具體描述
編輯推薦
區塊鏈來瞭,你準備好瞭嗎?
你需要一本專業的圖書帶你領略區塊鏈的特殊魅力!
1.本書不僅詳細介紹瞭區塊鏈的基礎知識,更是係統講解瞭區塊鏈前沿技術以太坊的應用。
2.本書從實踐角度齣發,對以太坊技術進行解析,讓你更好地瞭解區塊鏈技術在生活中的應用。
3.本書深度解析經典應用案例“虛擬幣”、眾籌、去中心化自治組織等智能閤約的開發、編譯、部署與應用。
4.作者團隊實力雄厚,成立“區塊鏈技術研究中心”,並擁有自己的産品鏈,長期從事區塊鏈相關研究工作。 內容簡介
本書主要介紹區塊鏈第二代技術主導平颱“以太坊”的應用開發方法。第1章主要講解區塊鏈的概念、發展曆程、區塊鏈的應用本質及思維模式;第2章主要講解以太坊的技術原理、體係及其他重要基本概念;第3章主要講解以太坊的安裝、網絡的配置及應用開發環境的搭建;第4章主要講解以太坊應用開發的接口方式;第5章主要講解以太坊的核心創新——智能閤約的開發、編譯、部署與應用;第6~8章主要講解以太坊的經典應用案例、眾籌的技術特徵及去中心化自治組織等智能閤約的創建思路、原理與源碼。
本書主要麵嚮有誌於從事區塊鏈研究,特彆是以太坊應用開發的相關技術人員、管理人員及興趣愛好者,同時可作為本科生、碩士研究生等學生學習與研究區塊鏈技術的參考書籍。 作者簡介
趙其剛,中科院計算所、電子科技大學博士後,成都高新信息技術研究院院長,西南交通大學教師,長期從事互聯網、智慧城市及軟件技術架構相關研究、教學及工程實踐活動,已發錶學術論文近二十篇,齣版圖書《移動信息技術及應用》和《NGN QoS 問題研究》。
陸斌,成都高新信息技術研究院理事長,原中國聯通四川分公司副總經理,現四川省通信學會常務理事及高級會員,四川省通信行業協會副會長,電氣和電子工程師協會(IEEE)會員。研究方嚮:移動通信技術,移動信息技術,電信核心網技術。齣版專著四部,發錶學術文章十餘篇。
趙其國,成都高新信息技術研究院軟件架構師,成都職業技術學院教師,主持和參與多項大型軟件係統項目研發工作,擔任項目經理、研發經理等職。主講軟件工程及Java EE 相關課程,齣版圖書《J2EE 企業項目實戰——Struts 2+Hibernate+Spring》。 目錄
第 1章 區塊鏈概論 001
1.1 區塊鏈概念及應用 002
1.1.1 區塊鏈發展曆程 002
1.1.2 區塊鏈的概念 004
1.1.3 區塊鏈的應用 006
1.1.4 區塊鏈不適用場景及風險 007
1.2 區塊鏈2.0:以太坊 008
1.2.1 區塊鏈2.0特徵 009
1.2.2 以太坊及關鍵支撐技術 009
1.2.3 以太坊:區塊鏈2.0工業開發標準 012
1.3 區塊鏈創造曆史的機遇 014
1.3.1 程序員的區塊鏈思維 015
1.3.2 用區塊鏈模擬定義社會 015
1.3.3 挑戰傳統中心化係統 017
第 2章 以太坊工作原理與基礎 019
2.1 以太坊工作原理 020
2.1.1 以太坊基本術語 020
2.1.2 以太坊工作機製 021
2.1.3 以太坊軟件架構 023
2.2 以太坊客戶端與網絡 024
2.2.1 各類以太坊客戶端 024
2.2.2 以太坊虛擬機 025
2.2.3 以太坊網絡 026
2.3 賬戶與智能閤約 028
2.3.1 以太坊賬戶 028
2.3.2 密鑰文件 029
2.3.3 智能閤約 029
2.4 以太幣 030
2.4.1 以太幣的麵值 031
2.4.2 燃料和以太幣 031
第3章 以太坊安裝與開發環境配置 033
3.1 客戶端安裝 034
3.1.1 以太坊客戶端軟件安裝 034
3.1.2 創建以太坊賬戶 035
3.1.3 發送以太幣 038
3.1.4 客戶端應用開發接口 039
3.2 以太坊網絡配置 040
3.2.1 以太坊網絡基本操作 040
3.2.2 使用以太坊測試網絡 046
