以太坊(Ethereum) solidity & web3.js

以太坊(ETHEREUM)
SOLIDITY & WEB3.JS

個人簡歷
 林和勲
 https://www.linkedin.com/in/ho-hsun-lin-0298975/
 https://www.slideshare.net/salingerslin
 salingersms@msn.com
 經歷
 現任職台灣銀行
 研究專長為機器學習、人工智慧、區塊鏈
 學歷
 國立政治大學資訊科學系

區塊鏈
 分散式資料庫：交易紀錄 (總帳)
 公私鑰對(Pair)，產生帳戶位址與密碼
 定時同步、資料公開透明
 共識機制：挖礦
 Proof of Work, PoW
 挖礦者(Miner)驗證批量交易資料，賺取以太幣
 區塊鏈(Block Chain)：難以竄改
 區塊(Block)：批量交易資料、時間戳(Time Stamp)
 鏈(Chain)：前一區塊的Hash紀錄

技術演進
 拜占庭將軍問題 (Byzantine Generals Problem) -- 1982, L. Lamport, R. Shostak, M. Pease
 eCash -- 1990, David Chaum
 時間戳數位文件安全 --1991, Stuart Haber, W. Scott Stornetta
 橢圓曲線數位簽章演算法 -- 1992, Don Johnson, Alfred Menezes, Scott Vanstone
 Hashcash (工作量證明機制 Proof of Work, PoW) -- 1997, Adam Back
 B-money -- 1998, Wei Dai
 Bit Gold (去中心化) -- 1998, Nick Szabo
 可重複使用的工作量證明機制 (Reusable Proofs of Work，RPoW) -- 2005, Hal Finney
 比特幣 -- 2008, 中本聰

以太坊 (ETHEREUM)
 2013 年底 Bitcoin 開發者Vitalik Buterin 發想「有
邏輯」的虛擬貨幣交易平台
 全球級的分散式「電腦」，可存放交易紀錄、自訂
資料，及進行邏輯運算
 平均每十五秒同步一次
 智能合約 (Smart Contract)
 Ethereum Virtual Machine
 可加入公開鏈，或部署為企業應用私有鏈
 1 以太幣(ether)
 1000 finney
 1000000000000000000 wei
 推薦平台 Enode
 以 Go 語言實做 Ethereum 協議
 支援多平台
 支援多執行序
 https://github.com/ethereum/go-
ethereum/wiki/Building-Ethereum

環境建置：GETH - ETHEREUM NODE, ENODE
公開鏈
 geth --mine --minerthread 2 --autodag –fast
建立私有鏈
 設定創世塊 (Genesis Block)
 geth init genesis.json
 連接私有鏈
 geth --networkid 16888 --port 30303 --nodiscover
--maxpeers 25 --nat "any" --rpc --rpccorsdomain
"*" --rpcapi "eth,net,web3,debug" --mine --
minerthreads 1 --autodag
 建立帳戶、部屬合約、進行交易、進行挖礦
 使用電子錢包
 https://github.com/ethereum/mist/releases

私有鏈設定檔
genesis.json
{
"difficulty": "0x0",
"extraData": "0x16888",
"gasLimit": "0x999999999",
"mixhash": “ADDRESS",
"nonce": "0x0",
"timestamp": "0x0"
}
static-nodes.json
[
"enode://ADDRESS@IP:PORT"
]

私有鏈設定：WINDOWS
重置
 delete
 C:Users使用者AppDataRoamingEthereum
 C:Users使用者AppDataEthash
設定
1. C:Users使用者
 https://build.ethdev.com/builds/Windows%20
Go%20master%20branch/Geth-Win64-
latest.zip
2. geth init genesis.json
3. geth account new
4. C:Users使用者
AppDataRoamingEthereumstatic-
nodes.json
5. 連接私有鏈

