以太坊Web3j插件功能探究

原文地址：http://blog.csdn.net/XinLianOrg/article/details/79270941

1.     以太坊概述

以太坊（Ethereum）并不是一个机构，而是一款能够在区块链上实现智能合约、开源的底层系统，以太坊从诞生到2017年5月，短短3年半时间，全球已有200多个以太坊应用诞生。以太坊是一个平台和一种编程语言，使开发人员能够建立和发布下一代分布式应用。 以太坊可以用来编程，分散，担保和交易任何事物：投票，域名，金融交易所，众筹，公司管理， 合同和大部分的协议，知识产权，还有得益于硬件集成的智能资产。

1.1   以太坊的技术特点

1)    以太坊是一个区块链的开发平台，而非用于交易的加密货币—--创始人Vitalik Buterin。因此，其显著特性是可编程性。

2)   客户端支持多种语言：Go、C++、Python、JavaScript； v  Go：go-ethereum（geth）

v  C++：cpp-ethereum（ceth）

3)   客户端支持多种操作系统和设备：Linux、FreeBSD、OS X、Windows、Docker、ARM、IOS、智能手机、智能手表、平板电脑；

v  得益于C++的跨平台；

4)   客户端既是服务器端软件（P2P通信、区块链管理、API接口服务）和挖矿软件，又是命令行工具，还是控制台程序。只需客户端即可运行完整的节点；

5)   客户端（geth、ceth）支持Docker容器部署；

6)   提供图形化钱包软件（Mist），内嵌客户端工具，支持转账和智能合约；

7)   支持多种编程接口：JAX-RPC、WS-RPC、IPC-RPC、JavaScript；功能最完善的是JavaScript接口库web3.js；

8)   控制台下可以直接运行JavaScript脚本，可以直接使用Web3.js库；

9)   Web应用的页面，可以直接使用Web3.js库，也可以通过Ajax/HttpClient使用JAX-RPC、WS-RPC接口。

10)   以太坊合约的代码使用低级的基于堆栈的字节码的语言写成的，被称为“以太坊虚拟机代码”或者“EVM代码”。

1.2   以太坊的账户

以太坊账户分为两类（均使用20字节的地址代表账户，HEX16转换后是40字节串）：

1)     外部控制账户（EOA）：由私钥保护的“实体” 账户，存储以太坊网络的以太币；

2)     智能合约账户：由合约代码控制的账户，从区块链的角度看形同一个实体账户，只是人无法直接操作；

3)     前者只能由人发起进行以太币的转账，后者只能在代码的控制下进行以太币转账；

4)     前者可以发送消息给后者，触发其执行相应的指令或业务逻辑，如转账、产品申购等。

5)     交易费用总是由前者提供。如要触发后者运行，前者既要提供发送消息的费用，还要提供合约运行的费用。如提供的费用不足，则合约可能运行到中途结束。此时，全部影响被自动撤销，但交易费用不会退还。交易结束后，多余的Gas自动退还。

