区块链学习笔记之初探以太坊

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        属于是一个密码手不好好学密码，又来以太坊开新坑了。主要是之前在先知上看到对一道智能合约练习题目的解析（https://xz.aliyun.com/t/2718），里面用到了ECDSA相关的临时密钥重用攻击，从而恢复了合约owner的私钥。虽然在读了签名的生成代码（python的web3模块）后意识到了在实际运用中几乎是碰不见这样的场景，但由此也是对智能合约产生了那么一丢丢兴趣，从而开始走上了又一条不归路

  在写下这篇文章前已经是学了些以太坊相关的杂七杂八的知识，所以也是想通过这么一篇文章来对之前习得的知识做一个梳理、总结，也希望给初学者们提供一点“前车之鉴”。但由于是初学，也还没有很深入的去看以太坊的底层源码，所以对以太坊的一些东西应该还是会存在一些想当然的误解，希望在学习的过程中能不断的勘误，当然有大佬指正则是更好了。

  区块链这么个大概念这里就不重复的叙述了，相关的资料和书籍也都有很多，我们直接切入主题。首先我们需要知道的是，作为一个去中心化的东西，没了中心化，那谁提供服务呢？是处于世界各地的节点，P2P的模式，就是每一个人都是服务的享受着，也是服务的提供者。我们在接受信息的同时也在传递并维护（感觉提供服务，维护信息主要还是矿工做的事）着信息。每个人都可以作为一个节点，但这个节点呢，也有区别，它可以在不同的链中。我们知道除了主链以外呢，还会有很多测试链，是的呀，项目落地前总的先测试一下叭，本地测试可以搭私链，想让更多的人访问的话也可以选择那些公认的测试链。在私链上你可以给自己账户生成很多测试代币，测试链上你可以找相应的水管（faucets），水管是啥？就是无偿获取测试币的地方。

  如何领取测试币，以ropsten和rinkeby为例

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获取测试币

rinkeby

  原来的水管似乎有点问题，可以去这里https://faucets.chain.link/rinkeby，输入你的账户（可以利用MetaMask插件生成一个账户）地址，一次可以获取0.1eth

ropsten

  到https://faucet.ropsten.be/ 这里输入你的账户地址，一次会给【0.3】eth，不过要等比较久似乎。

  还有一个就是MetaMask的水管https://faucet.metamask.io/

 上面是获取 1 eth，下面是给他捐 eth（如果你账户上有很多 eth 的话就没法再获取了）

  前面提到了两个链，我们可以把这两个链理解成两个平行世界，在这个世界里的交易和那个世界里是毫无关系的，但这两个时间中与合约相关的规则都是一样的，比如部署的合约地址运算规则，部署合约消耗的gas之类的。并且一个账户也是可以在所有链上存在的。

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RPC

  那么我们如何连接上这些链呢？我这用的是RPC，可以理解为链上的一个节点，你通过这个节点作为媒介和链上的其他账户进行交互。那么如何获取一个RPC呢，可以选择去infura.io注册一个账户，创建一个项目，它会提供相应的代理RPC【比如这里就是ropsten的】

 然后你在程序里【以python为例】输入w3 = Web3(HTTPProvider("https://ropsten.infura.io/v3/*************")) 相当于就是连上这条测试链了。不过你还得在配置里允许一些在进行交易的时候用的方法，不然就都会被ban

  另一个比较方便的是用MetaMask

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MetaMask

  用MetaMask钱包插件去管理账户还是挺方便的。之所以称之为“钱包”，是因为在里面你不仅可以保存多个账户，也可以根据场景随意的进行主链、测试链的切换。具体安装和注册这里就不介绍了，google商店走一波就好。弄好了之后，在上面注册或者导入一个账户，然后我们点击头像->设置->网络，选择你想看的链，就能看到MetaMask用的RPC了（其实也是infura的）

