摘要：第一節(jié)課程概述本課程面向初學(xué)者，內(nèi)容涵蓋以太坊開(kāi)發(fā)相關(guān)的基本概念，并將手把手地教大家如何構(gòu)建一個(gè)基于以太坊的完整去中心化應(yīng)用區(qū)塊鏈投票系統(tǒng)。第七節(jié)以太坊世界計(jì)算機(jī)以太坊是一種區(qū)塊鏈的實(shí)現(xiàn)。交易數(shù)據(jù)以太坊中每筆交易都存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上。

第一節(jié) 課程概述

本課程面向初學(xué)者，內(nèi)容涵蓋以太坊開(kāi)發(fā)相關(guān)的基本概念，并將手把手地教大家如何構(gòu)建一個(gè) 基于以太坊的完整去中心化應(yīng)用 —— 區(qū)塊鏈投票系統(tǒng)。

通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，你將掌握：

以太坊區(qū)塊鏈的基本知識(shí)

開(kāi)發(fā)和部署以太坊合約所需的軟件環(huán)境

使用高級(jí)語(yǔ)言（solidity）編寫(xiě)以太坊合約

使用NodeJS編譯、部署合約并與之交互

使用Truffle框架開(kāi)發(fā)分布式應(yīng)用

使用控制臺(tái)或網(wǎng)頁(yè)與合約進(jìn)行交互

前序知識(shí)要求

為了順利完成本課程，最好對(duì)以下技術(shù)已經(jīng)有一些基本了解：

一種面向?qū)ο蟮拈_(kāi)發(fā)語(yǔ)言，例如：Python，Ruby，Java...

前端開(kāi)發(fā)語(yǔ)言：HTML/CSS/JavaScript

Linxu命令行的使用

數(shù)據(jù)庫(kù)的基本概念

課程的所有代碼均已在Ubuntu（Trusty、Xenial）和 macOS 上測(cè)試過(guò)。

課程地址：http://xc.hubwiz.com/course/5a952991adb3847553d205d1

第二節(jié) 課程簡(jiǎn)介

在本課程中，我們將會(huì)構(gòu)建一個(gè)去中心化的（Decentralized）投票應(yīng)用。利用這個(gè)投票應(yīng)用， 用戶可以在不可信（trustless）的分布環(huán)境中對(duì)特定候選人投票，每次投票都會(huì)被記錄在區(qū)塊 鏈上：

所謂去中心化應(yīng)用（DApp：Dcentralized Application），就是一個(gè)不存在中心服務(wù)器 的應(yīng)用。在網(wǎng)絡(luò)中成百上千的電腦上，都可以運(yùn)行該應(yīng)用的副本，這使得它幾乎不可能 出現(xiàn)宕機(jī)的情況。

基于區(qū)塊鏈的投票是完全去中心化的，因此無(wú)須任何中心化機(jī)構(gòu)的存在。

第三節(jié) 開(kāi)發(fā)迭代

本課程將涵蓋應(yīng)用開(kāi)發(fā)的整個(gè)過(guò)程，我們將通過(guò)三次迭代來(lái)漸進(jìn)地引入?yún)^(qū)塊鏈應(yīng)用 開(kāi)發(fā)所涉及的相關(guān)概念、語(yǔ)言和工具：

Vanilla：在第一個(gè)迭代周期，我們不借助任何開(kāi)發(fā)框架，而僅僅使用NodeJS來(lái)進(jìn)行應(yīng)用開(kāi)發(fā)， 這有助于我們更好地理解區(qū)塊鏈應(yīng)用的核心理念。

Truffle：在第二個(gè)迭代周期，我們將使用最流行的去中心化應(yīng)用開(kāi)發(fā)框架Truffle進(jìn)行開(kāi)發(fā)。 使用開(kāi)發(fā)框架有助于我們提高開(kāi)發(fā)效率。

Token：在第三個(gè)迭代周期，我們將為投票應(yīng)用引入代幣（Token） —— 現(xiàn)在大家都改口 稱之為通證了 —— 都是ICO惹的禍。代幣是公鏈上不可或缺的激勵(lì)機(jī)制，也是區(qū)塊鏈 應(yīng)用區(qū)別于傳統(tǒng)的中心化應(yīng)用的另一個(gè)顯著特征。