1.3   智能合约

1.3.1  业务角度看智能合约

1)     智能合约是根据事先任意制订的规则来自动转移数字资产的系统；

2)     智能合约是事件驱动的、具有状态的、获得多方承认的、运行在区块链之上的程序。该程序能够按照预设的条件，自动地处理其管理的资产。

3)     智能合约是一个机器人，拥有自己的账户，按照其设定程序，可以代替自然人或法人严格地进行仲裁和执行合约；

4)     智能合约存储在区块链上，被矿工计算机自动执行；

5)     智能合约具有数据透明、代码透明、不可篡改、永久运行的特点；

1.3.2  程序员角度看智能合约

1)       智能合约像构建在区块链数据库上的存储过程；

2)       智能合约像类，有属性、方法和构造、析构函数；

3)       智能合约像服务，对外提供同步和异步的消息接口；

4)       智能合约使用类JavaScript高级语言编写，被编译为可以被以太坊区块链虚拟机（EVM）运行的二进制码；

5)       智能合约支持继承；

6)       智能合约可以部署为共享的库；

7)       智能合约编译后由接口描述和二进制执行代码构成。

1.4   以太坊架构描述

●   以太坊是构建在区块链2.0技术之上的应用平台；

●   区块链 2.0

1)  价值知晓：可以从外部数据源获取虚拟币的汇率；

2)  区块知晓：可以读取区块的内部数据；

3)  图灵完备：实现通用的计算机的指令；

4)  智能合约：支持编写和运行智能合约；

5)  平台化，支持多种应用和虚拟币；

6)  更快速地交易，秒级交易确认；

7)  更低能耗，支持多种共识算法。

●   增加多种共识算法和图灵完备的智能合约；

●   引入Gas（燃油）作为服务手续费，增加作恶成本，也阻止死循环程序的执行；

●   以太坊是可编程的区块链；

●   以太坊是运行智能合约的分布式虚拟机（EVM）。

1.5   以太坊的业务特点

●   以太坊的目标是提供一个带有内置的成熟的图灵完备语言的区块链，用这种语言可以创建合约来编码任意状态转换功能；

●   货币单位：（建议普通交易以以太为单位，微交易以芬尼为单位，费用以萨博或伟为单位 --- 因而，以太坊基本不使用小数）

1)   wei    Wei Dai     戴伟    密码学家，提出b-money思想，首次通过解决计算难题和去中心化共识创造货币；

2)  10^3: babbage     Charles Babbage 巴贝奇    英国数学家、发明家兼机械工程师，提出差分机与分析机设计概念，计算机先驱；

3)  10^6: lovelace    Ada Lovelace    洛夫莱斯     世界上第一位程序员、诗人拜伦之女

4)  10^9: shannon    Claude Elwood Shannon 香农  美国数学家、电子工程师和密码学家，被誉为信息论的创始人；

5)  10^12: szabo   Nick Szabo   尼克萨博    密码学家、智能合约的提出者；

6)  10^15: finney   Hal Finney     芬尼    密码学家、工作量证明机制（POW）的提出者，结合b-money，创造密码学货币；

7)  10^18: ether     以太

●   支持POW、POS、DPOS等多种共识算法，默认是POW；

●   挖矿奖励（奖励的货币是凭空产生的）：

1)  成功挖掘一个有效新区块，奖励 5 以太；

2)  该区块包含的全部交易的服务费中，3/4分配发起交易的各个发起节点，1/4给当前区块的矿工；

3)  对新块确认有贡献的叔叔块，给予87.5%的奖励；以该叔叔块进行计算的侄子块，给予 12.5%的奖励；每个块最多两个叔叔；

●   交易费用：

1)  每个交易都会导致存储、下载、验证的成本，因此需要通过交易费用以控制滥发交易；

2)  交易费用根据计算的复杂度和存储数据的大小由系统自动计算，这称为Gas；

3)  实际支付的费用=Gas*GasPrice。GasPrice默认为0.02萨博，创世纪块可以设置最大GasLimit，以阻止太复杂的智能合约。

●   挖矿效率：

1)  平均12秒挖出1个块；

2)  100小时挖出30000个块；

3)  6个块基本确认1笔交易（1分钟后基本认为交易有效）--- 幽灵协议；

●   消息和交易：消息是账户间传递的数据；交易指外部控制账户发起的消息的签名数据包。

1.6   以太坊常用命令

创建创世纪块：

# geth --networkid 20160817 --datadir /var/gethdata/init init /var/gethdata/genesis.json

启动节点：

# geth --verbosity 4 --networkid "20160817" --datadir /var/gethdata –rpc

以IPCS方式连接本地运行节点，进入控制台：

# geth attach ipc:/var/gethdata/geth.ipc

生成引导节点ID

bootnode --genkey=boot.key

运行引导节点

bootnode --nodekey=boot.key

以下命令在控制台执行：控制台提供 admin、debug、eth、miner、net、personal、rpc、txpool、web3等服务

1)     列出连接的Peers：> admin.peers

2)     列出驻留本节点的账号：> eth.accounts

3)     查询某个账号的余额：> eth.getBalance("0x….")

