6.1.1 智能合约的定义#

• 提出者：尼克·萨博（Nick Szabo），1996年
• 定义：能够自动执行合约条款的计算机程序
• 三大特性：

6.1.2 中心化执行环境的弊端（以自动售货机为例）#

核心结论：从计算机的角度，这是由智能合约执行所依赖的”中心化”环境导致的弊端：容易被篡改、出错后难以追溯恢复。

6.1.3 区块链智能合约的优势#

以以太坊为例：

• 在多节点组成的 P2P 网络中，节点维护共同的区块链数据
• 通过区块链上的交易进行智能合约的创建、调用、结束等操作
• 多节点维护的区块链状态一致 → 多节点上运行的智能合约的过程和结果也一致

核心结论：区块链智能合约的优点（去中心化、多方验证、难以篡改）恰好解决了中心化智能合约的痛点。

6.1.4 智能合约的范畴#

• 比特币脚本：每笔交易所附带的脚本，某种程度上也可视为智能合约，但不是图灵完备的
• 常见区块链智能合约：一般指以太坊、Fabric等平台中运行的图灵完备的智能合约
• 区块链 1.0 与 2.0 的分界：是否支持图灵完备的智能合约

6.2.1 背景#

• 定义：用于实现智能合约的面向对象的高级语言
• 语法：接近 JavaScript，便于开发者快速上手
• 设计目标：编写以太坊上的智能合约，部分语法与以太坊工作原理高度耦合
• 其他智能合约语言：Serpent、Vyper、Mutan（以太坊）；Golang（Hyperledger Fabric）

Solidity 特有之处：

• 特殊类型：address、event
• 特殊关键字：payable、now
• 需结合以太坊特性对变量进行存储位置定义（storage/memory）

学习资源：

推荐使用英文文档，因 Solidity 版本更新频繁。

6.2.2 入门示例：Remix IDE 完整开发流程#

Remix（http://remix.ethereum.org/）是以太坊官方支持的 Solidity 和 Vyper 语言在线编译器。

左侧工具栏四大功能模块：

Step 1 — 打开 Remix：访问 http://remix.ethereum.org/

Step 2 — Solidity 编程：在 contracts 文件夹下创建 .sol 源文件

(A) SPDX 许可标识（第1行注释，必写）

(B) 版本编译指示（version pragma）

本书推荐使用固定版本写法（如 0.8.7）：Solidity 语法规则变动频繁，早期版本的合约代码可能无法被较新的编译器编译。本书所有示例采用 Solidity v0.8.7。

(C) 合约基本结构（Example1 示例）

1
// SPDX-License-Identifier: MIT
2
pragma solidity 0.8.7;
3

4
contract Example1 {
5
    uint public num;       // 存储变量，public 类型可被内外访问
6

7
    function change(uint _num) public {
8
        num = _num;        // 修改 num 变量的值
9
    }
10
}

• contract Example1：类似于面向对象语言中的类
• uint public num：public 变量，编译器自动生成同名的只读 getter 函数
• function change：修改状态变量的函数

Step 3 — 编译

• 确认编译器版本和合约版本一致
• 点击 “Compile Example1.sol”
• 编译结果：
  • 生成可部署到以太坊区块链的 EVM 字节码（Bytecode）
  • 生成对应的应用二进制接口（ABI）
• 编译通过后左侧编译图标上方出现绿色对勾
• 点击左下角 “Compilation Details” 可查看详细信息

Step 4 — 部署

• 进入部署界面（左侧第4个图标）
• 环境选择：

• 点击 “Deploy” 部署合约，成功后出现 “Deployed Contracts”

Step 5 — 测试

• 展开 Deployed Contracts 中合约左侧的箭头符号
• 点击 “num”：查看当前状态（初始值为 0）——这是一个只读调用
• 调用 “change” 函数并传入参数（如 1024），发送交易
• 再次点击 “num” 查看：值已变为 1024
• 控制台显示交易详情：发起地址、合约地址、Gas 消耗值、合约函数及参数等

6.2.3 基础语法#

1
function (参数) {public|private|internal|external} [pure|constant|view|payable] [returns (返回值)]

1
// 定义事件（含参数类型）
2
event ETHReceipt(address indexed sender, uint256 amount);
3

4
// 触发事件（在函数中使用 emit）
5
function receive() external payable {
6
    emit ETHReceipt(msg.sender, msg.value);
7
}

6.2.4 Solidity 在线代码评测系统（SolidityOJ）#

• 网址：https://SolidityOJ.com/
• 配套的在线代码评测系统（Online Judge, OJ）
• 默认编译器版本：Solidity v0.8+，题库列表定期更新
• 点击网页上方 Problem 按钮选择习题，OJ 在线评测代码正确性并返回结果

OJ 六道典型例题：

概述#

• DApp：去中心化应用（Decentralized Application），基于区块链智能合约
• 本章介绍一种较典型的、基于区块链智能合约的 DApp 开发方式
• 实验资源包：http://inpluslab.com/filedbook.zip
  • Go-ethereum 客户端（geth.exe）
  • 创世区块配置文件（genesis.json）
  • Web3.js 库（web3.min.js）
• Linux/macOS 用户：自行下载 1.9.9 版本的 Go-ethereum 二进制文件

