以太坊智能合约

在介绍以太坊相关内容的时候，智能合约是最为重要的一块，以太坊中的智能合约让区块链从比特币1.0，步入到区块链2.0，更多的应用可以基于以太坊平台开发出现。

智能合约

现实生活中的合约，一般一式几份，给与合约的签署方，然后根据纸质合约执行合约条款。在讲到智能合约的时候，明确一个概念“代码即规则”。那么基于这个原则，智能合约就类似一个代理人的角色，在区块链上智能合约就是：合约代码+存储空间的虚拟账户。 

智能合约中的行为由code（代码）来控制，那么智能合约的账户存储合约的状态。在以太坊上核心就是EVM（以太坊虚拟机），合约代码的执行都在EVM中进行。当然每个节点都会有一个EVM，EVM是一个图灵完备的虚拟机。（想了解图灵完备可以参考磨链社区的相关输出）

EVM简介

EVM是图灵完备虚拟机器。EVM存在而典型图灵完备机器不存在的唯一限制就是EVM本质上是被gas束缚。因此，可以完成的计算总量本质上是被提供的gas总量限制的。EVM具有基于堆栈的架构。堆栈机器 就是使用后进先出来保存临时值的计算机。

EVM的存储方式有三种：

栈（Stack）

账户存储（Storage）

内存（Memory）

有一定计算机基础的应该理解。栈是常见的线性数据结构，先进后出的模式。EVM基于栈的虚拟机，那么所有的运算都在栈上，一个栈之前提到是256bit。账户存储和内存将EVM的账户存储和内存类比成我们通常看到的计算机的硬盘和内存。

EVM中每个堆栈项的大小为256bit，堆栈有一个最大的大小，为1024bit。

EVM有内存，项目按照可寻址字节数组来存储。内存是易失性的，也就是数据是不持久的。

EVM也有一个存储器。不像内存，存储器是非易失性的，并作为系统状态的一部分进行维护。EVM分开保存程序代码，在虚拟ROM 中只能通过特殊指令来访问。这样的话，EVM就与典型的冯·诺依曼架构 不同，此架构将程序的代码存储在内存或存储器中。

EVM同样有属于它自己的语言：“EVM字节码”，当一个程序员比如你或我写一个在以太坊上运行的智能合约时，我们通常都是用高级语言例如Solidity来编写代码。然后我们可以将它编译成EVM可以理解的EVM字节码。（摘自以太坊工作原理）

那么问题来了，代码在EVM中执行，以太坊网络中每个节点都有一个EVM，的确是每个节点的EVM都会去工作，必须通过在EVM中执行代码来验证区块的结果状态。这样通常理解就是大量的计算资源的浪费，那么从安全性的方面来考虑，在一个去中介化的区块链系统中，这个是保证整体的安全性的必要操作。当然每个节点在执行过程中会出现不同的情况，但是在区块链系统中必须要达到完全的一致，这就使得EVM和智能合约存在一定的局限性。出现不确定的结果无法达成共识。这种场景下必须再次同步区块达成一致性。

指令集

EVM有专门的指令集，包括了一般常见的算术运算、位运算、逻辑运算、条件判断等，针对区块链架构还要专门的合约访问区块号，区块时间戳等指令。所有的指令以256bit位单位来传递。智能合约的编译就是讲高级语言写的代码编译为指令集字节码。

消息调用

以太坊中在合约执行过程中通过创建消息的方式来调用其他合约。 

简述消息调用过程：

智能合约A发送一条消息（内容：发送者、接收者、value、Gas等相关信息）给智能合约B，消息的格式和交易很类似。区别在于消息使用call指令，在区块链中不产生一个交易的记录。

智能合约B收到消息，访问消息的数据区去获取参数，执行合约的代码。

智能合约B执行后结果返回给智能合约A。

智能合约A把智能合约B返回消息单独放在一块内存空间。

代理调用

只从目标合约去获取代码并执行，不改变当前的环境。使得智能合约在运行过程中动态从其他地址加载代码。

区块链中智能合约的优点

智能合约在区块链中有着革命性的作用，那么合约上链后和传统的合约对比有如下优点：

代码即规则，代码逻辑明确，合约内容规则更加明确。

区块链网络中节点互相独立，那么需要形成共识后写入，整个过程中记录不可篡改，那么区块链保存了合约的执行记录，整个过程明确可追溯。且合约的执行力可以依赖区块链协议强力保证。

智能合约执行流程

合约创建流程具体内容

创建合约编写智能合约

编译智能合约代码编译成字节码

部署把字节码部署到区块链网络中

格式from：发起者、to：空、value：数值、data：字节码、signature：签名

调用发起交易调用合约

格式from：发起者、to：SC地址、value：数值、data：方法调用、signature：签名

智能合约语言Solidity

它的语法接近于Javascript，是一种面向对象的语言。但作为一种真正意义上运行在网络上的去中心合约，它又有很多的不同，下面列举一些： 

以太坊底层是基于帐户，而非UTXO的，所以有一个特殊的Address的类型。用于定位用户，定位合约，定位合约的代码（合约本身也是一个帐户）。 

由于语言内嵌框架是支持支付的，所以提供了一些关键字，如payable，可以在语言层面直接支持支付，而且超级简单。 

存储是使用网络上的区块链，数据的每一个状态都可以永久存储，所以需要确定变量使用内存，还是区块链。 

运行环境是在去中心化的网络上，会比较强调合约或函数执行的调用的方式。因为原来一个简单的函数调用变为了一个网络上的节点中的代码执行，分布式的感觉。 

最后一个非常大的不同则是它的异常机制，一旦出现异常，所有的执行都将会被回撤，这主要是为了保证合约执行的原子性，以避免中间状态出现的数据不一致。