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区块链技术驱动金融：数字货币与智能合约技术 [:1703863973]
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区块链技术驱动金融：数字货币与智能合约技术 10.7 以太坊和智能合约
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我们已经介绍了几种用比特币的脚本语言写出有趣的应用的方法，如有托管功能的支付交易。我们也看到比特币脚本语言的一些瓶颈：只有很少的指令，并不符合图灵计算的标准。因此，很多新的另类币增添与应用程序相关的特殊功能。域名币是第一个尝试，后来又有许多加密货币，类似于比特币但是支持赌博、股票发行、市场预测等。
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设想我们不需要为了每个应用程序，每次都建设一套新的系统，而是创造出一个加密货币系统，以支持所有未来可以想象到的任何应用。这就是所谓的图灵完备——据我们理解，满足图灵完备标准的编程语言，可以让你写出图灵机可以完成的任意功能，它可计算的函数和图灵机可计算的函数是完全相同的。因此，每一图灵完备的编程语言——包括我们熟悉的Java、Python和Lisp——都是图灵等价的。如果不考虑实际中的简单性和表现，图灵完备是我们在编程语言有关表达能力上需要的最好的性质。
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从某种程度上讲，今天加密货币的发展使人回想起20世纪40年代早期计算机发展的时代：在第二次世界大战时，建造大量的复杂的只有某种特定功能的计算器（比如用于暴力破解密码的机器和海军用于确定发射弹道轨道的机器），这些工作促使研究专家致力于建造第一个可重复编程的通用计算机。任何可预见的应用程序都可以使用该计算机（见图10.8）。
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图10.8 在布莱切利园（Bletchley Park）博物馆重建的炸弹机(Bombe)
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注：炸弹机是一个由阿兰·图灵（Alan Turing）设计的特殊功能的高级计算机，用于破解德国的英格玛(Enigma)密码。通用计算机取代类似炸弹机的精巧装备，以太币能否也能像这样取代特殊功能的另类币呢？
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以太币（Ethereum）是一种雄心勃勃的另类币，致力于提供一种满足图灵计算要求的可编程语言，用这种语言可以编写脚本或者合约。虽然有其他方案可以做到这一点，但是以太坊无疑是最引人注目的：它使用了几个创新的技术，成功地完成了众筹，在几个月内筹资两千万美元，并且采用激进的参数，比如使用较短的产生区块的时间参数。以太坊系统本身很复杂，需要再编写一本新的教材才能完整阐述，本节只做简要讨论。
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智能合约编程模式
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智能合约最初是用来指使用计算机系统（或者其他自动化方式）来执行合约。例如，你可以把自动售货机看成一个销售商品的智能合约，执行的就是你和机器主人之间关于如何购买一个糖果的合约。
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在以太坊体系，一个合约就是一个存在区块链里的程序。任何人支付一点费用，就可以用特定的操作将他的程序上传，建立一个以太坊合约。这个合约是用字节码(bytecode)写的，可以被特殊的以太坊专用虚拟机（Ethereum-specific Virtual Machine，简称EVM）执行。一旦合约上传，便永远存在在区块链里。智能合约有它自己的资金账户，其他用户可以调用程序里面开放的应用程序编程接口(API)，合约可以收发款项。
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一个简单的例子：以太坊中的域名币
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我们说以太坊可以用来执行任何特定应用的另类币功能。举个简单的例子，我们可以展示使用一个简单的以太坊合约，来构建出域名币形式的功能。