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合约

  现在呢我们有自己的账户了，那么该怎么去和其他外部账户和合约账户交互呢？和外部账户的交互就只有转账了，这个可以用MetaMask，至于和合约账户的交互，这里比较方便的就是用remix，有在线的，也有离线的（我比较喜欢用在线的）

remix

  首先得有一个合约，solidity相关的就不在这里涉及了。然后编译（建议翻墙，不然好像没编译器用）

然后就可以选择部署

1.部署的环境有三种

 前两个都是JVM，纯纯本地测试用了

 第三个就是和你的MetaMask交互，用测试链

 第四个就是你自己提供的RPC，就是私链（这个我还没用过，好像在RPC那里另外设置一下）

2.部署账户，如果是JVM的话，他会给账户，而且有足够的钱，如果是测试链，他会获取你MetaMask用的账户，第三种没用过，，还不知道

3.设置一个部署合约会花的gas的上限

4.往部署的合约里塞点初始的资金（可选）

5.选择你编译好的要部署的合约

6.有些合约部署的时候需要参数，这根据你合约的构造函数来的

7.如果合约已经部署好了（被你，或者是别人），可以直接填入那个合约部署的地址

  部署好了之后就可以开始交互了

  合约的名字旁边就是合约的地址，然后下面是一个可以调用的方法。需要参数的它会给个框框出来。有些调用只是获取一些值，不涉及更改合约的状态，也就不需要gas和value，会直接返回值。而有些称之为交易的调用，是需要gas，（有的还要value）这个时候你的MetaMask会跳出来，帮你打包好交易，计算好要花的gas，设置一个合理的gasPrice，确定nonce，并签好名，最后让你点确定是否允许这次交易（毕竟是要花钱的事，还是得问问你的）。可以看到，MetaMask还是很好用的，不仅帮你存账户，和remix联动还可以帮你构造交易。但有时候会遇到私链，然后remix又用不上，这个时候，麻烦大了。

脚本交互

  作为一个密码手，肯定还是比较用python去操作的。这里要用的是python的web3模块，pip安装走一波就好了。

部署合约

  在部署合约之前，我们要先做一些准备工作，你得把合约给编译好（好像有python和solc-x联动的东西，但是我没用起来，所以我还是用的remix去编译的）然后拿到合约的字节码和ABI(接口)，

 接着决定在哪条链上部署这个合约，是作为一个业务在主链上运行呢？还是先部署到测试链上做一个测试，又或者是想部署到自己的私链上。不同的选择我们就需要用到不同的RPC，所以第一步，我们先得初始化，RPC作为一个参数，这里用的是私链

from web3 import Web3

w3 = Web3(HTTPProvider("http://114.115.157.63:8545/"))

然后部署合约是需要花钱的，花钱的话，我们就得需要一个账户

w3.eth.account.from_key('0x6160feb8eb4**********************')

可以先看看账户里的eth余额：

w3.eth.get_balance(account.address)

要是不多的话，就按照上述方法去搞点先

接着部署合约,需要字节码和abi

contract=w3.eth.contract(abi=abi,bytecode=opcode)
construct_txn = contract.constructor("hello").buildTransaction({
'from': account.address,
'nonce': w3.eth.getTransactionCount(account.address),
'gas': 5000000,
'gasPrice': w3.toWei('21', 'gwei')})
signed = account.signTransaction(construct_txn) # 用账户对交易签名
tx_id = w3.eth.sendRawTransaction(signed.rawTransaction)
receipt = w3.eth.waitForTransactionReceipt(tx_id)
address = receipt.contractAddress
contract_instance= w3.eth.contract(address=address, abi=abi)

下面是完整的创建合约的代码

from web3 import Web3
w3 = Web3() # 提前设置好了环境变量，给好RPC了
# w3 = Web3(HTTPProvider("http://114.115.157.63:8545/"))
account = w3.eth.account.from_key('0x6160feb8eb4*********************') //设定外部账户

abi=[
{
"inputs": [
{
"internalType": "string",
"name": "_greeting",
"type": "string"
}
],
"stateMutability": "nonpayable",
"type": "constructor"
},
{
"inputs": [],
"name": "greet",
"outputs": [
{
"internalType": "string",
"name": "",
"type": "string"
}
],
"stateMutability": "view",
"type": "function"
},
{
"inputs": [],
"name": "isSolved",
"outputs": [
{
"internalType": "bool",
"name": "",
"type": "bool"
}
],
"stateMutability": "view",
"type": "function"
},
{
"inputs": [
{
"internalType": "string",
"name": "_greeting",
"type": "string"
}
],
"name": "setGreeting",
"outputs": [],
"stateMutability": "nonpayable",
"type": "function"
}
]
opcode="608060405234...30008070033" #这玩意儿太长了，就不放全了

contract=w3.eth.contract(abi=abi,bytecode=opcode)
construct_txn = contract.constructor("hello").buildTransaction({
'from': account.address,
'nonce': w3.eth.getTransactionCount(account.address),
'gas': 5000000,
'gasPrice': w3.toWei('21', 'gwei')})
signed = account.signTransaction(construct_txn) # 用账户对交易签名
tx_id = w3.eth.sendRawTransaction(signed.rawTransaction)
receipt = w3.eth.waitForTransactionReceipt(tx_id)
address = receipt.contractAddress
contract_instance= w3.eth.contract(address=address, abi=abi)

