A Tour of Ethereum Ecosystem

Taipei Ethereum Meetup
https://www.meetup.com/Taipei-Ethereum-Meetup/events/235265976/

Transcript

1. A Tour of Ethereum Ecosystem 2016.11.15 1
2. ⽐特幣起源 •  2008 年 10 ⽉ –  Satoshi Nakamoto (中本聰) 提出⽐特幣設計⽩⽪書 •  2009 年 –  公開程式碼 –  開源⽐特幣客⼾端程式 –  以 10,000 ⽐特幣兌換⼀個披薩 •  2010 年 –  開始流⾏ –  https://bitcoin.org/ 2
3. 數字貨幣 •  ⽣成貨幣 •  錢幣無法被冒⽤ •  錢幣無法重複消費 •  不需要銀⾏ (第三⽅管理) 3
4. 設計難點 •  想像要以數字貨幣進⾏交易 –  如何避免數字貨幣被複製？ –  如何避免數字貨幣被偽造？ 4
5. 加密算法 ─ 對稱密鑰 5 明⽂ 密⽂
6. 加密算法 ─ ⾮對稱公私鑰 6 明⽂ 密⽂ 私鑰簽名 公鑰加密 公鑰驗證 私鑰解密 Secp256k1
7. 我, Alice, 要給 Bob ⼀個硬幣 7 Alice Bob 數字貨幣可能會被複製 如何證明發錢的是 Alice
8. 我, Alice, 要給 Bob ⼀個硬幣 8 Alice Bob Alice 以私鑰對數位貨幣進⾏簽名 Bob 以公鑰解開密⽂ 數字貨幣可能會被複製 如何證明發錢的是 Alice ૡ໓
   
9. 我, Alice, 要給 Bob ⼀個硬幣 9 Alice Bob Alice 無法否認要給 Bob ⼀個硬幣的事實 數字貨幣還是會被複製 ૡ໓
   
10. 需要硬幣流⽔號 10 Alice Bob 1.  Bob 無法辨識拿到的硬幣有何不同 2.  如何管理 Alice 帳⼾餘額？ 3.  如何確認這個硬幣沒有被重複消費？
11. 硬幣流⽔號 11 Alice Bob #12344 #12345 誰來管理硬幣流⽔號？需要⼀個可信任的機構
12. 驗證交易是否合法 12 Alice Bob #12345 1. 這筆錢是不是 Alice 的？ 2. Alice 有沒花過這筆錢？ #12345 Alice: 100 -> 99 Bob: 100 -> 101
13. Recap •  公私鑰 –  錢幣無法偽造 –  交易的不可否認性 (⾝分性) •  可信任第三⽅ –  管理資產，追蹤錢幣流向，避免雙花 13
14. 去中⼼化 •  公私鑰 –  錢幣無法偽造 –  交易的不可否認性 (⾝分性) •  可信任第三⽅ 每個⼈都是銀⾏ –  管理資產，追蹤錢幣流向，避免雙花 14 銀⾏帳本 公開共享的帳本 區塊鏈 (Blochchain)
15. 我, Alice, 要給 Bob ⼀個硬幣 15 Alice Bob #12345 Alice: 100 -> 99 Bob: 100 -> 101 廣播
16. 雙花攻擊 (Double-spending) 16 Alice Bob #12345 廣播 #12345 Charlie 其他⼈如何更新帳本？
17. 更新帳本的時間間隔 17 Alice Bob #12345 廣播 #12345 Charlie 決定能否發動雙花攻擊
18. 18 Alice Bob #12345 廣播 #12345 Charlie 所有⼈都收到交易並作驗證，如果 Alice 送出同樣的貨幣 給 Bob 和 Charlie，問題就會產⽣
19. 19 Alice Bob #12345 廣播 #12345 Charlie Alice 確實擁有貨幣 #12345，現在屬於 Bob 了
20. Recap •  如何避免雙花攻擊？ •  帳本更新的時間間隔？ •  多少⼈驗證交易才更新帳本？ 20 Alice Alice 控制網路 Sybil aGack
21. 需要共識算法 •  共識算法是為讓⼤家取得共識 •  共識算法不是讓⼤家互相溝通形成共識 •  共識算法是選出⼀個代表⼈來描述現狀 –  寫帳 –  選出代表⼈的⽅式要公平 21
22. Proof of Work •  網路⽤⼾驗證交易計算成本⾼ •  交易驗證無法被網路單元數⺫控制 (Sybil attack) •  提供獎勵(誘因)讓他們願意幫忙驗證交易 •  解題困難 (解題時間⻑) •  避免帳本遭受竄改 (解題時間短) 22 區塊產⽣時間 T
23. PoW 設計原則 •  每個⼈都能參與解題 (Puzzle) –  ⼀般主機都能參與 •  不會有⼈掌控寫帳權 (寫區塊的權⼒) –  概率相同 23 擲到數字 n <= 3 的⼈可以寫帳本
24. SHA-2562 (“abc” + “1”) = 158c09e82d88955d8a051934d12f74a53ea205743778165d1140a8903686e1ac SHA-2562 (“abc” + “2”) = c72b0720d3302d76cd7b6b3f3dcb554d05f14fee8567cdda3ee8b7ff51e02015 . . . SHA-2562 (“abc” + “19”) = 005eQ2ff3e871185b95bf7c8628e212d15a7d08c42235a381e06caa55856a0c PoW 設計原則 •  解題困難，驗證容易，調整難度 24 Hash(TXs+nonce) < number 00000000000000005b95bf7c8628e212d15a7d08c42235a381e06caa55856a0c
25. SHA-2562 (“abc” + “1”) = 158c09e82d88955d8a051934d12f74a53ea205743778165d1140a8903686e1ac SHA-2562 (“abc” + “2”) = c72b0720d3302d76cd7b6b3f3dcb554d05f14fee8567cdda3ee8b7ff51e02015 . . . SHA-2562 (“abc” + “19”) = 005eQ2ff3e871185b95bf7c8628e212d15a7d08c42235a381e06caa55856a0c PoW 設計原則 •  解題困難，驗證容易，調整難度 25 ෘ৯ᄀル֥ದᄀႵὨ὜∭Ⴕ⇔≷⃴
    ֌҂սіᅧ໤
    
