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如何撰寫智能合約(Smart Contract)?(II)建立加密代幣

· 11 min read

Update: 12/28/2017 更新教程，使用 require 取代 throw。

上一篇中我們已寫好並部署完成了第一個智能合約，也驗證了合約確實可以運作。在閱讀完本篇後，你將學會建立一個簡易的加密代幣🔒💵。本篇目的並非為了寫出一個安全可用的加密代幣，而是以介紹代幣合約的相關概念為主， 是以對合約做了適當地簡化，好更易於理解。

開發前的準備​

延續上一篇的內容，在開發的過程中，我們將繼續使用testrpc1工具在電腦上模擬智能合約所需的乙太坊區塊鏈測試環境。

首先確保已啟動 testrpc，若尚未啟動，可以使用以下命令啟動

$ testrpc
...

這樣我們就可以開始建立加密代幣智能合約專案了。

代幣合約的基礎概念​

代幣合約扮演像是銀行🏦 的角色。使用者在代幣合約中，用自己的乙太幣帳戶地址當作銀行帳戶，可以透過代幣合約執行轉帳 (transfer，將代幣由一個帳戶傳送到另一個帳戶)，查詢餘額 (balanceOf，查詢指定帳戶中擁有的代幣) 等原本由銀行負責的工作。因為合約部署在公開區塊鏈上，所有的交易都是公開透明，可供檢驗的。

建立一個代幣合約​

在contracts/目錄下建立一個SimpleToken.sol檔案。也可以使用以下命令來產生檔案：

$ truffle create contract SimpleToken

SimpleToken.sol檔案內容如下：

pragma solidity ^0.4.11;

contract SimpleToken {
  uint256 INITIAL_SUPPLY = 10000;
  mapping(address => uint256) balances;

  function SimpleToken() public {
    balances[msg.sender] = INITIAL_SUPPLY;
  }

  // transfer token for a specified address
  function transfer(address _to, uint256 _amount) public {
    require(balances[msg.sender] > _amount);
    balances[msg.sender] -= _amount;
    balances[_to] += _amount;
  }

  // Gets the balance of the specified address
  function balanceOf(address _owner) public constant returns (uint256) {
    return balances[_owner];
  }
}

講解​

pragma solidity ^0.4.11;

第一行指名目前使用的 solidity 版本，不同版本的 solidity 可能會編譯出不同的 bytecode。

uint256 INITIAL_SUPPLY = 10000;
mapping(address => unit256) balances;

我們定義了初始代幣數目INITIAL_SUPPLY。這邊隨意選擇了一個數字10000。

我們用mapping來定義一個可以儲存鍵值對 (key-value pair) 的資料結構 (類似 Javascript 中的{"0xaabbccddeeff": 888})，同時也需要分別指定address作為鍵的型別，指定uint256作為值的型別。和 Javascript 不同，型別定義好後不能隨時更改要儲存的型別。

contract SimpleToken {
  function SimpleToken() public {
    balances[msg.sender] = INITIAL_SUPPLY;
  }
}

和合約同名的SimpleToken函式，就是SimpleToken這個合約的建構函式 (constructor)。函式中我們拿msg.sender當作 key，INITIAL_SUPPLY當作值，將所有的初始代幣INITIAL_SUPPLY都指定給msg.sender帳號。 msg是一個全域 (Global) 物件2，msg.sender表示用作呼叫當前函式的帳號。由於建構函式只有在合約部署時會被執行，因此這邊用到的msg.sender，也就代表著用來部署這個合約的帳號。

function transfer(address _to, uint256 _amount) public {
  require(balances[msg.sender] > _amount);
  balances[msg.sender] -= _amount;
  balances[_to] += _amount;
}

transfer函式定義了如何轉帳，只要指定要傳送的帳號與數目，就會從呼叫者手上把對應數目的代幣移轉到指定的帳號上。

graph LR 傳送者 -- 轉帳 --> 代幣合約 代幣合約 -.-> 修改傳送者和接收者餘額

require(balances[msg.sender] > _amount);語句判斷帳戶中是否還有足夠轉出的餘額，若存款小於想轉出的數目，就丟出錯誤。

這個函式這麼寫當然還是過度簡化了，若要能實際使用，需要檢查更多可能的狀況。但就先這樣吧。

function balanceOf(address _owner) public constant returns (uint256) {
  return balances[_owner];
}

balanceOf函式的作用，是讓使用者可以查詢任一帳號的餘額。透過傳入_owner帳號，可以查詢_owner帳號儲存在balances對照表中的值。

graph LR 傳送者 --> 代幣合約 代幣合約 -. 查詢結果 .-> 傳送者

如此一來，我們就寫好一個新加密代幣🔒💵合約囉！接下來將要編譯合約並部署到區塊鏈上。

編譯與部署​

在migrations/目錄下建立一個3_deploy_token.js檔案，內容如下：

var SimpleToken = artifacts.require("SimpleToken");

module.exports = function(deployer) {
  deployer.deploy(SimpleToken);
};

現在可執行 compile 與 migrate 命令

$ truffle compile
...
$ truffle migrate
Using network 'development'.