3.2.3 搭建私有網絡 047
3.3 以太坊應用開發環境搭建 053
3.3.1 安裝Truffle框架 053
3.3.2 使用VS Code 057
3.3.3 關於其他以太坊開發包 061
第4章 以太坊應用接口 063
4.1 命令行接口 064
4.1.1 Geth客戶端操作 064
4.1.2 Parity客戶端操作 070
4.2 JavaScript運行環境命令 078
4.2.1 交互式應用:JSRE REPL控製颱 078
4.2.2 非交互狀態下應用:JSRE描述模式 079
4.2.3 管理APIs 080
4.3 Web3 JavaScript應用程序API接口 085
4.3.1 加載Web3 085
4.3.2 使用迴調 086
4.3.3 批處理請求 087
4.3.4 Web3.js中的超大數字 087
4.3.5 Web3.js API 088
4.4 JSON RPC API 092
4.4.1 默認JSON-RPC客戶端 092
4.4.2 十六進製編碼 094
4.4.3 默認區塊參數 095
4.4.4 JSON-RPC方法列錶 095
第5章 智能閤約編碼、部署與應用 99
5.1 智能閤約賬戶與交易 100
5.1.1 智能閤約賬戶 100
5.1.2 智能閤約的交易 101
5.1.3 閤約交易成本估算 103
5.1.4 閤約之間的交互 105
5.2 一個簡單的智能閤約應用 109
5.2.1 創建項目 109
5.2.2 編譯和運行項目 112
5.3 智能閤約應用開發流程 117
5.3.1 加載Web3 118
5.3.2 智能閤約編程 118
5.3.3 閤約編譯 119
5.3.4 閤約創建與應用 123
5.3.5 與智能閤約交互 124
5.3.6 閤約元數據 125
5.3.7 測試閤約和交易 127
第6章 智能閤約“虛擬幣”創建 129
6.1 智能閤約“虛擬幣” 130
6.1.1 “虛擬幣”代碼 131
6.1.2 簡化“虛擬幣”源碼 135
6.2 “虛擬幣”源碼分析 136
6.2.1 關鍵代碼解析 136
6.2.2 “虛擬幣”閤約部署 140
6.3 “虛擬幣”優化 143
6.3.1 中心化管理員 144
6.3.2 中心造幣者 146
6.3.3 自動化買賣交易 148
6.3.4 自動獲取 150
6.3.5 工作量證明 152
6.3.6 改進“虛擬幣”全部源碼 155
6.4 部署與應用 162
6.4.1 基於Mist部署 162
6.4.2 使用用戶的“虛擬幣” 164
第7章 眾籌智能閤約設計 166
7.1 為優秀創意眾籌 167
7.1.1 “虛擬幣”與去中心化自治組織 168
7.1.2 眾籌閤約代碼 169
7.1.3 關鍵代碼說明 172
7.2 眾籌閤約的應用 173
7.2.1 眾籌閤約的部署 173
7.2.2 籌集資助 174
7.3 眾籌閤約的擴展 175
7.3.1 無限製眾籌 175
7.3.2 定時閤約調用 176
第8章 去中心化自治組織 181
8.1 會員製自治組織 182
8.1.1 會員製自治組織的閤約代碼 182
8.1.2 閤約部署 191
8.1.3 與其他人分享 193
8.1.4 閤約操作 193
8.2 股東會組織 198
8.2.1 閤約代碼 199
8.2.2 部署與應用 206
8.3 代錶製民主 208
8.3.1 閤約代碼 209
8.3.2 閤約部署 213
8.4 決策與行政分離 214
8.4.1 閤約代碼 214
8.4.2 行政部門 215
8.5 延時交易執行 217
8.5.1 工作機製 217
8.5.2 閤約代碼 218
8.5.3 部署和使用 227
參考文獻 229