私有鏈設定：MAC
重置
 delete
 ~/Library/Ethereum
 ~/.ethash
設定
1. brew
 tap ethereum/Ethereum
 install Ethereum
3. geth account new
4. ~/Library/Ethereum/static-nodes.json
5. 連接私有鏈

私有鏈設定：LINUX
重置
 delete
 ~/.ethereum
 ~/.ethash
設定
1. https://github.com/ethereum/go-
ethereum/wiki/Building-Ethereum
3. geth account new
4. ~/.Ethereum/static-nodes.json
5. 連接私有鏈

GETH 指令
Enode
 進入本地端 geth 命令列控制介面
 geth attach
 加入 peer (於命令列控制介面)
 admin.addPeer("enode://ADDRESS@IP:PORT")
 設定 peer：static-nodes.json
 ["enode://ADDRESS@ IP:PORT"]
Account
 新增帳戶
 geth account new
 列出帳戶
 geth account list

BLOCKS & TRANSACTIONS
Blocks
 資料庫 (Blockchain) 的狀態
 帳戶餘額
 智能合約中的狀態變數
 交易的對象
 個人帳號(External Account)
 合約帳號Contract Account
 公鑰私鑰
 私鑰：創立帳號時輸入的密碼
 公鑰：Account address
Transactions
 Message
 from
 To
 Value：以太幣
 binary data：合約的 bytecode，其他資料
 預設最大值 89kb

PHASES
Contract
• 合約部署
Execution
• 合約執行
State Transition
• 狀態改變
Commit
• 提交共識

智能合約設計
公開鏈
 資料公開透明，私密資料請自行加密
 鏈外 (off-chain) 流程設計
私有鏈
 same networkid
 same genesis block
 mixhash
 nonce
 extradata

交易(TXS) & 訊息(MSG)
交易(TXs)
 交易包含訊息 (Message)
 External Account傳送交易
訊息(MSG)
 內部交易 (Internal Transaction)
 Contract Account 傳送訊息 (Message)
 訊息不會被記錄

TRANSACTIONS & CALLS
Transactions
 異動資料：帳戶餘額、合約變數
 一般函式
Call
 查詢資料
 常數函式：Constant Function

SOLIDITY
程式特性
 類似 JavaScript
 強型別
 var 型別推論
開發環境建置
 Solc 編譯器(Compiler)
 npm install solc -g
 solcjs --help
 solcjs contract.sol
 文字編輯器套件
 https://github.com/juanfranblanco/vscode-solidity
 線上 IDE
 http://ethereum.github.io/browser-solidity/

SOLIDITY
Hello world
contract HelloWorld
{
string public greeting = "";
function setHelloWorld()
{
greeting = "hello, world";
}
}
基本架構
 狀態變數 (State Variable)
 狀態機 (State Machine)
 函式
 函式描述子 (Function Modifier)
 建構式
 異動資料、呼叫其他合約
 事件
 與鏈外互動互動： Web3.js

資料型別
實值型別
 bool
 int / int256， uint
 uint constant HEX_NUM = 0x123A1;
 address
 20 byte value (size of an Ethereum address)
 bytesN (1 <= N <= 32)
 fixed-size byte arrays
 常數修飾詞
 constant
參考型別
 string
 implicitly convertible to bytesN
 UTF-8 supported
 Arrays (if T is a value type)
 T[] t; // Dynamic-length array
 T[N] t; // N-length array
 T[N][M] t; // M x N array (there is M T[N])
 Mappings
 mapping (Ktype => Vtype) myMap;
 K can be almost any type except mapping
 V can be any type
 if K does not exist, V is zero
 in fatct, it uses sha3(K) to look up its value

實值型別
地址(address)
 合約帳戶(Contract Account)
 address public owner;
 外部帳戶(External Account)
 owner.balance
 mapping (string => uint) public balances;
 balances["Bob"] = 10 ether;
 靜態陣列
 bytes32[5] nicknames;
 動態陣列
 bytes32[] names;
 陣列長度
 names.length;
bytesN