    ෘ৯⦁ದࣼ㢻Ὠ὜đᆺ൞ۀੱ֮
    
26. 解題成功廣播區塊 26 Alice #12345 #21397 #81345 #22345 區塊
27. 挖礦 27 Block 1 ... Block 2 ... Block 3 ... Block 4 ... 找到區塊 礦⼯ 礦⼯ 礦⼯ 礦⼯ 礦⼯ 礦⼯ Hash( Block 3 | TXs | nonce) 挖礦獎勵 + 區塊所有交易⼿續費 ⃯ΰ
28. 區塊鏈 (Blockchain) 28 Block 4 ... Block 5 ... Block 6 ... Block 7 ... Block 8 ... Block 9 ... mean: ~10分鐘 (Poisson distribution) Block N ... lll ঒ₒ؇
    %JGGJDVMUZ
    ⃯ΰۚ؇
    #MPDL
    IFJHIU
    ⃯ΰധ؇
    #MPDL
    EFQUI
    區塊越深表⽰重新打造⼀條區塊鏈難度越⾼
29. Recap •  如何避免雙花攻擊？ –  PoW 降低雙花攻擊概率 –  交易驗證分散到各個節點 –  控制算⼒或網絡仍存在，但成本⾼ •  帳本更新的時間間隔？ •  多少⼈驗證交易才更新帳本？ 29 Alice Alice 控制網路
30. What is Ethereum? •  Vitalik Buterin wrote “Bitcoin was designed to be a SMTP. It’s a protocol that is very good at one par`cular task. It is good for transferring money, but it was not designed as a founda`onal layer for any kind of protocols to be built on top.” 30
31. What is Ethereum? •  Vitalik Buterin wrote The need for a technology that was more expansive, and that replicated the func`onality of Turing- complete programming languages in a way that would be so powerful as to describe any blockchain applica`on. 31
32. Bitcoin Ethereum Creator Satoshi Nakamoto Ethereum Player type cryptocurrency Smart contract platform with own cryptocurrency Liquidity decent decent currency code Bitcoin/฿/BTC Ether/Ξ/ETH Public/Private blockchain public public User identity pseudonymous pseudonymous Consensus algorithm PoW PoW/PoS/Casper Scripting language Bitcoin Script Language Solidity Smart contracts yes (limited) yes Turing completeness no yes Governance (development decisions, etc) Core team Ethereum Foundation Transaction speed >10.0m 14s Rapid payments Lightning Network Raiden Network Processing cost (CPU,GPU,ASIC) high high Other features UTXO GHOST 32
33. Components •  A cryptographic token •  An address system •  A network of validators (miners) •  A consensus algorithm •  A blockchain ledger •  The Ethereum Virtual Machine •  A set of programing languages •  Complex economic structures 33
34. Technology Stack 34