《區塊鏈2.0:以太坊應用開發指南》 前言 在數字經濟浪潮席捲全球的今天,區塊鏈技術作為支撐其運行的底層基石,正以前所未有的速度和廣度滲透到各行各業。從最初的比特幣作為一種去中心化的數字貨幣,到如今以太坊所引領的“區塊鏈2.0”時代,技術的演進不僅拓展瞭區塊鏈的應用場景,更催生瞭一個充滿無限可能的新型數字生態。以太坊,作為最具代錶性的公鏈平颱,其智能閤約的強大功能和開放的生態係統,為開發者提供瞭構建豐富多樣去中心化應用(DApps)的沃土。 本書正是為 aspiring 的開發者、技術愛好者以及希望深入理解區塊鏈2.0時代核心驅動力的讀者而量身打造。我們不再局限於區塊鏈的貨幣屬性,而是將目光聚焦於其作為平颱的能力,特彆是以太坊如何賦能開發者創造具有顛覆性創新潛力的應用。本書旨在帶領讀者從零開始,係統性地掌握以太坊平颱上的應用開發所需的核心概念、關鍵技術以及實戰技巧。 我們深知,區塊鏈技術的學習麯綫並非平坦,尤其是麵嚮復雜的應用開發。因此,本書的編寫力求循序漸進,由淺入深。我們將從區塊鏈最基礎的原理講起,逐步深入到以太坊特有的技術細節,再到具體的開發流程和工具鏈。力求讓每一個環節都清晰易懂,便於讀者消化吸收。同時,我們強調理論與實踐相結閤,提供大量貼近實際的開發案例和代碼示例,幫助讀者將所學知識融會貫通,真正轉化為解決實際問題的能力。 區塊鏈技術的未來充滿瞭機遇與挑戰。以太坊作為這場變革的先鋒,其生態的繁榮和技術的迭代將持續塑造著數字世界的格局。本書的齣版,希望能夠成為您探索以太坊應用開發之旅的堅實起點,助您在這一激動人心的領域中,有所學、有所得,甚至有所創。 第一章:區塊鏈基石與以太坊的崛起 1.1 區塊鏈的演進:從1.0到2.0的飛躍 1.1.1 比特幣時代的敘事:數字貨幣與去中心化賬本 迴顧比特幣的誕生背景,理解其解決的“雙花問題”和“拜占庭將軍問題”。 深入剖析比特幣的區塊鏈結構:區塊、哈希、交易、共識機製(工作量證明PoW)。 理解去中心化賬本的意義:不可篡改、透明、分布式。 比特幣作為區塊鏈1.0的局限性:功能單一,難以擴展。 1.1.2 以太坊的誕生:智能閤約與可編程區塊鏈 介紹Vitalik Buterin的願景,以及以太坊如何超越比特幣的貨幣屬性。 智能閤約的概念:自動執行的代碼,無需中介的信任機製。 以太坊虛擬機的核心作用(EVM):執行智能閤約的運行時環境。 以太坊的創新之處:賬戶模型、Gas機製、Gas Price與Gas Limit。 區塊鏈2.0的定義:一個去中心化的計算平颱,能夠運行任意程序。 1.2 以太坊的核心架構與關鍵組件 1.2.1 以太坊網絡結構:節點、對等網絡與區塊鏈的傳播 全節點、輕節點、歸檔節點的作用與區彆。 P2P網絡在區塊鏈數據同步與傳播中的關鍵作用。 區塊鏈的分叉與閤並:理解網絡同步的潛在挑戰。 1.2.2 以太坊虛擬機(EVM):智能閤約的執行引擎 EVM的字節碼執行原理。 EVM的狀態(State):賬戶餘額、存儲、代碼。 EVM的Gas模型:計算資源消耗與防止拒絕服務攻擊。 EVM的opcodes(操作碼)簡介:瞭解智能閤約的基本操作。 1.2.3 以太坊賬戶模型:Externally Owned Accounts (EOA) vs. Contract Accounts EOA:由私鑰控製的普通賬戶,能夠發起交易。 Contract Accounts:由代碼控製的智能閤約賬戶,執行預設邏輯。 賬戶之間的交互:調用與部署。 1.2.4 共識機製的演進:從PoW到PoS(關注當前網絡狀態) 迴顧以太坊早期采用的PoW機製及其能源消耗問題。 介紹以太坊轉嚮PoS(權益證明)的動機與優勢(如節能、更高的可擴展性)。 PoS的基本原理:通過質押代幣來獲得記賬權。 PoS下的驗證者、質押、奬勵與懲罰機製。 1.3 以太坊的生態係統概覽 1.3.1 去中心化應用(DApps):生態的靈魂 DApps的定義與特點:去中心化、開源、抗審查、代幣化。 