參考型別 & 自訂型別
參考型別：Structs
struct Bank
{
address owner;
uint balance;
}
Bank bank
= Bank
({
owner:
"0x692a70d2e424a56d2c6c27aa97d1a86395877b3a",
balance: 5
});
自訂型別
 enums
 enum Direction { Left, Right, Up, Down }
 Direction myDirection = Direction.Up;

其他型別
全域變數
 block
 block.blockhash(uint blockNumber) returns (bytes32)
 block.coinbase // miner's address
 block.gaslimit // current block gaslimit
 block.number // current block number
 block.timestamp // current block time (before commit)
 msg
 msg.sender // sender of the message (current call)
 msg.value // how much wei sent with the message
 tx
 tx.origin // sender of the transaction (full chain call)
 now
 alias for block.timestamp
型別轉換
 隱含轉換
 uint8 -> uint16 (O)
 int8 -> int16 (O)
 int8 -> uint8 (X)
 明確轉換
 int8 y = -3; uint x = uint(y); // x is now 0xfffff..fd
 uint32 a = 0x12345678; uint16 b = uint16(a); // b is now 0x5678

流程控制
 邏輯
 If、else、?:
 迴圈
 while 、for 、break 、continue
 函式
 return; 、
 return VALUE,..;
 function NAME(ARG,..) VISIBILITY returns
(TYPE,...) {}
 能見度控制 (封裝)
 external、public 、 internal 、 private
 賦值
function f() returns (uint, bool, uint)
{
return (7, true, 2);
}
var (x, b, y) = f();
 例外
 throw;
 復原資料狀態的改變

GAS
GAS
 fee = gas (fuel) * gasPrice
 合約傳送以太幣補助 (stipend) 2300 gas
 帳戶傳送以太幣花費 21000 gas
 每個 EVM 指令有相對應的 gas
 程式愈複雜愈貴
 防止惡意攻擊及維護公開鏈的系統效能
 Gas 不夠時會發生 Error
 throw 會強制花光所有 gas 以防繼續執行下去
Transation
 成功
 fee：獎勵 fuel x gasPrice 給 miner
 fuel ：剩餘的 fuel x gasPrice 退回給 originator
 失敗
 fee ：miner 全拿
 fuel ：因為 gas (fuel) 不夠或被 throw

函式描述子(MODIFIER)
 描述子
 function onlyOwnerCanDoThis() isOwner { ... }
 參數
 function aFunctionNeedingEther costsAtLeast(10 ether) { ... }
 payable
 為保留字，附加傳送以太幣

變數重設
uint data;
function f()
{
uint x = data;
delete x;
}

密碼函式
 addmod(uint x, uint y, uint k) returns (uint)
 (x + y) % k
 mulmod(uint x, uint y, uint k) returns (uint)
 (x * y) % k
 sha3(...) returns (bytes32)
 ... means tightly packed so sha3("abc") == sha3("ab", "c")
 faster in EVM (special bytecode)
 sha256(...) returns (bytes32)
 ripemd160(...) returns (bytes20)
 ecrecover(bytes32 hash, uint8 v, bytes32 r, bytes32 s) returns (address)
 利用橢圓加密復原從簽章反推出當初簽章者的 address
 hash 為 secp256k1.sign(msg hash, privatekey) 之產物 (Tx hash 被外部帳戶 sign)
 v 為 signature.復原參數 + 27 (ethereum 橢圓參數)
 r 為 signature[0-31]，s 為 signature[32-63]

ADDRESS 函式
 address.send(uint wei) returns (bool)
 ALWAYS check if sending process is successful with returned boolean
 address.balance // return wei in uint
 this // this contract's address
// 傳 10 以太幣給呼叫合約函式者 (msg.sender)
msg.sender.send(10 ether);
// 傳此合約擁有的所有錢給呼叫合約函式者
msg.sender.send(this.balance);