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图10.9 所示就是一个构建的案例。它是以“稳健”语言（Solidity）编写，“稳健”是以太坊里用于定义合约的高级编程语言。这个合约产生一个原始的域名/数值（name/value）储存配对或者注册名。名字永远连着数字。这个合约定义了一个数字变量——注册表（registryTable）， 里面有32比特长字节和公开密钥的配对关系。初始时期，每个字节都对应着空地址0×0000000…000。这个合约同时定义了单一入口点，叫“用户名称”（claimName）。这个入口点只接受名字参数。首先，这个合约确认调用这个合约的人已经支付了至少10个wei。wei是在以太坊里最小的货币单位。如果没有支付10wei, 合约自动终止并发出错误信号（“throw”的编程命令就做这些）。如果足够的wei已经发出而且这个名字还没有被注册，那么这个名字就和调用的地址永久地联系在一起。
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图10.9 一个用于实现域名注册功能的简单以太坊智能合约
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以上就是这个8行代码的合约能做的事。我们还可以多花点时间，把其他域名币有的功能都在这个合约里实现。比如，可以存储拥有者地址以外的信息，通过存储上次更新时间来要求域名的主人定期地重新注册，并且允许其他用户拥有长期不更新的域名权。
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我们还可以加第二个功能，允许钱回撤。按照初始的代码设计，钱只能不断堆积在合约里，也就意味着从流通中消失。当然，在可以回撤钱的程序里，最好能设定，调用回撤的是合约的主人。任何人在以太坊都可以调用任何方程，但是用户是指定的，所以能确认谁是真正调用方程的人。
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燃料、激励和安全
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和比特币不一样的是，以太坊支持循环语句，虽然第一个例子里并不需要循环。循环语句一听就容易让人产生警觉，因为有循环的地方就会有无限死循环。从根本上说，以太坊合约有可能因为种种原因而无限循环。计算机领域里一个著名的研究结果（难以判断的终止问题）证明，不存在任何算法，可以根据源代码去判断一个程序是否可以无限运行下去。因此，我们如何防止合约无限运行下去呢？
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更进一步讲，即使条约不会无限运行，也需要某种方式来限制它不会运行太久。以太坊体系通过一种称作“燃料费用”的机制来实现这一点。简单地说，每执行一条虚拟机器的指令需要花费一小部分的成本费用，我们称之为“燃料费用”。不同的操作花费不同。基本的像加减操作只花费1单位燃料费用，而计算SHA-3哈希值（内置函数）需要20单位燃料费用，在永久存储器上写256比特长的字符需要100单位燃料费用。每笔交易也需要先支付21 000单位燃料费用。你可以把以太坊体系想象成超级折扣的航空公司。机票只是你支付乘飞机的费用，任何其他需求都要多付钱。完整操作清单和固定的燃料费用都可以从以太坊里找到。任何清单和费用的变动都需要以太坊产生一个硬分叉，这和比特币脚本语言的语义改变一样。
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燃料费用是通过以太坊体系内部被称为以太（ether）的货币来支付的。它只是在用来支付合约操作的时候才叫燃料费用。每笔交易都规定了燃料的价格，也就是说，每份燃料需要多少以太。燃料费用就像比特币的交易费，矿工可以自由公布交易的燃料费用，每个矿工都可以独立地决定收费方式。这样会得出一个反映市场供求关系的燃料市场价格。2016年年初，虽然以太坊网络体系还是属于实验阶段，市场已经默认50 gigawei为1单位价格。50gigawei等于5×10-8以太，根据以太币和比特币2016年1月的汇兑比例，这也就是大约3×10-10比特币。
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每次调用之前，必须设定燃料费用的最高限，也就是愿意支付价格的最大值。当达到这个值（燃料用完了），程序就会终止，发生的所有程序状态的变化就会被重新设置到原始状态，但是矿工还是保留燃料。由此可见，不要用完燃料，这一点非常重要。
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燃料的使用要求，意味着以太坊不适合很耗费资源的计算。以太坊系统未被设计成像云计算那样的服务，即支付一定的费用让云服务完成自己无法做到的计算。像亚马逊的弹性计算云或者微软云计算平台，提供划算百万倍的计算量。另一方面，以太坊更加适合创建安全逻辑协议。本质上来说，以太坊提供了一种两个或者多个匿名交易者可以信赖的服务系统。