BTA | 杨德升：掌握这些技术点，现在就能做一个Dapp！
BTA | 杨德升：掌握这些技术点，现在就能做一个Dapp！
区块链大本营出品
整理 | Aholiab
3月30日~3月31日，由CSDN、火星财经主办，中关村区块链产业联盟、柏链道捷、区块链大本营、TokenSky联合主办的区块链技术及应用峰会(BTA)·中国，在北京喜来登长城饭店盛大举行。
作为时下最热门的行业话题，区块链以其颠覆性的技术理念，正在对各个行业施以影响，吸引了全球技术圈、投资者、创业者的关注。为了深入理解区块链及其背后的技术本质，本次大会邀请了80+区块链技术领导人物、100+区块链投资商业大咖，就区块链的发展趋势进行探讨，让人们有机会全面了解这一全新的生态。
作为本届大会的重要嘉宾之一，以太坊智能合约 DApps「以太红包」作者、原ofo技术副总裁杨德升，在「区块链核心技术峰会」中分享了题为《深入以太坊DApp架构和开发实战》的主题演讲。
杨德升：毕业于上海交通大学，以太坊智能合约 DApps「以太红包」作者，原 ofo 技术副总裁、周伯通招聘联合创始人 CTO、曜辉科技联合创始人 CTO、开源社区 ThinkSNS 核心开发者，拥有一项互联网技术发明专利，在社交产品、互联网技术、高性能架构、区块链技术等方面有丰富的经验。
在演讲中，他以以太坊的核心设计理念、以太坊的能力边界和基础架构为出发，通过对区块链/以太坊的本质、智能合约的工作原理、DApps的架构拆解等话题的展开，对其进行深入解读。并提出，Dapp的应用场景，应该是从纯数字世界，到无人值守的物理设备（CDN、IoT），再到人类社会和现实世界的倒金字塔结构。
以下是杨德升的演讲实录：
前面几位嘉宾分享的都是比较前沿的技术，我之前的工作是比较偏落地、有实际业务承载的项目，现在在区块链方向发展。今天我想跟大家分享四个概念：
- 以太坊的核心概念、设计理念；
- 以太坊的能力边界；
- 以太坊应用的基础架构；
- 以太坊应用的发展方向。
希望我对以上四点的阐述，能帮助大家做出好的选择，并对DApps落地的常见做法，有简要的掌握。
区块链、以太坊的本质
区域链（Block chain）是一种利用去中心化和去信任方式集体维护一本数据簿的技术方案。该方案让参与系统中的任意多个节点，通过一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每个数据中都包含了一定时间内的系统全部信息交流的数据，并生成数据指纹用于验证其信息的有效性和链接下一个数据库块。
而以太坊则是一个记录「以太币余额+链上代码+EMV虚拟机状态」的分布式账本，也可以看做一种编程语言，支持完备的公有链。开发者能够基于它建立和发布下一代分布式应用。
智能合约的工作原理
智能合约包含几个基本概念，理解这几个基本概念，我们就能搞清楚以太坊到底是怎么工作的。
账户
以太坊的账号系统分为两种：1）外部拥有账户（EOA），也称为「普通账户」；2）合约账户（Contract Account）。这两种账户与我们所熟知的账户概念有相似之处，却也有很大的区别，更不同与比特币中的UTXO。
普通账户：我们存放以太币的账户，可以随意生成、余额可以转账，与大家熟知的账户概念类似。它拥有以下特性：
- 拥有以太币余额的balance（以太币存放的地方，与比特币的UTXO模式不同）；
- 用于确定每笔交易只能被处理一次的计数器（nonce）；
- 发送交易（以太币转账、发布合约、调用智能合约）；
- 通过私钥控制；
- 没有相关的代码。
合约账户：功能与数据的合集，存在于以太坊的特定地址。与普通账户类似，有自己的余额，有私钥和公钥，代码完全公开，人和人都可以对智能合约产生交互，并且在合约中做一些验证。它具有以下特点：
- 拥有以太币余额；
- 拥有相关的代码；
- 通过交易或消息调用的方式触发并由以太坊虚拟机（EVM）解释执行。
当被执行时：
- 运行在随机复杂度（图灵完备性）；
- 只能操作其拥有的特定储存，例如可以拥有其永久的状态；
- 可以调用其他合约。
抽象来看，无论是那种账号的背后都是一个统一的以太坊的状态，以太坊也可以被看成是基于交易（Transaction）的状态机，一个一个的状态不断地变化着。
以太坊虚拟机（Ethereum Virtual Machine，EVM）
EVM是以太坊的一部分，是智能合约得以执行的一个运行环境，这一点做互联网技术的应该很好理解。EVM在执行每一步智能合约代码的时候，执行的结果都是每一个区块打包的重要部分，它被写在定义里。
除此之外，EVM也可以理解为一个以太坊的客户端，以及一个完全隔离的沙箱，它不能访问线程、文件系统和外部网络。
智能合约