Running migration: 3_deploy_token.js
  Deploying HelloToken...
  ... 0x2c4659528c68b4e43d1edff6c989fba05e8e7e56cc4085d408426d339b4e9ba4
  SimpleToken: 0x352fa9aa18106f269d944935503afe57a00a9a0d
Saving successful migration to network...
  ... 0x1434c1b61e9719f410fc6090ce37c0ec141a1738aba278dd320738e4a5d229fa
Saving artifacts...

如此一來我們已將SimpleToken代幣合約部署到 testrpc 上。

驗證​

合約部署完成後，我們可以使用truffle console命令開啟 console，輸入以下命令來驗證合約是否能照我們設計的方式運作。

$ truffle console
> let contract
> SimpleToken.deployed().then(instance => contract = instance)
> contract.balanceOf(web3.eth.coinbase)
BigNumber { s: 1, e: 4, c: [ 10000 ] }
> contract.balanceOf(web3.eth.accounts[1])
BigNumber { s: 1, e: 0, c: [ 0 ] }
> contract.transfer(web3.eth.accounts[1], 123)
...
> contract.balanceOf(web3.eth.coinbase)
BigNumber { s: 1, e: 3, c: [ 9877 ] }
> contract.balanceOf.call(web3.eth.accounts[1])
BigNumber { s: 1, e: 2, c: [ 123 ] }
>

講解​

> let contract
> SimpleToken.deployed().then(instance => contract = instance)

這邊使用SimpleToken.deployed().then語句來取得 SimpleToken 合約的 Instance (實例)，並存到contract變數中，以方便後續的呼叫。

> contract.balanceOf(web3.eth.coinbase)
BigNumber { s: 1, e: 4, c: [ 10000 ] }
> contract.balanceOf(web3.eth.accounts[1])
BigNumber { s: 1, e: 0, c: [ 0 ] }

還記得啟動 testrpc 後預設會產生 10 個帳號 (Accounts) 嗎？。web3.eth.coinbase 代表操作者預設的帳號，即 10 個帳號中的第一個帳號web3.eth.accounts[0]，所以這邊呼叫web3.eth.coinbase或web3.eth.accounts[0]結果是一樣的。

> contract.balanceOf(web3.eth.accounts[0])
BigNumber { s: 1, e: 4, c: [ 10000 ] }

這兩句的目的是在進行轉帳操作前，先查詢前兩個帳號所擁有的代幣餘額。透過呼叫balanceOf函式，可以看到第一個帳號 (部署合約的帳號) 裡存著所有的代幣。

> contract.transfer(web3.eth.accounts[1], 123)
...

接著使用transfer函式來傳送123個代幣到第二個帳號web3.eth.accounts[1]。如果轉帳成功，傳送者預設帳號中會減少 123 個代幣，接收者帳號中會增加 123 個代幣。

> contract.balanceOf(web3.eth.coinbase)
BigNumber { s: 1, e: 3, c: [ 9877 ] }
> contract.balanceOf.call(web3.eth.accounts[1])
BigNumber { s: 1, e: 2, c: [ 123 ] }
>

我們再次透過呼叫balanceOf函式，查詢傳送者帳號和接收者帳號各自剩下的 SimpleToken 數目。發現轉帳真的成功了。

你知道剛剛的程式碼裡有一堆安全漏洞💣 嗎？​

寫智能合約看起來並不困難吧？但因為智能合約的運作是透明公開的，而且其中牽涉了代幣或金錢的流動，這提供了駭客很強的挑戰動機。

因此如果要妥善處理智能合約，會遇到的諸多安全問題。即使單純如本篇中的SimpleToken，也至少會遇到幾個問題：例如transfer函式中沒有禁止傳入負數金額，因此傳送者反過來可以從接收者那邊取得代幣。同時也沒有檢查接收者帳號是否合法，因此傳送者可能會傳送失敗或因為送到黑洞中，白白損失了代幣。

有著一堆安全漏洞的合約，輕則執行失敗白花交易費用，嚴重則影響到合約中的代幣或以太幣。已有多起因為合約的漏洞，造成儲存在合約中的代幣或以太幣被駭客轉走，使得 ICO 失敗的案例。

有興趣的人可以進一步查看參考資料4和5了解智能合約當前的一些最佳實現。

結語​

看完這篇除了學到本篇講解的SimpleToken外，應該也可以大致看得懂 truffle 預設的MetaCoin.sol合約了。不同的細節可以查看 solidity 相關語法2。 下一篇會接著介紹如何使用經過驗證的函式庫，來建立一份可以放到乙太幣錢包👛 的加密代幣🔒💵合約。

參考資料​