6.3.1 私有链搭建#

完整搭建步骤：

步骤一：初始化创世区块

1
geth --datadir mydata init genesis.json

• --datadir mydata：指定区块链数据存储目录为 mydata 文件夹
• genesis.json：创世区块配置文件

步骤二：启动以太坊节点

1
geth --datadir mydata --networkid 666 --rpc --rpccorsdomain "*" --allow-insecure-unlock console

控制台是连接了节点的 JavaScript 控制台，自带 web3.js 库，可对以太坊节点信息进行查询。

步骤三：查看区块链状态

1
eth.blockNumber        // 获取最新区块高度
2
eth.getBlock(0)        // 获取区块内容

步骤四：新建账户

1
personal.newAccount("")

• 参数为空字符串，方便后续实验
• 私钥生成并保存于数据目录下
• 控制台输出新建账号的公钥地址

步骤五：确认账户

1
eth.accounts                       // 获取节点中保存的账号地址列表
2
eth.getBalance(eth.accounts[0])    // 查看首个账号余额

• 新建账号以太币余额为零

步骤六：挖矿获取以太币

1
miner.start(); admin.sleepBlocks(1); miner.stop()

• 开启挖矿 → 等待 1 个区块的产生 → 结束挖矿
• Coinbase 地址默认为本地账号中的第一个（即上文新建的账号）
• 首次挖矿时 geth 客户端将生成挖矿所需的 DAG，时间视机器配置而定
• 极少数情况下可能出现挖不到块的情况 → 删除数据目录（mydata），重新从 init 命令开始
• 多核 CPU 下因挖矿难度较低，可能出现不止挖到一个块的情况
• 挖矿完成后，区块高度与账号以太币余额（单位为 Wei）增加

建议不使用 --dev 开发者模式，手动挖矿更利于理解交易确认、挖矿等过程。

多节点互联（选做）：重复以上步骤新建数据目录和新节点客户端，通过 admin.nodeInfo 获取 enode 身份地址进行互联。

6.3.2 智能合约部署与测试#

将合约从 Remix 部署到私有链：

Share.sol 示例合约：

1
// SPDX-License-Identifier: MIT
2
pragma solidity 0.8.7;
3

4
contract Share {
5
    struct ShareInfo {
6
        address sender;
7
        string text;
8
    }
9
    ShareInfo[] public allShare;          // 结构体数组记录用户地址和分享信息
10
    event Added(uint indexed id);         // 事件输出分享信息的下标
11

12
    function NewShare(string memory something) public {
13
        allShare.push(ShareInfo(msg.sender, something));
14
        emit Added(allShare.length - 1);
15
    }
16

17
    function getLength() public view returns (uint) {
18
        return allShare.length;           // 返回数组长度
19
    }
20
}

部署步骤：

1. 在 Remix 中编写 Share.sol，编译通过
2. 进入 “Deploy & run transactions”，Environment 选择 “External Http Provider”
   • 默认 8545 端口即为上一节开放的 RPC 端口
3. 在节点控制台解锁账号：

   1
   personal.unlockAccount(eth.accounts[0], "", 3600)

   • 以空字符串解锁账号 3600 秒
4. 在 Remix 中点击 Deploy，发送部署交易
5. 在节点控制台查看待打包交易：

   1
   txpool.status

6. 挖矿打包交易：

   1
   miner.start(); admin.sleepBlocks(1); miner.stop()

7. 挖矿完成后合约部署到区块链上

合约函数测试：

• 调用 NewShare("Hello World!") 发送交易
• 关键观察：交易发送后、区块打包前，调用 getLength() 查看 —— 合约状态并未改变
• 挖矿打包后，合约状态才改变
• Remix 与节点控制台均输出相关交易信息

6.3.3 使用 Web3.js 调用智能合约#

Web3.js：以太坊官方支持开发的 JavaScript 接口库，用于浏览器与以太坊节点的通信。

开发步骤：

1. 引入 Web3.js 库

1
<script src="web3.min.js"></script>

2. 新建 Web3 Provider（网页加载完毕时）

1
var web3 = new Web3(new Web3.providers.HttpProvider("http://localhost:8545"));

3. 根据合约 ABI 及地址新建合约对象

• 合约地址从 Remix 控制台交易信息中获取，或在节点控制台中查询交易收据得到

4. 调用只读函数（call）

1
Share.methods.getLength().call(function(err, data) {
2
    var length = data;
3
    for (var id = 0; id < length; id++) {
4
        Share.methods.allShare(id).call(function(err, data) {
5
            // 将结果显示到网页中
6
        });
7
    }
8
});

• Web3.js 自动将调用编码为 RPC 请求，并将结果返回到回调函数中

5. 发送交易（send）

• 点击网页按钮时触发 send 函数
• Web3.js 获取当前节点账号列表，获取输入框的值，调用合约函数
• 交易发送后，在节点控制台再次开启挖矿打包
• 打包完成后刷新网页即可读取最新合约状态

6. 事件监听（进阶）

• 开启 geth 的 WebSocket 端口
• 在网页中监听该端口订阅合约事件
• 合约更新时收到事件通知，不必时时刻刻进行链上查询，节省成本

DApp 当前主流使用模式：