35. Ethereum Clients •  底層 (fullnode) –  go-ethereum (Golang) –  cpp-ethereum (C++) –  EthereumJ (Java) –  pyethereum (Python) –  Parity (Rust) –  ruby-ethereum (Ruby) 35
36. High Level Language (HLL) •  撰寫合約的語⾔ –  Solidity (JavaScript-like) –  Serpent (Python-like) –  LLL (Lisp-like) –  Viper –  Bamboo 36
37. 與⽐特幣相似處 •  Ethereum has a blockchain •  Ethereum is public and permissionless •  Ethereum has Proof-of-Work (PoW) mining –  Ethash •  Ethereum has an inbuilt cryptocurrency 37
38. 與⽐特幣相異處 •  Ethereum’s block `me is shorter •  Ethereum has smaller blocks –  2,000,000 Gas per block –  Limited by the gas à (2,000,000/x) transac`ons •  The Ethereum Virtual Machine can run smart contracts •  ETH token issuance 38
39. ETH token issuance Total ETH = Pre-mine + Block rewards + Uncle rewards + Uncle referencing rewards •  Pre-mine: 以太坊正式運營之間，預先產出7200萬個以太幣，之後限制每年的⽣成以 不超過四分之⼀的預先發⾏量，即1800萬個以太幣 •  Block reward: ⺫前每⼀個區塊獎勵是5個以太幣，⼀個區塊的⽣成速度約14秒，換⾔ 之，⼀年相當於有225萬個區塊 (365x24x60x60/14)，1125萬個以太幣⽣成 •  Uncle reward: 在以太坊中，有些區塊在同⼀時間被其他礦⼯所發現，但卻不是接在 主鏈上，稱之為Uncle區塊，相當於⽐特幣中的孤兒區塊(Orphan block)。這類區塊 可能被之後的區塊所參照，此外這類區塊的獎勵為正常獎勵的⼋分之七，即 5x(7/8)=4.375個以太幣。依據Uncle區塊的產⽣速率，⼀年約有接近700萬個以太幣⽣ 成 •  Uncle referencing reward: 接在Uncle區塊之後的區塊，可得0.15以太幣(三⼗⼆分之 ⼀)。 •  這種獎勵⽅式，為以太坊的Ghost protocol (Greedy Heaviest-Observed Sub-Tree) 39
40. ⅾோῲሱ
    IUUQTCJUTPOCMPDLTOFU
    40
41. ETH 地址 1.  產⽣私鑰 (64 字元 / 32 bytes) 2.  私鑰推導公鑰, 使⽤ ECDSA 算法 (128 字元 / 64 bytes) 3.  公鑰推導地址 (40 字元/20 bytes) –  公鑰 64 bytes –  對公鑰進⾏ hash, hash 的演算法為 Keccak-256 hash, hash 後變為 32 bytes –  將 32 bytes 前⾯的 12 bytes 移除, 剩下的 20 bytes 就是地址 (40 字元) •  帳⼾地址 •  合約地址 41
42. Timeline 42
43. 什麼是智能合約 •  由程式碼直接控制數字資產或業務流程 –  程式碼對合約具有相同理解 –  不因合約多次更迭而有所混淆 –  對外部資料看法一致 (油價或股價等) •  智能不是指人工智能 •  智能合約(目前)不是法律合約 •  程式碼僅執行復雜的規則和條件，不具有學習能力 –  電梯 –  販賣機 43 ⅾோῲሱ
    IUUQTCJUTPOCMPDLTOFU
    
44. 與⾃動⽀付銀⾏有何不同 •  ಀᇏྏ߄
    –  ∝ྛ㢻Ⴕ䌉Ớ॥ᇅ⃴
    •  ӱൔ
    –  ׻Ⴕӱൔđ֌ᆺႵẖⅼ∝ྛႵ॥ᇅބỚ≷֥ି৯đႨ㊒↥مạຓ҆ᾋ⇼
    •  ๩ૼ؇
    –  ∱ềğ০ၭἬ༢ᆀ Ṛ∻ٚ дՎ๩ૼॖᾖ
    –  ಌềğކ≌ླေႵ∟඲ЌὊ
    •  Ằྟ
    –  ॖग़ᇅ۲ൔކ≌
    44
45. 合約執⾏與狀態 45 •  ކ≌֥⊋ྛ὜၇ῌ҂๝ℭᾇ֥൙ࡱࠇ℟ק֥ἲ≣đط۷ྍ⊯Ⅲࠇᾁᆴ
    