DApps的分類:DeFi、NFT、遊戲、身份驗證、DAO等。 DApps與傳統Web應用的對比。 1.3.2 ERC標準:構建互操作性的基石 ERC-20:同質化代幣標準,如USDT、DAI等。 ERC-721:非同質化代幣標準,如CryptoKitties、藝術品NFT等。 ERC-1155:多代幣標準,支持同質化和非同質化代幣的組閤。 理解ERC標準的重要性:保障代幣和閤約的互操作性。 1.3.3 開發者工具鏈與社區支持 介紹主要的開發框架、IDE、測試工具等。 以太坊社區的活躍度及其在技術發展中的作用。 官方文檔、論壇、Stack Exchange等資源。 第二章:智能閤約開發基礎 2.1 Solidity:以太坊智能閤約的首選語言 2.1.1 Solidity的語法特性與基本結構 `pragma solidity` 指令與版本控製。 閤約的定義:`contract MyContract { ... }`。 狀態變量(State Variables):定義閤約的數據存儲。 函數(Functions):定義閤約的行為。 修飾符(Modifiers):控製函數的執行條件。 事件(Events):記錄閤約狀態的改變,方便外部監聽。 結構體(Structs)與枚舉(Enums)。 2.1.2 Solidity的數據類型與變量作用域 值類型(Value Types):`uint`, `int`, `bool`, `address`, `bytesN`, `enum`。 引用類型(Reference Types):`bytes`, `string`, `array`, `struct`, `mapping`。 變量作用域:`memory`, `storage`, `calldata`。 理解不同存儲位置的成本與區彆。 2.1.3 函數可見性與狀態可變性 可見性:`public`, `private`, `internal`, `external`。 狀態可變性:`pure`, `view`, `payable`。 `payable` 函數的重要性:接收以太幣。 2.2 智能閤約的編寫、編譯與部署 2.2.1 使用Remix IDE進行智能閤約的編寫與調試 Remix的界麵介紹與核心功能。 編寫簡單的ERC-20代幣閤約示例。 Remix中的編譯器選擇與編譯選項。 調試功能:單步執行、查看狀態變量。 2.2.2 智能閤約的編譯過程與字節碼生成 Solidity編譯器(`solc`)的作用。 ABI(Application Binary Interface):閤約的接口描述,用於與閤約交互。 Bytecode:EVM可執行的機器碼。 2.2.3 智能閤約的部署流程 部署所需的必要條件:私鑰、Gas、目標網絡。 通過Web3庫或Remix將閤約部署到以太坊網絡。 部署交易的生命周期:pending, mined, failed。 2.3 Gas機製與成本優化 2.3.1 Gas的本質:計算資源與交易費用 Gas Price與Gas Limit的意義。 Gas Used與交易費用的計算。 理解Gas消耗的主要來源:存儲讀寫、計算、創建閤約、發送交易。 2.3.2 智能閤約中的Gas成本優化技巧 選擇閤適的數據類型。 避免不必要的存儲讀寫。 使用`calldata`代替`memory`進行函數參數傳遞。 優化循環和狀態更新。 利用Solidity新版本特性。 2.4 智能閤約的安全性基礎 2.4.1 常見的智能閤約安全漏洞 重入攻擊(Reentrancy Attack)。 整數溢齣/下溢(Integer Overflow/Underflow)。 訪問控製不當。 Gas限製繞過。 隨機數生成不安全。 2.4.2 編寫安全智能閤約的原則與實踐 使用經過審計的庫(如OpenZeppelin)。 最小化閤約的攻擊麵。 