>> construct_txn

{'value': 0,
'chainId': 3,
'from': '0x5bE571f66D2f98eFf8EB270475375f2D34d47B0B',
'nonce': 5,
'gas': 5000000,
'gasPrice': 21000000000,
'data': '0x608060405234...300080700330000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000020000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000568656c6c6f000000000000000000000000000000000000000000000000000000',
'to': b''}

  可以看到，部署合约的交易，里面的data是创建合约的opcode然后额外加了点东西，然后目标合约（to）是空的，

  注意到部署的这个过程，首先我们输入了些参数构造了交易，包括交易发起者，nonce，gas 和 gasPrice。但看到construct_txn还返回了其他东西，是因为我们给了足够多的参数（opcode和abi），所以模块能帮我们构造好。如果我们拿不到abi，那么我们就得自己去构造整个完整的交易了（下面会讨论这种情况），

  好了，交易构造完成了，为了证明这个交易确确实实是你发起的，你还需要为这个交易进行签名

signed = account.signTransaction(tx_hash)

  之后我们就可以发起这笔合法交易了

tx_id = w3.eth.sendRawTransaction(signed.rawTransaction)

  返回的tx_id就是这笔交易的哈希，你可以在区块链浏览器上输出这个hash来查看这笔交易的状态，是成功了，还是失败了，也可以用 getTransactionReceipt ， getTransaction  和 waitForTransactionReceipt 等函数进行查看

  然后我们就可以合约进行交互了。

  调用一些不需要花费gas的查询功能比较简单，比如调用合约的 greet 函数 contract_instance.functions.greet().call()

  如果是那些需要改变状态的函数【也称之为交易】，就需要币了，也就是钱。涉及到钱，那肯定就是要比较麻烦了。比如这里我先调用合约的 setGreeting 函数，首先我们要构造好这个交易，一个交易的内容包括，来源账户（from)，目标账户（to），消耗的gas（gas），gas的价格（gasPrice），来源账户的交易序号（nonce），交易的内容【要执行的代码】（data），交易中夹带的金额（value）。

注意到几个特殊情况，

  部署合约的交易的目标账户（to）是空的（0），

  转账交易的数据（data）是空的，

  下面是调用部署好的合约里的 setGreeting 函数的交易细节，可以看到其实和合约部署没有太大的区别，无非是不同函数的调用。然后data稍微不一样。（部署合约的data就是合约的opcode+调用构造函数的opcode，普通函数的调用就是调用函数的opcode）

tx_hash = contract_instance.functions.setGreeting("HelloChainFlag").buildTransaction({'gas': 1000000,
'gasPrice': w3.toWei('21', 'gwei'), 'from': account.address,
'nonce': w3.eth.getTransactionCount(account.address)}) # 构造交易

signed = account.signTransaction(tx_hash) # 用账户对交易签名
tx_id = w3.eth.sendRawTransaction(signed.rawTransaction)
print(w3.eth.getTransactionReceipt(tx_id.hex()))
print(w3.eth.getTransaction(tx_id.hex()))
=========================================================================================
AttributeDict({'blockHash': HexBytes('0x0fae6f7b46dd6ac9074183b1b1550b0fa857c7d406fb4b6ea03d3703b6942561'), 'blockNumber': 11681286, 'contractAddress': None, 'cumulativeGasUsed': 267017, 'effectiveGasPrice': 21000000000, 'from': '0x5bE571f66D2f98eFf8EB270475375f2D34d47B0B', 'gasUsed': 27050, 'logs': [], 'logsBloom': HexBytes('0x00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000'), 'status': 1, 'to': '0xbE7a7817Dd15eafeAD7917078D51C30Ca9E13fFf', 'transactionHash': HexBytes('0xcf8c3a5549aea014fe8ac5e5316b4670c91f9b97b43a02ef62414b77aa3c481b'), 'transactionIndex': 2, 'type': '0x0'})

