智能合約如何在區塊鏈上實際執行其代碼？

了解智能合約的執行環境

1. 智能合約在去中心化網絡中運行，每個節點都維護區塊鏈賬本的副本。當部署合約時，其字節碼存儲在區塊鏈上並分配一個唯一的地址。網絡中的每個參與節點都運行一個虛擬機，例如以太坊虛擬機（EVM），能夠解釋和執行該字節碼。

2. 執行環境通過強制執行確定性行為來確保節點之間的一致性。這意味著，給定相同的輸入和狀態，每個節點在運行合約代碼時必須產生相同的結果。非確定性功能（例如訪問當前時間或隨機數）通過共識機制受到限製或模擬。

3. 與智能合約交互的交易觸發其執行。這些交易包含發送者的地址、目標合約地址、編碼的函數調用和可選數據。收到後，節點在開始執行之前驗證交易簽名和氣體限制。

4. Gas 作為計算量的單位。智能合約中的每個操作都會消耗預先定義的 Gas 量，從而防止無限循環和濫用計算。如果提供的 Gas 不足，執行將停止，任何狀態更改都會恢復，但仍會收取 Gas 費。

5. 一旦經過驗證，交易就會被礦工或驗證者包含在區塊中。區塊提議者執行合約代碼並廣播結果狀態變化。其他節點獨立地重新執行同一筆交易以驗證正確性，確保無需信任的共識。

節點在代碼執行中的作用

1. 全節點下載並存儲整個區塊鏈歷史記錄，包括所有智能合約代碼和存儲狀態。當新交易到達時，他們會重播創世時的合約邏輯，以確保在處理新輸入之前當前狀態是準確的。

2. 當節點收到針對合約的交易時開始執行。節點從本地存儲中檢索合約的字節碼並將其加載到 EVM 中。來自事務的輸入數據決定調用哪個函數以及傳遞哪些參數。

3. 在執行期間，EVM 按順序處理操作碼，管理內存、堆棧和存儲。對合約狀態的任何修改（例如更新變量或轉移代幣）都會暫時保留，直到交易成功完成。

4. 節點維護合約發出的事件日誌，這些日誌不是狀態的一部分，但可以從外部查詢。這些日誌幫助鏈下應用程序跟踪合約活動，而無需掃描整個區塊鏈。

5. 執行後，每個節點都會產生一個結果：狀態更新成功、回滾失敗或 out-of-gas 異常。只有在就區塊的有效性達成共識後，這些更改才會在全局狀態中永久生效。

交易生命週期和狀態變化

1. 用戶通過簽署指定接收者合約和函數調用的交易來發起交互。錢包軟件通常在將交易廣播到網絡之前使用 ABI 標準對函數選擇器和參數進行編碼。

2. 待處理的交易進入內存池，礦工或驗證者根據 Gas 價格和可用性選擇它們。支付較高的交易通常會優先包含在下一個區塊中。

3. 構造區塊時，驗證器按順序執行每個選定的交易。一項事務的結果可能會影響後續事務所使用的狀態，因此順序對於一致性很重要。

4.狀態變化只有在充分驗證和共識確認後才會發生。即使節點在本地計算新的餘額或存儲值，它仍然是臨時的，直到該塊在網絡的大部分中最終確定為止。

5. 最終性取決於底層共識機制。在以太坊等權益證明系統中，三分之二的驗證者就檢查點區塊達成一致後即可實現最終確定，這使得重組幾乎不可能。

常見問題解答

如果智能合約在執行過程中遇到錯誤會發生什麼？如果發生錯誤（例如被零除、數組越界或斷言失敗），EVM 會觸發異常。這會導致事務恢復所有狀態更改，使系統返回到執行前的狀態。但是，直到故障點為止消耗的 Gas 不會退還。

智能合約代碼部署後可以修改嗎？通常，智能合約代碼一旦部署就不可更改。開發人員使用代理模式或可升級的合約架構來模擬變化。這些設計將邏輯與存儲分開，允許引用新的實現，同時保留現有數據。

外部數據源如何與智能合約交互？智能合約無法直接訪問鏈下數據。預言機充當中介，從外部 API 獲取信息並通過交易將其提交到鏈上。像 Chainlink 這樣值得信賴的預言機網絡為價格信息、天氣預報等提供防篡改的數據源。

為什麼天然氣以加密貨幣而不是法定貨幣定價？原生代幣中的 Gas 定價與網絡內的激勵措施保持一致。礦工或驗證者以用於衡量計算成本的相同貨幣獲得補償，從而創建一個自我維持的經濟。法定價值的波動被市場動態所吸收，從而使運營成本在資源使用方面保持可預測。