理依赖于复杂的数据结构（如默克尔树）和 EVM。
6. 总结
以太坊是一个支持智能合约的去中心化计算平台，它将代码和数据存储在区块链上，允许开发者构建和运行去中心化应用。通过 Gas 机制和 PoS 等共识算法，确保了系统的安全性和资源分配。智能合约作为一种特殊账户，结合逻辑执行和状态管理，使以太坊成为区块链领域的重要技术基础。
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