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区块链中以太坊虚拟机与智能合约详情是什么?

问问小秘 2019-11-05 11:25:24 341

区块链中以太坊虚拟机与智能合约详情是什么?

区块链
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  • 景凌凯
    2020-01-09 13:39:57

    虚拟机指的是区块链的运行环境

    智能合约指的是运行在区块链上的程序,一般使用的是solidity语言来编写

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  • 问问小秘
    2019-11-05 13:11:33

    以太坊的核心元素是以太坊虚拟机(Ethereum Virtual Machine,EVM),它是智能合约的执行环境。EVM分散储存在以太坊网络的每个节点上,智能合约代码被对外隔离,并分布在每个节点上执行,因此以太坊EVM又被称为世界电脑。合同代码不是用图灵完备的高级程序语言编写的,而是由简单的、基于堆栈的低级程序语言编写的,看起来就像JVM的字节码(Java虚拟机)。每个以太坊节点都运行EVM,这意味着对于以太坊网络的参与者,每个节点都参与验证新块是否有效以及计算是否已正确,都是运行EVM代码的独立实例。由于每个节点都参与计算,虽然不一定是最高效的模型,但它具有很高的加密安全性。
    从技术上讲,EVM以状态转换作为函数的运作模式,其工作原理是将一串参数输入EVM,以获取整个以太坊网络的新区块状态和gas数量,具体过程为输入(block_state,gas,memory,transaction,message,code,stack,pc)→EVM→输出(block_state,gas)。其中block_state是以太坊网络的全局状态,包括所有账户、账户余额和长期存储;gas是运行这些计算所需的费用,由计算的类型和工作量决定;memory是执行内存;transaction代表交易;message是有关交易的元数据;code就是代码本身;stack和pc是与执行相关的堆栈和程序计数器。这一串参数被输入到EVM以生成整个以太坊网络的新block_state和账户拥有的新gas数量。
    以太坊EVM的设计目标有5个:简单、高效、确定性、专用化和安全性。EVM设计简单,可以轻松证明智能合约的安全性,这也有助于保护平台本身。EVM组件尽可能紧凑,以提高空间效率。EVM具有确定性,即相同的输入状态应始终产生相同的输出状态。确定性的虚拟机必然会限制应用范围,例如以太坊的HTTP请求不可用。EVM具有专用的内置函数,例如可以轻松处理20字节地址加密的加密函数、用于自定义加密的模块化指数算法、读取区块数据、读取交易数据的函数,以及与block_state交互的函数。以太坊EVM的安全性在于每次计算都要预先消耗gas,这增加了DoS攻击的成本,使得攻击者无法发动大规模的无效合约。EVM的主要编程语言是Solidity,智能合约用Solidity写好后,通过Solidity Compiler(solc)编译并生成EVM代码。合约语言的复杂性通过Solidity Compiler进行管理,但在架构层面,Solidity仍然是一种简单的基于堆栈的语言。
    智能合约是在以太坊EVM上自动执行的合约代码,一般包括合约所有人、合约对象、合约条款、合约算法、合约触发条件等内容。对于可信电子证照应用,数据共享规则被转换为智能合约并部署在区块链上之后,常规共享条款和违约处理条款就可以自动履行,且执行过程由区块链完整记录,其执行状态可被随时查看和审计,从而提供一个公平、公正、公开的合约执行环境。此外,通过智能合约还可对参与方身份进行权限检查,针对交易者身份进行访问控制。
    用智能合约完成可信电子证照应用的注册、发证、查验等过程,具体包括5个主要功能模块和5个API。5个主要功能模块为公民用户App、发证机构前端、区块链平台、政府业务库和后台身份管理数据库;5个API包括注册区块链用户、发送制证信息、查验电子证照信息、查询用户公钥和查询电子证明信息,具体分析如下所示。
    1. 注册区块链用户
    用于新用户注册区块链信息管理账户。对于业务系统注册账号来说分为3个不同的角色:普通用户、制证机关用户、查验机构用户。
    输入:账户名称(用于登录系统的ID)。
    输出:账户地址(注册用户在区块链上的地址,用于用户之间传输信息)和账户公私钥(普通用户的公私钥用于用户证件信息的加解密,制证机关用户的公私钥用于对发证机构的数字签名进行验证,查验机构用户的公私钥用于对查验信息的加解密)。
    2. 发送制证信息
    用于制证机构用户存储新增证件信息以及发送给办证用户。以制证机构用户在区块链上给办证用户发送一笔交易为载体,把新增的证件信息保存在区块链上,并发送给办证用户。
    输入:申请制证用户的区块链地址(发证机构制证后给该地址用户发送制证信息)、发证机构组织机构代码(发证机构的唯一标示)、申请制证用户的证件信息(需要用户公钥加密)。
    输出:该笔交易的Hash值(交易信息地址唯一标识)、记录证件信息的区块编号(交易信息地址唯一标识)。

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