合約(CONTRACT)函式
 this
 此 contract 的位址
 selfdestruct(address recipient)
 合約自殺時，把合約帳戶裡的餘額退還到指定帳戶
 假如合約中沒有撰寫此方法或其他傳送以太幣的方法，合約的錢永遠拿不回來
 function () {}
 被稱為 Fallback Function，沒有名字的函式
 當從外部合約呼叫此合約的方法時發生錯誤(例如函式名稱不對或參數個數放錯)，
就會進到此函式，有點像是其他語言的 switch 中的 default (solidity 沒有 switch)
 當有帳戶想要單純送錢至合約時，也會進入這個函式(因為單純送錢的函式沒有名字)
 function () payable {}
 沒有加上 payable 描述子的話將無法被 .send()，要讓其他帳戶能送錢進來的話
必須加上此描述子，並實作此 Fallback Function ( {} 內留空白亦可)

呼叫合約
import
 介面
 function F() [modifiers...] [contant] returns(T…,) {}
 狀態變數
 T [public, external] t;
呼叫合約
 Contract contract= Contract(address);
 確定 address type
 明確轉換 (Explicit Conversion)

呼叫合約
 呼叫方法
 contract.function(arg…,);
 單純送錢
 contract.send(uint wei);
 gas stipend 2300
 呼叫方法順便送錢
 contract.function.value(uint wei)(arg…,);
 設定 gas
 contract.function.gas(uint gas)(arg…,);
 Refection
 副作用極大，未來版本將逐漸移除

進階語法
 http://solidity.readthedocs.io/en/v0.4.21/index.html
 虛擬 & 繼承
 Library & Import

WEB3.JS (CONT’D) : ARCH-GRAPH
Network Web3.js
 部署合約
 交易物件 (Transaction Object)
 Reflection (反映) 方法
 ABI
 呼叫合約方法 (Contract Functions)
 Call
 Transaction
 聽取事件
 過濾事件
 全域事件
enode
enode enode
enode
Web3.js
Web3.js

通訊協定
 RPC ：較彈性，目前只有 HTTP，較不安全
 Web3.js
 IPC ：較快且安全
 geth attach
 WS：WebSocket ，可以高迸發處理客戶端
 適合實作網頁即時服務用

TRANSACTIONS & BLOCK
 pending transactions
 本地 enode 中還沒被放進 pending block 來mining 的交易
 pending block
 本地 enode 正在 mining 的 block
 latest block
 chain 上最新的 block
 transactionReceipt
 指 transaction 執行過後在 chain 中的記錄

ABI, APPLICATION BLOCKCHAIN INTERFACE
 eth
 用來透過 Enode 向 Ethereum 鏈操作、感知 Ethereum 鏈上發生的事情
 admin
 管理 Enode 的元件服務
 miner
 管理挖礦元件
 personal
 管理帳戶：解鎖、鎖定帳戶，及以指定帳戶的名義簽署交易

事件監聽
設定物件
var block = eth.filter('latest’,
{
from: Number | String,
to: Number | String,
address: String
});
開始/停止
block .watch(function(err, latestBlockHash) {});
block .stopWatching();

取得物件
 block
 eth.getBlock('latest’)
 eth.getBlock('pending’)
 eth.getBlock(NUM)
 transaction
 eth.getTransaction(HASH)
 eth.getTransactionReceipt(HASH)
 eth.pendingTransactions
 address
 eth.getBalance(addressString);
 enode
 eth.accounts
 eth.coinbase == eth.accounts[0] //挖擴者
 web3
 web3.fromWei
 web3.toWei
 minter
 miner.start(N)
 miner.stop()
 eth.mining
 eth.syncing

惰性節點
function work()
{
if (eth.getBlock("pending").transactions.length > 0)
{
if (eth.mining)
{
return;
}
miner.start(threads);
}
else
{
miner.stop();
}
}
var threads = 1
eth.filter("latest", function(err, block) {work(); });
eth.filter("pending", function(err, block) {work(); });
work();