為什么選擇投票應(yīng)用作為課程項(xiàng)目？

之所以選擇投票作為我們的第一個(gè)區(qū)塊鏈應(yīng)用，是因?yàn)榧w決策 —— 尤其是投票機(jī)制 —— 是以太坊的 一個(gè)核心的價(jià)值主張。

另一個(gè)原因在于，投票是很多復(fù)雜的去中心化應(yīng)用的基礎(chǔ)構(gòu)件，所以我們選擇了投票應(yīng)用作為學(xué)習(xí)區(qū)塊鏈 應(yīng)用開(kāi)發(fā)的第一個(gè)項(xiàng)目。

課程地址：http://xc.hubwiz.com/course/5a952991adb3847553d205d1

第四節(jié) 初識(shí)區(qū)塊鏈

如果你熟悉關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，就應(yīng)該知道一張數(shù)據(jù)表里可以包含很多行數(shù)據(jù)記錄。例如，下面的數(shù)據(jù)表中 包含了6條交易記錄：

本質(zhì)上，區(qū)塊鏈?zhǔn)紫染褪且粋€(gè)分布式（Distributed）數(shù)據(jù)庫(kù)，這個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)了一個(gè)不斷增長(zhǎng)的記錄列表。 現(xiàn)在，讓我們對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行批量（batch）存儲(chǔ)，比如每批 100 行，并將各存儲(chǔ)批次連接起來(lái)，是不是就像一條鏈？

在區(qū)塊鏈里，多個(gè)數(shù)據(jù)記錄組成的批次就被稱為塊（block），塊里的每一行數(shù)據(jù)記錄就被稱為交易（transaction）：

?

最開(kāi)始的那個(gè)塊，通常被稱為創(chuàng)世塊（genesis block），它不指向任何其他塊。

不可篡改性

區(qū)塊鏈的一個(gè)顯著特點(diǎn)是，數(shù)據(jù)一旦寫(xiě)入鏈中，就不可篡改重寫(xiě)。

在傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)中，你可以很容易地更新一條數(shù)據(jù)記錄。但是，在區(qū)塊鏈中，一旦數(shù)據(jù)寫(xiě)入就無(wú)法 再更新了 —— 因此，區(qū)塊鏈?zhǔn)且恢痹鲩L(zhǎng)的。

那么，區(qū)塊鏈?zhǔn)侨绾螌?shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的不可篡改特性？

這首先得益于哈希（Hash）函數(shù) —— 如果你還沒(méi)接觸過(guò)哈希函數(shù)，不妨將它視為一個(gè)數(shù)字指紋的計(jì)算函數(shù)： 輸入任意長(zhǎng)度的內(nèi)容，輸出定長(zhǎng)的碼流（指紋）。哈希函數(shù)的一個(gè)重要特性就是，輸入的任何一點(diǎn)微小變化，都會(huì) 導(dǎo)致輸出的改變。因此可以將哈希值作為內(nèi)容的指紋來(lái)使用。 你可以點(diǎn)擊這里進(jìn)一步了解哈希函數(shù)。

由于區(qū)塊鏈里的每個(gè)塊都存儲(chǔ)有前一個(gè)塊內(nèi)容的哈希值，因此如果有任何塊的內(nèi)容被篡改，被篡改的塊之后 所有塊的哈希值也會(huì)隨之改變，這樣我們就很容易檢測(cè)出區(qū)塊鏈的各塊是否被篡改了。

去中心化的挑戰(zhàn)

一旦完全去中心化，在網(wǎng)絡(luò)上就會(huì)存在大量的區(qū)塊鏈副本（即：全節(jié)點(diǎn)），很多事情都會(huì)變得比之前中心化 應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜的多，例如：

如何保證所有副本都已同步到最新?tīng)顟B(tài)？

如何保證所有交易都被廣播到所有運(yùn)行和維護(hù)區(qū)塊鏈副本的節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)上？

如何防止惡意參與者篡改區(qū)塊鏈

......