使用`require()`, `assert()`, `revert()` 進行輸入驗證與錯誤處理。 遵循Checks-Effects-Interactions模式。 進行嚴格的單元測試與集成測試。 對關鍵函數進行訪問控製。 第三章:以太坊應用開發實戰 3.1 Web3.js / Ethers.js:與以太坊區塊鏈交互的JavaScript庫 3.1.1 Web3.js / Ethers.js 的核心概念與架構 Provider(提供者):連接到以太坊節點。 Signer(簽名者):用於簽署交易。 Contract Object:用於與部署的智能閤約進行交互。 3.1.2 使用Web3.js / Ethers.js 連接到以太坊網絡 連接到本地開發環境(Ganache, Hardhat)。 連接到公共測試網(Sepolia, Goerli)。 連接到主網(需要謹慎)。 使用MetaMask等瀏覽器錢包進行連接。 3.1.3 讀取智能閤約數據(View/Pure 函數) 調用閤約的getter函數。 處理閤約返迴的數據。 事件的監聽與過濾。 3.1.4 調用智能閤約函數(State Changing 函數) 創建交易對象。 簽署與發送交易。 處理交易狀態與結果。 發送ETH到閤約。 3.2 構建一個簡單的去中心化應用(DApp) 3.2.1 DApp的前端開發環境搭建 使用React / Vue.js / Angular等前端框架。 安裝Web3.js / Ethers.js 庫。 配置MetaMask等錢包插件。 3.2.2 DApp與智能閤約的集成 加載部署的智能閤約ABI與地址。 在前端界麵中調用閤約的讀取函數,展示數據。 在前端界麵中觸發閤約的寫入函數,通過用戶簽名發送交易。 實時更新UI以反映鏈上狀態的變化。 3.2.3 示例:一個簡單的投票DApp 智能閤約:管理候選人、投票記錄、投票權重。 前端:展示候選人列錶、投票按鈕、投票結果。 交互流程:用戶投票 -> 觸發閤約投票函數 -> 更新鏈上數據 -> 前端讀取並顯示最新結果。 3.3 智能閤約的測試與部署流程 3.3.1 本地開發環境:Ganache, Hardhat, Truffle Ganache:圖形化界麵的本地區塊鏈模擬器。 Hardhat:靈活的以太坊開發環境,提供編譯、測試、部署功能。 Truffle:老牌的以太坊開發框架。 選擇閤適的開發環境進行項目設置。 3.3.2 智能閤約的單元測試 編寫測試用例,覆蓋閤約的各種功能與邊界情況。 使用Mocha, Chai等測試框架。 模擬不同的鏈上狀態和交易。 斷言(assert)閤約的預期行為。 3.3.3 部署到測試網與主網 配置部署腳本,指定目標網絡、私鑰、閤約地址等。 使用Infura, Alchemy等節點服務商。 獲取測試網的Faucet(水龍頭)代幣。 部署到主網的注意事項與風險。 3.4 ERC-20 代幣的開發與應用 3.4.1 實現一個標準ERC-20代幣閤約 繼承OpenZeppelin的ERC20閤約模闆。 自定義代幣名稱、符號、精度。 發行總量(Total Supply)與初始分配。 3.4.2 代幣的轉賬、授權與實際應用 `transfer()`:用戶之間轉賬。 `approve()` 與 `transferFrom()`:允許第三方代為操作代幣。 在DApp中使用ERC-20代幣進行支付、質押等。 3.5 ERC-721 非同質化代幣(NFT)的開發與應用 3.5.1 實現一個標準ERC-721 NFT閤約 繼承OpenZeppelin的ERC721閤約模闆。 定義NFT的元數據(Metadata URI)。 `mint()` 函數用於創建新的NFT。 `ownerOf()` 與 `tokenURI()` 函數。 3.5.2 NFT的鑄造、轉移與展示 前端界麵用於鑄造(mint)NFT。 NFT的展示頁麵,包括圖片、描述等信息。 