AttributeDict({'blockHash': HexBytes('0x0fae6f7b46dd6ac9074183b1b1550b0fa857c7d406fb4b6ea03d3703b6942561'), 'blockNumber': 11681286, 'from': '0x5bE571f66D2f98eFf8EB270475375f2D34d47B0B', 'gas': 1000000, 'gasPrice': 21000000000, 'hash': HexBytes('0xcf8c3a5549aea014fe8ac5e5316b4670c91f9b97b43a02ef62414b77aa3c481b'), 'input': '0xa41368620000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000020000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000e48656c6c6f436861696e466c6167000000000000000000000000000000000000', 'nonce': 5, 'r': HexBytes('0x5cb92f983c3c5d6cf2c1b66781514b9fa790ad135c522b051c841d2a7173cc2d'), 's': HexBytes('0x16abebfd0fa522f54a33f0fe691d81c92a5c7c6ea647534ff7ffd94611f7b4af'), 'to': '0xbE7a7817Dd15eafeAD7917078D51C30Ca9E13fFf', 'transactionIndex': 2, 'type': '0x0', 'v': 41, 'value': 0})

  我们getTransactionReceipt 从中可以看到这笔交易所在的区块序号（blockNumber），区块哈希（blockHash），整个区块消耗的gas（cumulativeGasUsed），gas的价格（effectiveGasPrice），这个交易消耗的gas（gasUsed），交易的状态（status），交易的发起者（from），交易的接收者（to），交易哈希（transactionHash），交易日志（logs）【与触发事件有关】

  getTransaction返回的值主要有这么几个不同，多了一个input，r，s，v。其中 r 和 s 是做ECDSA签名时用的值，是在验证签名的时候需要用到的参数，input记录了合约调用的信息，如果是0x，则说明是非合约调用，否则为合约调用，其实也就是我们的交易data。注意到，如果没有合约源码(合约不开源)，那么我们就没法搞到abi文件，那么也就不能直接去调用合约的方法。这个时候就只能手动构造交易了。

需要填写以下参数

 from : 自己合约的地址（好像不填就是默认的签名这个交易的account） nonce：这个可以通过w3.eth.getTransactionCount(account.address)获取 gas：这个自己设 gasPrice：这个也可以自己设，但是也可以用默认的w3.eth.gasPrice to：这个你要交易的合约地址，部署合约为空 value：此次交易要不要eth， data：交易的opcode，转账为空，其余情况下面单独讨论 chainId : 所在交易的链的id

opcode

  可以看见，其他值的问题都不大，但是这个data，就需要了解一下以太坊的应用二进制接口，参考https://blog.csdn.net/JonasErosonAtsea/article/details/109236544

以合约方法function transfer(address to, uint tokens) 为例;

input数据分为3个部分：

4 字节，是方法名的哈希，例如：a9059cbb
32字节，放以太坊地址，目前以太坊地址是20个字节，高位补0
例如：000000000000000000000000abcabcabcabcabcabcabcabcabcabcabcabcabca

32字节，是需要传输的代币数量，这里是1*10^18 GNT
例如：0000000000000000000000000000000000000000000000000de0b6b3a7640000

所有这些加在一起就是交易数据：

a9059cbb000000000000000000000000abcabcabcabcabcabcabcabcabcabcabcabcabca0000000000000000000000000000000000000000000000000de0b6b3a7640000

回到这里，我们的input是

0xa41368620000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000020000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000c68656c6c6f2056616e6973680000000000000000000000000000000000000000

前四字节是要调用的函数的哈希（以叫函数选择器） 0xa4136862

然后32字节是 0x0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000020

这里先盲猜一下是从参数编码块起0x20的位置开始读内容

再32字节是0x000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000c

我们传进去字符串的长度 0x0c = 12

再32字节是0x68656c6c6f2056616e6973680000000000000000000000000000000000000000

我们传进去的字符串（末尾填充）

更多情况参考https://learnblockchain.cn/docs/solidity/abi-spec.html

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总结

  这篇我们主要聊了一下，利用MetaMask创建管理以太坊（外部）账户，获取测试链上的测试代币，如何利用remix部署合约，联动MetaMask与合约进行交互，如何利用python的web3模块部署合约、进行交易，以及交易的一些细节，包括交易所需要的构造参数，交易的签名，以及交易的返回值，最后我们简单的聊了聊与合约调用相关的以太坊的应用二进制接口，也就是合约调用相关opcode的构造。

原文始发于微信公众号（山石网科安全技术研究院）：区块链学习笔记之初探以太坊