在接下來(lái)的課程中，通過(guò)與經(jīng)典的C/S架構(gòu)的對(duì)比，我們將逐步理解去中心化應(yīng)用的核心思路， 并掌握如何構(gòu)建以太坊上的去中心化應(yīng)用。

第五節(jié) C/S架構(gòu)以服務(wù)器為中心

理解去中心化應(yīng)用架構(gòu)的最好方法，就是將它與熟悉的Client/Server架構(gòu)進(jìn)行對(duì)比。如果你是一個(gè)web開(kāi)發(fā)者， 應(yīng)該對(duì)下圖很了解，這是一個(gè)典型的Client/Server架構(gòu)：

?

一個(gè)典型web應(yīng)用的服務(wù)端通常由 Java，Ruby，Python 等等語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。前端代碼由 HTML/CSS/JavaScript 實(shí)現(xiàn)。 然后將整個(gè)應(yīng)用托管在云端，比如 AWS、Google Cloud Platform、Heroku....，或者放在你租用的一個(gè)VPS?主機(jī)上。

用戶通過(guò)客戶端（Client）與 web 應(yīng)用（Server）進(jìn)行交互。典型的客戶端包括瀏覽器、命令行工具（curl、wget等）、 或者是API訪問(wèn)代碼。注意在這種架構(gòu)中，總是存在一個(gè)（或一組）中心化的 web 服務(wù)器，所有的客戶端都需要 與這一（組）服務(wù)器進(jìn)行交互。當(dāng)一個(gè)客戶端向服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器處理該請(qǐng)求，與數(shù)據(jù)庫(kù)/緩存進(jìn)行交互， 讀/寫(xiě)/更新數(shù)據(jù)庫(kù)，然后向客戶端返回響應(yīng)。

這是我們熟悉的中心化架構(gòu)。在下一節(jié)，我們將會(huì)看到基于區(qū)塊鏈的去中心化架構(gòu)的一些顯著區(qū)別。

第六節(jié) 去中心化架構(gòu)——彼此平等的節(jié)點(diǎn)

下圖給出了基于以太坊的去中心化應(yīng)用架構(gòu)：

?

你應(yīng)該已經(jīng)注意到，每個(gè)客戶端（瀏覽器）都是與各自的節(jié)點(diǎn)應(yīng)用實(shí)例進(jìn)行交互，而不是向 一個(gè)中心化的服務(wù)器請(qǐng)求服務(wù)。

在一個(gè)理想的去中心化環(huán)境中，每個(gè)想要跟DApp交互的人，都需要在他們的計(jì)算機(jī)或手機(jī)上面運(yùn)行 一個(gè)的完整區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn) —— 簡(jiǎn)言之，每個(gè)人都運(yùn)行一個(gè)全節(jié)點(diǎn)。這意味著，在能夠真正使用一個(gè) 去中心化應(yīng)用之前，用戶不得不下載整個(gè)區(qū)塊鏈。

不過(guò)我們并非生活在一個(gè)烏托邦里，期待每個(gè)用戶都先運(yùn)行一個(gè)全節(jié)點(diǎn)，然后再使用你的應(yīng)用是不現(xiàn)實(shí)的。 但是去中心化背后的核心思想，就是不依賴于中心化的服務(wù)器。所以，區(qū)塊鏈社區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)了 一些解決方案，例如提供公共區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)的Infura, 以及瀏覽器插件Metamask等。通過(guò)這些方案， 你就不需要花費(fèi)大量的硬盤(pán)、內(nèi)存和時(shí)間去下載并運(yùn)行完整的區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)，同時(shí)也可以利用去中心化 的優(yōu)點(diǎn)。我們將會(huì)以后的課程中對(duì)這些解決方案分別進(jìn)行評(píng)測(cè)。

第七節(jié) 以太坊——世界計(jì)算機(jī)

以太坊是一種區(qū)塊鏈的實(shí)現(xiàn)。在以太坊網(wǎng)絡(luò)中，眾多的節(jié)點(diǎn)彼此連接，構(gòu)成了以太坊網(wǎng)絡(luò)：

以太坊節(jié)點(diǎn)軟件提供兩個(gè)核心功能：數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、合約代碼執(zhí)行。