智能合约就是代码+数据（功能+状态）；Solidity（智能合约开发工具）在设计时参考 JavaScript、Python 等高阶语言。此外，如同现实中的合同一样，智能合约一旦发布是不可更改的，例如交易时间、交易金额、违约条款、补充协议等。
不过智能合同可以被销毁，再做一个新的。
交易和消息（Transactions & Messages）
交易（Transactions）：通俗来讲，就是一个账户向另一个账户发送一笔被签名的消息数据包的过程，区块链会记录并存储相应的数据。包括：是谁发给谁、金额、有无其他额外消息等。交易需要花手续费。
智能合约是看得见摸得着的数据包，而交易只能用我们的肉身来发现。在整个以太坊网络里，交易只有两种类型：一种是通过普通账户发起一个对普通账户的交易；另一个是通过普通账户发起一个一个对合约账户的交易。
消息：所谓的「消息」是一个内部的概念，是一个永不串行且只在以太坊执行环境中存在的虚拟对象，我们是看不到的。不像交易还有一个结构，消息只能由合约发送到其他合约。
Gas
大家对于Gas应该不陌生，也就是我们常说的中介费/燃油费。由于每个网络中的全节点都会进行相同的计算并储存相同的值。由于合约执行会在所有节点中被多次重复，而且任何人都可以发布执行合约，这使得合约执行的消耗非常昂贵，所以为防止以太坊网络发生蓄意攻击或滥用的现象，以太坊协议规定交易或合约调用的每个运算步骤都需要收费。
Gas还涉及到三个概念——gasUsed、gasPrice、gasLimit。
- gasUsed为该交易消耗的总Gas数量；
- gasPrice为该交易中单位Gas的价格（用以太币计算），用户可以自行设置的gasPrice的价格，由于网络拥堵等多种情况，此价格会动态变化；
- gasLimit是交易发起者愿意为本笔交易支付的最大Gas个数。
它们的关系为：Gas = gasUsed * gasPrice
由于Gas最终是给旷工，旷工打包交易区块的时候，从所有交易的池子里选择最高的，打包速度由市场来决定，出价越高打包的速度越快。
对于开发者来说，每一笔交易都需要精雕细琢：我该给多少Gas合适？我该怎么推荐给我的用户？哪个gasPrice最合适？大家可以通过 ETH Gas Station 网站（https://ethgasstation.info/）查看市场状况。
这里也交代一下Gas的消耗过程。按照操作，我们从发起方发起交易，代码一行一行执行，每执行一行代码或产生一个操作就扣一行Gas，直到交易完成。那剩下的Gas怎么办？答案是会原封不动返还给发起交易的人。
Dapps架构揭秘
Dapps是一个应用，与一般的互联网应用对比可以看出。互联网应用用户首先看到UI页面，往下是接口层，而所有代码在基础设施上完成，例如数据库、阿里云等。
区块链的Dapps也类似，只是基础设施变成了区块链，硬件变成了矿工的节点，再往上，业务层代码变成了智能合约，最上面是你自己本身的业务。
最上层没什么要讨论的，按照自己的业务去做就好了，我们主要讲讲中间这部分，也就是你的应用如何连接到区块链的节点上。有以下3种做法。
- 借助 DApps 浏览器（浏览器 + 外挂钱包），类比于互联网中借助微信支付、支付宝。
- 在自己的应用中内置钱包，类比于直连银行。
- 把服务器拉进来。需要服务器的情况往往有3种：
1）集成第三方服务；
2）作为缓存引擎；
3）存储大块数据存储。
说到这里，大家其实就可以动手做一些自己的应用了，推荐大家使用以下的工具：
- Truffle：目前最流行的以太坊开发框架，用JavaScript编写，支持智能合约的编译、部署和测试；
- Ganache：个人电脑上使用的区块链软件，它和以太坊主链的节点逻辑一致；
- OpenZeppelin：一种构建安全智能合约的开源架构，遵循MIT许可，通过它可以构建大部分的合约；
- MyEtherWallet：钱包应用，它的代码非常值得参考。
Dapps的场景与应用方向
我个人把整个人类社会分为三层：最下面一层是纯数字的世界，不需要有什么物理设备的存在——交易金融、跨境支付、玩游戏、天气等场景，都没有一个物理的实体存在。区块链在这一层表现的很好，尽管还存在一些小问题。
再往上是「无人值守的物理设备」，这一层里包含大家所熟知的IoT。最上面一层是人类社会，也是现实世界——租房、买车、衣食住行等场景。虽然之前很多ICO项目是关于这一类的，但我认为区块链往这里渗透还有很长的路要走。
区块链的技术发展趋势
参照以太坊的架构图，未来一年可以期待的方向有三个。
第一个是闪电网络。闪联网络有几种做法，而以太坊就做了两点，一个太慢，一个太贵，每笔交易支付Gas的费用的受不了。第二个是Whisper，是指去中心化的即时通信。第三个是Swarm，基于IPFS，理论上来说可以传送大块文件，价格非常低，在链上也不需要做服务器存储。
这三个方向加上现有的智能合约，未来的空间会非常大。