智能合约如何在区块链上实际执行其代码？

了解智能合约的执行环境

1. 智能合约在去中心化网络中运行，每个节点都维护区块链账本的副本。当部署合约时，其字节码存储在区块链上并分配一个唯一的地址。网络中的每个参与节点都运行一个虚拟机，例如以太坊虚拟机（EVM），能够解释和执行该字节码。

2. 执行环境通过强制执行确定性行为来确保节点之间的一致性。这意味着，给定相同的输入和状态，每个节点在运行合约代码时必须产生相同的结果。非确定性功能（例如访问当前时间或随机数）通过共识机制受到限制或模拟。

3. 与智能合约交互的交易触发其执行。这些交易包含发送者的地址、目标合约地址、编码的函数调用和可选数据。收到后，节点在开始执行之前验证交易签名和气体限制。

4. Gas 作为计算量的单位。智能合约中的每个操作都会消耗预先定义的 Gas 量，从而防止无限循环和滥用计算。如果提供的 Gas 不足，执行将停止，任何状态更改都会恢复，但仍会收取 Gas 费。

5. 一旦经过验证，交易就会被矿工或验证者包含在区块中。区块提议者执行合约代码并广播结果状态变化。其他节点独立地重新执行同一笔交易以验证正确性，确保无需信任的共识。

节点在代码执行中的作用

1. 全节点下载并存储整个区块链历史记录，包括所有智能合约代码和存储状态。当新交易到达时，他们会重播创世时的合约逻辑，以确保在处理新输入之前当前状态是准确的。

2. 当节点收到针对合约的交易时开始执行。节点从本地存储中检索合约的字节码并将其加载到 EVM 中。来自事务的输入数据决定调用哪个函数以及传递哪些参数。

3. 在执行期间，EVM 按顺序处理操作码，管理内存、堆栈和存储。对合约状态的任何修改（例如更新变量或转移代币）都会暂时保留，直到交易成功完成。

4. 节点维护合约发出的事件日志，这些日志不是状态的一部分，但可以从外部查询。这些日志帮助链下应用程序跟踪合约活动，而无需扫描整个区块链。

5. 执行后，每个节点都会产生一个结果：状态更新成功、回滚失败或 out-of-gas 异常。只有在就区块的有效性达成共识后，这些更改才会在全局状态中永久生效。

交易生命周期和状态变化

1. 用户通过签署指定接收者合约和函数调用的交易来发起交互。钱包软件通常在将交易广播到网络之前使用 ABI 标准对函数选择器和参数进行编码。

2. 待处理的交易进入内存池，矿工或验证者根据 Gas 价格和可用性选择它们。支付较高的交易通常会优先包含在下一个区块中。

3. 构造区块时，验证器按顺序执行每个选定的交易。一项事务的结果可能会影响后续事务所使用的状态，因此顺序对于一致性很重要。

4.状态变化只有在充分验证和共识确认后才会发生。即使节点在本地计算新的余额或存储值，它仍然是临时的，直到该块在网络的大部分中最终确定为止。

5. 最终性取决于底层共识机制。在以太坊等权益证明系统中，三分之二的验证者就检查点区块达成一致后即可实现最终确定，这使得重组几乎不可能。

常见问题解答

如果智能合约在执行过程中遇到错误会发生什么？如果发生错误（例如被零除、数组越界或断言失败），EVM 会触发异常。这会导致事务恢复所有状态更改，使系统返回到执行前的状态。但是，直到故障点为止消耗的 Gas 不会退还。

智能合约代码部署后可以修改吗？通常，智能合约代码一旦部署就不可更改。开发人员使用代理模式或可升级的合约架构来模拟变化。这些设计将逻辑与存储分开，允许引用新的实现，同时保留现有数据。

外部数据源如何与智能合约交互？智能合约无法直接访问链下数据。预言机充当中介，从外部 API 获取信息并通过交易将其提交到链上。像 Chainlink 这样值得信赖的预言机网络为价格信息、天气预报等提供防篡改的数据源。

为什么天然气以加密货币而不是法定货币定价？原生代币中的 Gas 定价与网络内的激励措施保持一致。矿工或验证者以用于衡量计算成本的相同货币获得补偿，从而创建一个自我维持的经济。法定价值的波动被市场动态所吸收，从而使运营成本在资源使用方面保持可预测。