在每個(gè)以太坊全節(jié)點(diǎn)中，都保存有完整的區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)。以太坊不僅將交易數(shù)據(jù)保存在鏈上，編譯后 的合約代碼同樣也保存在鏈上。

以太坊全節(jié)點(diǎn)中，同時(shí)還提供了一個(gè)虛擬機(jī)來(lái)執(zhí)行合約代碼。

交易數(shù)據(jù)

以太坊中每筆交易都存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上。當(dāng)你部署合約時(shí)，一次部署就是一筆交易。當(dāng)你為候選者投票時(shí)，一次投票 又是另一筆交易。所有的這些交易都是公開(kāi)的，每個(gè)人都可以看到并進(jìn)行驗(yàn)證。這個(gè)數(shù)據(jù)永遠(yuǎn)也無(wú)法篡改。

為了確保網(wǎng)絡(luò)中的所有節(jié)點(diǎn)都有著同一份數(shù)據(jù)拷貝，并且沒(méi)有向數(shù)據(jù)庫(kù)中寫(xiě)入任何無(wú)效數(shù)據(jù)，以太坊 目前使用工作量證明?（POW：Proof Of Work）算法來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)安全，即通過(guò)礦工挖礦（Mining）來(lái)達(dá)成共識(shí)（Consensus）—— 將數(shù)據(jù)同步到所有節(jié)點(diǎn)。

工作量證明不是達(dá)成共識(shí)的唯一算法，挖礦也不是區(qū)塊鏈的唯一選擇。現(xiàn)在，我們只需要了解，共識(shí)是指各節(jié)點(diǎn) 的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)了一致，POW只是眾多用于建立共識(shí)的算法中的一種，這種算法需要通過(guò)礦工的挖礦來(lái)實(shí)現(xiàn)非可信環(huán)境下的 可信交易。共識(shí)是目的，POW是手段。

合約代碼

以太坊不僅僅在鏈上存儲(chǔ)交易數(shù)據(jù)，它還可以在鏈上存儲(chǔ)合約代碼。

在數(shù)據(jù)庫(kù)層面，區(qū)塊鏈的作用就是存儲(chǔ)交易數(shù)據(jù)。那么給候選者投票、或者檢索投票結(jié)果的邏輯放在哪兒呢？ 在以太坊的世界里，你可以使用Solidity語(yǔ)言來(lái)編寫(xiě)業(yè)務(wù)邏輯/應(yīng)用代碼（也就是合約：Contract）， 然后將合約代碼編譯為以太坊字節(jié)碼，并將字節(jié)碼部署到區(qū)塊鏈上：

編寫(xiě)合約代碼也可以使用其他的語(yǔ)言，不過(guò)?Solidity是到目前為止最流行的選擇。

以太坊虛擬機(jī)

以太坊區(qū)塊鏈不僅存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和代碼，每個(gè)節(jié)點(diǎn)中還包含一個(gè)虛擬機(jī)（EVM：Ethereum Virtual Machine）來(lái)執(zhí)行 合約代碼 —— 聽(tīng)起來(lái)就像計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)。

事實(shí)上，這一點(diǎn)是以太坊區(qū)別于比特幣（Bitcoin）的最核心的一點(diǎn)：虛擬機(jī)的存在使區(qū)塊鏈邁入了2.0 時(shí)代，也讓區(qū)塊鏈第一次成為應(yīng)用開(kāi)發(fā)者友好的平臺(tái)。

JS開(kāi)發(fā)庫(kù)

為了便于構(gòu)建基于web的DApp，以太坊還提供了一個(gè)非常方便的JavaScript庫(kù)web3.js，它封裝了以太坊節(jié)點(diǎn)的API 協(xié)議，從而讓開(kāi)發(fā)者可以輕松地連接到區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)而不必編寫(xiě)繁瑣的RPC協(xié)議包。所以，我們可以在常用的JS框架 （比如 reactjs、angularjs 等)中直接引入該庫(kù)來(lái)構(gòu)建去中心化應(yīng)用：

PC端課程地址：

http://xc.hubwiz.com/course/5a952991adb3847553d205d1

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