SAFE USAGE
 Signing transactions
 https://github.com/ethereumjs/ethereumjs-tx
 HTTPS
 Node.js
 Proxy

GETTING STARTED
 https://github.com/ethereum/wiki/wiki/JavaScript-API
 npm install web3
 var web3 = new Web3(new Web3.providers.HttpProvider("http://localhost:8545"));

部署合約
 推薦使用 browser-solidity 自動產生的 web3 deploy code
 編譯後，可以得到 bytecode 及 ABI
 經由 sendTransaction 搭上 data (bytecode)
 eth.sendTransaction
({
from: eth.coinbase,
data: BYTECODE,
gas: 1234567
});
 eth.getTransactionReceipt(TxHash).contractAddress

TRANSACTION OBJECT
personal.unlockAccount('帳戶位址', '密碼', 幾秒);
eth.sendTransaction
({
from: , //從什麼帳戶位址
to: , //從什麼帳戶位址，假如要部署合約可以忽略
gas: , //多少 wei，預設 90000沒用完的會退回來
gasPrice: , //多少 gas，gas 單價，Enode設定
value: , //多少 wei 要傳
data: , //附加資料：部署合約或呼叫合約，或也可以儲存資料，最大值為 89kb
nonce: , // 用於標示 Transaction 的順序，所以可以以相同的 nonce 覆蓋同 nonce 的交易
});

呼叫智能合約
Transaction
storageContract.setData("區塊鏈!",
{
from: eth.coinbase,
gas: 1234567
});
 TxHash：回傳值，後續用來追蹤區塊 Block
 eth.getTransactionReceipt(TxHash)
 gasUsed：真實使用的gas值，可用來判斷是否執行成功
Call
var data = storageContract.getData();
storageContract.getData(function(err, data)
{
console.log(err, data);
})
 Transaction vs Call
 被 mine vs 不會被 mine
 花到錢 vs 不會花到錢
 會影響資料庫 (Blockchain) vs 不會影響資料庫
 慢 vs 快

設定合約
var ABI =
[{"constant":true,"inputs":[],"name":"getData","outputs":[{"name":"","type":"string"}],"payable":false,"ty
pe":"function"},{"constant":false,"inputs":[{"name":"input","type":"string"}],"name":"setData","outputs":
[],"payable":false,"type":"function"}];
var contract = eth.conract(ABI).at("0xa5a28cbaa3d7a37394260c9f7029f5b67bea913c");

事件：SOLIDITY
contract event
{
event fire(address indexed sender, uint indexed value);
function fire()
{
fire(msg.sender, msg.value);
}
}

事件：WEB3.JS
Transaction
//
var watcher = contract.fire({},{from:?, to:?});
watcher.get(function(err, eventLog) {
console.log(JSON.stringify(eventLog, null, 2));
});
// indexed
var watcher = contract.fire({num: 1});
watcher.watch(function(e, r){console.log('1')});
watcher.stopWatching();
Call
contract.fire({}, function(err, eventLog) {
console.log(JSON.stringify(eventLog, null, 2));
});

EXAMPLE
pragma solidity ^0.4.2;
contract event
{
string public data;
event transaction(string input, address from, uint time);
function call() constant returns(string) {return data;}
function transaction(string input)
{
data = input;
transaction(input, msg.sender, now);
}
}

常見漏洞：RE-ENTRANCY
var share = shares[msg.sender];
shares[msg.sender] = 0;
if (!msg.sender.send(share))
{
throw;
}
 Re-Entrancy
 Reflection 有可能會造成回呼，形成邏輯漏洞
 身分驗證
 tx.origin：交易發送者，不要使用於驗證
 msg.sender：訊息發送者，可能等於 tx.origin

常見漏洞： SELFDESTRUCT
 合約帳戶
 回收合約中的錢，摧毀合約並將以太幣轉至特定帳號
 堆疊深度(Call stack Depth)
 目前最深深度為 1024
 溢位
 因重要的數字記得檢查溢位檢查

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