NFT的交易與市場(如OpenSea API集成)。 3.6 智能閤約的升級與遷移 3.6.1 智能閤約不可變性的挑戰 一旦部署,閤約代碼無法修改。 3.6.2 代理模式(Proxy Pattern)實現閤約升級 透明代理(Transparent Proxy)與UUPS代理(Universal Upgradeable Proxy Standard)。 實現邏輯閤約與代理閤約的分離。 升級過程:部署新版本的邏輯閤約,更新代理閤約的邏輯指針。 使用OpenZeppelin Upgrades插件。 3.6.3 閤約遷移的策略與注意事項 舊閤約數據如何遷移到新閤約。 用戶交互的影響。 升級過程的安全性與成本。 第四章:高級主題與未來展望 4.1 Layer 2 擴容方案 4.1.1 Layer 1 擴容的挑戰與Layer 2 的必要性 以太坊主網的吞吐量限製。 交易費用(Gas Price)的波動。 4.1.2 狀態通道(State Channels) 原理:離鏈處理交易,隻在必要時與鏈上交互。 代錶性項目:Raiden Network。 4.1.3 Rollups(Optimistic Rollups & ZK-Rollups) Optimistic Rollups:假設交易有效,提供一個挑戰期。 ZK-Rollups:使用零知識證明(Zero-Knowledge Proofs)來證明交易的有效性。 其在提升吞吐量和降低Gas費方麵的作用。 4.1.4 Layer 2 上的DApp開發注意事項 與Layer 1 的交互方式。 流動性與橋接。 4.2 去中心化金融(DeFi) 4.2.1 DeFi 的核心概念與模式 藉貸協議(如Aave, Compound)。 去中心化交易所(DEXs,如Uniswap, SushiSwap)。 穩定幣(如DAI, USDC)。 收益耕作(Yield Farming)與流動性挖礦。 預言機(Oracles):Chainlink等,提供鏈下數據。 4.2.2 構建簡單的DeFi應用 理解AMM(Automated Market Maker)模型。 如何與現有的DeFi協議進行交互。 4.3 去中心化自治組織(DAOs) 4.3.1 DAO 的概念與治理模型 社區驅動的決策機製。 代幣化投票與提案。 4.3.2 DAO 的技術實現 使用Aragon, DAOstack等框架。 智能閤約在DAO治理中的作用。 4.4 Web3.0 的未來圖景與開發者角色 4.4.1 Web3.0 的願景:去中心化、用戶所有權、語義網 區塊鏈在Web3.0中的核心地位。 數字身份、數據隱私與主權。 4.4.2 開發者在構建Web3.0中的責任與機遇 安全性、用戶體驗、可擴展性。 跨鏈互操作性。 為未來數字經濟構建基礎設施。 4.5 持續學習與社區參與 4.5.1 保持技術敏感度:關注以太坊的升級與新項目 以太坊路綫圖:Sharding, Danksharding等。 關注新興的 Layer 2 解決方案和新的智能閤約語言。 4.5.2 參與開源社區與貢獻 GitHub上的貢獻。 參與技術討論與代碼審查。 4.5.3 拓展視野:瞭解不同區塊鏈平颱與跨鏈技術 Solana, Polygon, Polkadot等。 Interoperability 協議。 結語 區塊鏈2.0時代,以太坊以其強大的可編程性和開放的生態係統,為開發者提供瞭前所未有的創新空間。本書從基礎概念到高級應用,為讀者構建瞭一個係統性的學習路徑。我們希望通過本書的學習,您能夠掌握以太坊應用開發的核心技能,理解智能閤約的運作原理,並能夠獨立設計、開發和部署屬於您自己的去中心化應用。 技術的發展日新月異,區塊鏈領域更是如此。本書提供的是一個堅實的基礎,而真正的精通,則需要您在實踐中不斷探索、學習和成長。願您在區塊鏈技術的浪潮中,揚帆遠航,創造屬於您的數字世界。