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 基于以太坊的完整去中心化應(yīng)用 —— 區(qū)塊鏈投票系統(tǒng)。

通過本課程的學(xué)習(xí)，你將掌握：

以太坊區(qū)塊鏈的基本知識

開發(fā)和部署以太坊合約所需的軟件環(huán)境

使用高級語言（solidity）編寫以太坊合約

使用NodeJS編譯、部署合約并與之交互

使用Truffle框架開發(fā)分布式應(yīng)用

使用控制臺或網(wǎng)頁與合約進(jìn)行交互

前序知識要求

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

一種面向?qū)ο蟮拈_發(fā)語言，例如：Python，Ruby，Java...

前端開發(fā)語言：HTML/CSS/JavaScript

Linxu命令行的使用

數(shù)據(jù)庫的基本概念

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

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

第二節(jié) 課程簡介

在本課程中，我們將會構(gòu)建一個去中心化的（Decentralized）投票應(yīng)用。利用這個投票應(yīng)用， 用戶可以在不可信（trustless）的分布環(huán)境中對特定候選人投票，每次投票都會被記錄在區(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，因此無須任何中心化機(jī)構(gòu)的存在。

第三節(jié) 開發(fā)迭代

本課程將涵蓋應(yīng)用開發(fā)的整個過程，我們將通過三次迭代來漸進(jìn)地引入?yún)^(qū)塊鏈應(yīng)用 開發(fā)所涉及的相關(guān)概念、語言和工具：

Vanilla：在第一個迭代周期，我們不借助任何開發(fā)框架，而僅僅使用NodeJS來進(jìn)行應(yīng)用開發(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：在第二個迭代周期，我們將使用最流行的去中心化應(yīng)用開發(fā)框架Truffle進(jìn)行開發(fā)。 使用開發(fā)框架有助于我們提高開發(fā)效率。

Token：在第三個迭代周期，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)用的另一個顯著特征。

為什么選擇投票應(yīng)用作為課程項目？

之所以選擇投票作為我們的第一個區(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 一個核心的價值主張。

另一個原因在于，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)用開發(fā)的第一個項目。

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

第四節(jié) 初識區(qū)塊鏈

如果你熟悉關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，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€分布式（Distributed）數(shù)據(jù)庫，這個數(shù)據(jù)庫維護(hù)了一個不斷增長的記錄列表。 現(xiàn)在，讓我們對數(shù)據(jù)進(jìn)行批量（batch）存儲，比如每批 100 行，并將各存儲批次連接起來，是不是就像一條鏈？

在區(qū)塊鏈里，多個數(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）：

?

最開始的那個塊，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)塊鏈的一個顯著特點(diǎn)是，數(shù)據(jù)一旦寫入鏈中，就不可篡改重寫。

在傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中，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)寫入就無法 再更新了 —— 因此，區(qū)塊鏈?zhǔn)且恢痹鲩L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) —— 如果你還沒接觸過哈希函數(shù)，不妨將它視為一個數(shù)字指紋的計算函數(shù)： 輸入任意長度的內(nèi)容，輸出定長的碼流（指紋）。哈希函數(shù)的一個重要特性就是，輸入的任何一點(diǎn)微小變化，都會 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)塊鏈里的每個塊都存儲有前一個塊內(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隨之改變，這樣我們就很容易檢測出區(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)上就會存在大量的區(qū)塊鏈副本（即：全節(jié)點(diǎn)），很多事情都會變得比之前中心化 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狀態(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)計算機(jī)上？

如何防止惡意參與者篡改區(qū)塊鏈

......

在接下來的課程中，通過與經(jīng)典的C/S架構(gòu)的對比，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)行對比。如果你是一個web開發(fā)者， 應(yīng)該對下圖很了解，這是一個典型的Client/Server架構(gòu)：

?

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

用戶通過客戶端（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訪問代碼。注意在這種架構(gòu)中，總是存在一個（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)一個客戶端向服務(wù)器發(fā)出請求時，服務(wù)器處理該請求，與數(shù)據(jù)庫/緩存進(jìn)行交互， 讀/寫/更新數(shù)據(jù)庫，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 一個中心化的服務(wù)器請求服務(wù)。

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

不過我們并非生活在一個烏托邦里，期待每個用戶都先運(yùn)行一個全節(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。通過這些方案， 你就不需要花費(fèi)大量的硬盤、內(nèi)存和時間去下載并運(yùn)行完整的區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)，同時也可以利用去中心化 的優(yōu)點(diǎn)。我們將會以后的課程中對這些解決方案分別進(jìn)行評測。

第七節(jié) 以太坊——世界計算機(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)軟件提供兩個核心功能：數(shù)據(jù)存儲、合約代碼執(zhí)行。

在每個以太坊全節(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，同時還提供了一個虛擬機(jī)來執(zhí)行合約代碼。

交易數(shù)據(jù)

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

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，并且沒有向數(shù)據(jù)庫中寫入任何無效數(shù)據(jù)，以太坊 目前使用工作量證明?（POW：Proof Of Work）算法來保證網(wǎng)絡(luò)安全，即通過礦工挖礦（Mining）來達(dá)成共識（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的算法中的一種，這種算法需要通過礦工的挖礦來實(shí)現(xiàn)非可信環(huán)境下的 可信交易。共識是目的，POW是手段。

合約代碼

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

在數(shù)據(jù)庫層面，區(qū)塊鏈的作用就是存儲交易數(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語言來編寫業(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：

編寫合約代碼也可以使用其他的語言，不過?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)塊鏈不僅存儲數(shù)據(jù)和代碼，每個節(jié)點(diǎn)中還包含一個虛擬機(jī)（EVM：Ethereum Virtual Machine）來執(zhí)行 合約代碼 —— 聽起來就像計算機(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 時代，也讓區(qū)塊鏈第一次成為應(yīng)用開發(fā)者友好的平臺。

JS開發(fā)庫

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