46. Gas •  ⽤來衡量交易 (transaction) 或合約 (contract) 在 Ethereum 上被執 ⾏的⼯作量，即多少個指令或多少個動作所需要耗費的單位；由於每 ⼀個操作都會消耗某些數量的 gas，越複雜的操作需要消耗較多的計 算資源，從⽽所需的 gas 也越⾼ •  之所以設計 gas 這個機制，是因為要確保合約能夠被停⽌，不會永無 ⽌盡的消耗資源 46
47. Gas •  在 Bitcoin 中，每⼀筆交易需要⼿續費，衡量標准是看交易的⼤⼩ (transaction size)；但站在 Ethereum 的⾓度則認為，⼿續費的計算 應該取決於在區塊鏈平台上所需要的⼯作量 •  舉例來說，在 Ethereum 當中，兩個合約，程式碼⼤⼩不同，有可能 短的程式碼，耗費的 gas ⾼，因為裡⾯執⾏的動作很多牽涉到 sha3； 但在 Bitcoin 世界，交易包含的資料越多，占的⼤⼩越⼤，⼿續費較 ⾼ 47
48. 48 Total cost = gasUsed * gasPrice
49. Gas price •  gas price 決定 1 個 gas 價值多少 ether，⽽ gas price 會隨市場需求波動 •  gas price 的單位是 wei ，1 wei = 10^(-18) ether •  gas price 的歷史資料 49
51. 合約開發⼯具介紹 •  ⼀般開發 –  安裝 Ethereum-client –  ⽤ solidity 撰寫合約 –  透過 solidity compiler 進⾏編譯 –  以 web3.js 將合約送出佈署 •  需要有測試鏈或以太鏈(測試昂貴) •  步驟繁雜 51
52. Truffle + Testrpc •  Truffle –  hGps://github.com/ConsenSys/truffle •  Testrpc –  hGps://github.com/ethereumjs/testrpc •  hGps://cl.ly/i7Sd/truffle.html •  不需要佈建完整節點 •  可直接在本機測試與執⾏合約 •  無法理解完整運作 52
53. INFURA •  INFURA ݢ憙֢ Ethereum ଘݣጱच器ୌ戔牧犋襑ᥝᛔ૩砇ୌਠ碉℄讨牧 ֵአᘏݝᥝ戢㲘牧蝚螂戢㲘盅஑کጱ token ׎ݢአ㬵ਂ玲 JSON-RPC ๐ 率牧Իฃ౲砺֢ܨݢ蝚螂 hGp 蝱ᤈ牐অ蒂ฎ牧ইຎ襑ᥝࣁ MainNet ౲ ฎ TestNet Ӥ蝱ᤈ介手牧犋襑ᥝᛔ૩砇戔ଘݣ牐 –  ਥො翕ᒊ物hGps://infura.io –  戢㲘癱蒈物hGps://infura.io/register.html –  hGps://cl.ly/i7PG/INFURA.html 53
55. Data carrier for DApps 55 •  Oraclize: hGp://www.oraclize.it/ –  hGps://github.com/oraclize/ethereum-examples/tree/master/solidity •  與外部資料互動
56. Ethereum Alarm Clock •  Schedule transac`ons to be executed at a later `me. •  En`re service operates as smart contracts on the Ethereum blockchain, with no priviledged access given to any party. –  hGp://www.ethereum-alarm-clock.com 56
57. Ethereum ComputaKon Market •  The computa`on market is a service for Ethereum that allows for verifiable off-chain execu`on of computa`ons that would be otherwise prohibi`vely expensive to execute within the EVM. –  hGp://www.ethereum-computa`on-market.com 57
58. zeppelin-solidity •  A Framework to Build Secure Smart Contracts –  Common contract security paGerns –  In the Solidity language –  hGps://openzeppelin.org 58
59. Ethereum Dev 1.  搭建 Ethereum 私有鏈 2.  運⾏兩個 node 讓彼此互連 3.  熟悉 geth JavaScript Console 4.  建⽴其他帳號, 建⽴交易, 觀察 block 5.  運⾏私有鏈的 miner 6.  RPC protocol 使⽤與串接 7.  Ethereum Block explorer 8.  Smart Contract on Ethereum 9.  Mist 10.  Solidity 11.  DApp programming 59
60. 參考資料 •  ⿈⽪書 –  hGp://gavwood.com/Paper.pdf •  學習資源 –  hGps://github.com/EtherTW/Taipei-Ethereum-Wiki/wiki/Learning-Resources •  演講影⽚ –  hGps://www.youtube.com/channel/UC8CB0ZkvogP7tnCTDR-zV7g/videos 60
61. Taipei Ethereum Meetup •  2016 區塊鏈愛好者⼤會 –  http://lovechain.tw –  智能合約⼯作坊 •  ⾹港商翱鶚股份有限公司 •  http://cepave.com/blockchain-job-description/ 61