4)     解锁某个账号：> personal.unlockAccount("0x….")

5)     创建新账号：> personal.newAccount()

6)     账户直接转账：> eth.sendTransaction({from: “0x…付款人”, to: “0x…收款人”, value: …转账金额})

7)     启动挖矿服务：> miner.start(1)

8)     停止挖矿服务：> miner.stop()

1.7   参考资料

1.  Web3j的参考文档：https://docs.web3j.io/index.html

2.  Spring Boot的参考文档：https://docs.spring.io/spring-boot/docs/current/reference/html/index.html

3.  汪晓明对区块链、以太坊的思考：http://wangxiaoming.com/blog/archives/

4.  以太坊官方网站：https://ethereum.org/

5.  以太坊所有源码地址（官方）：https://github.com/ethereum/

6.  以太坊Homestead文档地址（官方）：http://www.ethdocs.org/en/latest/index.html

7.  以太坊网络状态地址（官方）：https://ethstats.net/

8.  以太坊资源网站（官方）：http://ether.fund/

9.  Solidity编程文档（官方）：http://solidity.readthedocs.io/en/latest/

10.   以太坊网络扫描（官方）：http://etherscan.io/

11.   以太坊官方的论坛：http://ethfans.org/topics

12.   以太坊官方博客：https://blog.ethereum.org/

13.   以太坊wiki百科地址：https://github.com/ethereum/wiki/wiki

14.   以太坊中文爱好者网站：http://ethfans.org/

15.   以太坊的gitter的实时交流网站：https://gitter.im/orgs/ethe reum/rooms

16.   以太坊的官方论坛：https://forum.ethereum.org/

17.   以太坊开发框架Truffle说明书：http://truffle.readthedocs.io/en/latest/

18.   以太坊开发框架dapple说明书：http://dapple.readthedocs.io/en/master/

19.   以太坊官方推荐开发框架Meteor说明书：https://github.com/ethereum/wiki/wiki/Dapp-using-MeteorDAO

2       Java Web3J概述

Web3j是一个轻量级，Reactive(响应式)，类型安全的Java库，用于与Ethereum网络上的客户端（节点）集成，这允许您使用Ethereum块链，而不需要为平台编写自己的集成代码的额外开销。

2.1   Web3J的提供的功能

1.  通过HTTP和IPC 完成Ethereum的JSON-RPC客户端API的实现

2.  Ethereum钱包支持

3.  使用过滤器的函数式编程功能的API

4.  自动生成Java智能合约包装器，以创建、部署、处理和调用来自本地Java代码的智能合约

5.  支持Parity的 个人和Geth的 个人客户端API

6.  支持Infura，所以您不必自己运行一个Ethereum客户端

7.  综合整合测试展示了上述一些场景

8.  命令行工具

2.2   Web3J的依赖的库（中间件）

1.  RxJava函数式编程的的API中间件

2.  Apache HTTP Client中间件

3.  Jackson Core 用于快速JSON序列化/反序列化中间件

4.  Bouncy Castle加密解密和 Java Scrypt加密中间件

5.  生成智能合约java包装器类的java源代码（.java）的JavaPoet中间件

6.  Java的UNIX域套接字的*nix系统进程间通信API中间件

 2.3   启动Ethereum客户端

$ geth --fast --cache = 512 –networkid 2 - -rpcapi “personal，db，eth，net，web3” --rpc --dev

2.4   Web3J的进程间通信IPC

Web3j还支持通过文件套接字快速进行进程间通信（IPC）到在与web3j相同的主机上运行的客户端。在创建服务时，连接只需使用相关的IpcService实现而不是 HttpService：