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KryptoCamp - 智能合約教學與區塊鏈工程師課程

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在開發工具中，Geth 為一個區塊鏈節點，Parity 為另外一個區塊鏈節點，而這些節點、Hyper Ledger、私有網路，皆是使用同樣的 Ethereum Protocol。同樣的 Protocol 代表同樣儲存資料的方式，也代表同樣訪問資料的方式。
當前開發者可利用的網路分類如下：
主網：
永遠存在
為真實的區塊鏈
耗費真錢
測試網路：
理論上永遠存在，但有可能被刪除
為真實的區塊鏈
可以在上面測試項目的 Beta 版本，測試智能合約，甚至測試新的 Protocal Updates
開發者網路：
例如：Ganache
並非永遠存在，運作類似真實的區塊鏈網路，但並非真的區塊鏈
可用於進行 Unit Testing 或其他測試佈署
運作非常快速，可以直接見到區塊打包或交易的結果
區塊鏈比較常是使用 RPC，區塊鏈節點是一個很低階的部位，提供的 API -> JSON-RPC ，如果底層的函數包太多東西上層的應用開發反而會很困難
Go-Ethereum，又簡稱 Geth，為：
Ethereum Protocol
Command Line 工具
當我們運行了 Geth 以後：
Geth 會以區塊鏈節點的方式運行
Geth 會找到其他區塊鏈節點並與其連接
Geth 會在本地端打開 一 JavaScript RPC，讓我們可以以此和節點互動
開始連接節點，下載（複製）區塊鏈上的資料
區塊鏈（資料）會存在我們的本地端，並不存在任何的中央伺服器或者資料庫

EIPs 是以太坊中的一套標準，內容會包含 core protocol specifications、用戶 API、和合約標準。

gas 是一個在與合約進行交易時的內部價格，當我們傳送一些指令給 Ethereum Virtual Machine (EVM) 來進行交易或與合約互動時就會消耗一定量的 gas。

Solidity 教學: 開發工具 Dev.Tools

已知區塊鏈的連接方式為 Block-0(Genesis Block) --> Block-1 --> Block-2 ... Block-N 之間接連的 hash 下去，而智能合約從建立到運作的過程為：
撰寫智能合約
編譯智能合約後程式碼被轉為 bytes code
這些 bytes code 會轉為交易（transaction），並且被打包到區塊中
此智能合約被打包到該區塊之後，整個區塊會對內容進行 hash（因此我們無法改變這筆交易，也無法改變已經佈署的合約程式碼，因為這樣做會把整個區塊鏈的 hash 破壞掉）
由第四點可知我們無法真正地刪掉智能合約，但能夠透過「狀態（state）改變」來編輯智能合約或其他資料的狀態
ABI（Application Binary Interface）

如果我們理解 API 就很容易了解 ABI。簡單來說 API（應用程式介面）就是程式跟程式之間互動的接口，此接口包含了提供外界存取所需要的 functions、variables 等。

ABI 也是程式之間互動的接口，但是程式是編譯後的 binary code。ABI 描述的是如何 decode/encode 程式之間傳遞的 binary 信息，從另一個角度看，它就只是一個告訴客戶端怎麼和合約互動 JSON 檔。
ABI 就像是以太坊生態系統中與合約進行互動的標準方式，無論是從區塊鏈外部還是從合約到合約的互動。我們需要一個固定模式並根據其類型進行編碼。其中包含可供外部使用或聆聽的 Function 和 Event。
在我們和合約互動時，需要傳遞一個 transaction 到智能合約的地址，此時以太坊的節點會在觀察完 ABI 之後會選擇要執行哪個函數或事件。
以太坊虛擬機（Ethereum Virtual Machine，EVM）是在以太坊中，用來處理智能合約的佈署以及執行的一個虛擬機。是使得以太坊和比特幣區分的最大關鍵，也就是說 EVM 使得以太坊區塊鏈從「分散式帳本」昇華成「分散式狀態機」。

我們在過往提到過非常多次「狀態」，包含各式各樣的記憶體更改，或者是狀態變數的宣告與使用等。在EVM這樣大型的狀態機的資料結構下，儲存了所有原先區塊鏈會儲存的「帳戶、交易」之外，還有「機器狀態」（Machine State）
虛擬機就是透過軟體模擬的計算機系統，進入這個虛擬系統之後，我們可以在裡面進行各種獨立地日常操作，包含獨立安裝軟體和保存數據等等。這樣一來，我們就可以在虛擬機中做任何想做的事情，不用擔心各種病毒和攻擊都不怕。即便遇到了也可以藉由重裝虛擬機來解決，並不會對真正的系統產生任何影響。
當以太坊鏈上發生轉帳交易的時候，以太坊虛擬機（EVM）會進行以下工作：
調取轉帳數值
分析合約指令
計算Gas的消耗（手續費）
確保發出轉賬的地址有足夠的Gas費
執行合約
實現轉帳到對應的地址
EVM 的功能：
安全性：EVM 是一個獨立的運作空間，使合約可以在內部獨立地運行。此外，設定 Gas 的總量限制使所有的程式碼都有一個終點，如果有惡意或意外的不當程式被執行時，因為有 Gas 的限制，可以讓不當程式停下來，進而保全以太坊不會停機。
穩定性：由於以太坊虛擬機部署在以太坊網絡的每個節點，整個以太坊網絡的數據由眾多節點共同維護和更新，這保持了整個區塊鏈數據的一致性，這同樣也使以太坊有極高的故障容錯性，保證零停機。
方便性：以太坊虛擬機可以做為獨立的程式碼運行環境。測試時不會占用到主鏈資源，也不受其他區塊鏈或網路的影響。
EVM 使用堆疊結構的記憶體架構，將所有記憶體內（in-memory）的值存儲在堆疊區裡。
由於橢圓加密曲線的相關操作，具有多個以 256 位元為單位，可「以址查詢」的資料結構：
所有 EVM 內部的 Operations 都已經被定義在黃皮書中。像是：XOR, AND, ADD, SUB。同時EVM 也包含各種區塊鏈相關的堆疊區operations，例如：ADDRESS, BALANCE, BLOCKHASH 等。

Solidity 教學: 佈署 Deploy & 編譯 Compiler

ERC404是近期非常紅的提案，主打圖幣結合，也就是一個合約同時擁有ERC20及ERC721的特性，並擁有以下特徵：
* 持有一個 NFT就代表你也持有一顆 ERC20，持有一顆 ERC20 就代表你也持有一顆NFT。

重新鑄造一個 NFT，發送方會減少一顆 ERC20 及燒毀一個 NFT。(燒毀的NFT會是狀態變數陣列中最後一個tokenId)
交易/轉移一個NFT，接收方會增加一顆ERC20及收到該NFT，發送方會減少一顆 ERC20 及發送的 NFT。
交易/轉移一顆 ERC20，接收方會增加一顆ERC20及重新鑄造一個NFT，發送方會減少一顆ERC20及燒毀一個NFT。(燒毀的NFT會是狀態變數陣列中最後一個tokenId)
上述特性，讓 NFT 碎片化，並可以不斷的交易 ERC20 來重新鑄造新的 NFT，讓 NFT 出現不喜歡就可以刷掉重新鑄造的可能。
Pandora則是該提案合約的第一個項目，地址見下方連結：
https://etherscan.io/token/0x9e9fbde7c7a83c43913bddc8779158f1368f0413?a=2656#code

ERC404 合約程式碼導讀

首先我們可以觀察智能合約被佈署之後，在 Console window debugger 中的資訊：
主要有三項內容比較重要：
gas: operation 的複雜度
transaction cost: 已經包含在 execution cost 中
execution cost
只要我們選擇了較高的 Gas Fee 或讓合約的 Gas 較多，則交易速度就會更快，因為從 Mine(Space Complexity) Level，礦工會更傾向選擇我們的交易進行打包。
Gas 和汽車耗油的概念一樣，每輛車在理想情況下(不會折舊)的單位耗油量、油箱容量是不變的，然而油價是會起伏的。同理，已佈署合約的 Gas Consumption 是固定不變的，真正導致每次佈署同樣合約(程式碼)、呼叫相同函式的 Gas fee 都不一樣的原因來自於 Gas Price 是不斷變動的。
如果真的得徹底了解合約中耗費的 Gas，我們可以利用 REMIX Debugging Step Detail 取得合約到底執行了哪些 Operation，再利用 Ethereum Yellow Paper 中的定義計算 Gas Consumption。也就是說實際上是 Operational Complexity 決定了 Gas Cost。
資料儲存處
我們遇到的問題是在以太坊區塊鏈中儲存資料實在是太貴了，所以想要找到一個便宜儲存資料的方法。目前根據儲存位置的不同，有幾種解決方式:
將資料儲存在鏈外，只儲存 proof(hash)，例如:Notary
儲存在分散式資料庫，例如: IPFS
雜湊樹 Merkle Tree
從底層的角度來看，我們已經把 Event 的內容儲存在編譯並交易的區塊上了，何不直接利用這些 Event 來查看和呼叫資料。
利用事件節省的想法是: 如果這些資料並不需要被智能合約直接使用，那我們就只要把它放在 log 裡就好。
也就衍伸出兩種想法: Store Path on Cahin vs. Store String in Events。
不過還是得避免無用的 Event 宣告，因為即便 Event 是相對便宜 的，其參數和宣告都需要耗費 Gas。無論是 Event、Function、加密演算法(ripemd160、sha256、keccak256)的參數多寡都會影響到 Gas，所以在撰寫時務必力求精簡。
也就是說選擇資料儲存處的概念是那些資料和計算是必須 On- Chain 的，那些是不必的，如果是已知的計算結果或 Constant，甚至是 Metadata、相關檔案、參數或相關設定資料，便可以選擇在合約(鏈)外計算完畢，最後只要想辦法導入結果即可。
如何減少 gas 的耗費：
減少鏈上的資料
使用 event 而非 storage
最佳化變數宣告