Ethereum

启动 geth 节点，连接测试网络：

$ geth --ropsten --http --syncmode light 2>testnet.log

启动 geth 节点，连接测试网络，并启动 console：

$ geth --ropsten --http --syncmode light console 2>testnet.log

如果需要在 web3.js 代码中执行解锁帐号等操作，则还要加上参数 --http.api="eth,net,web3,personal" ，即：

$ geth --ropsten --http --http.api="eth,net,web3,personal" --allow-insecure-unlock --syncmode light console 2>testnet.log

参数说明：
1、参数 --ropsten 表示连接测试网络（不指定参数时默认连接主网络）；
2、参数 --http 表示启用 http 服务，默认监听在 localhost:8545；
3、参数 --allow-insecure-unlock 可以解决解锁帐户时“account unlock with HTTP access is forbidden”的问题；
4、参数 --syncmode light 表示采用 light 同步模式（不指定参数时默认使用 full 同步模式）；
5、参数 console 表示启动交互式的 JavaScript environment，也可以在启动节点时不启动交互式环境，启动节点后使用 geth attach 连接到交互式环境；
6、上面例子中为了不使日志影响到交互式环境，已经把标准错误输出重定向到文件 testnet.log 中。

进入交互环境后，输入 eth 可以查看所支持的交互命令，如：

$ geth --ropsten --http --syncmode light console 2>testnet.log
Welcome to the Geth JavaScript console!

instance: Geth/v1.10.5-unstable-a9fd67ca-20210714/linux-amd64/go1.16.6
 datadir: /home/ubuntu/.ethereum
 modules: admin:1.0 debug:1.0 eth:1.0 ethash:1.0 miner:1.0 net:1.0 personal:1.0 rpc:1.0 txpool:1.0 web3:1.0

To exit, press ctrl-d

> eth
{
  accounts: [],
  blockNumber: 4002167,
  coinbase: undefined,
  compile: {
    lll: function(),
    serpent: function(),
    solidity: function()
  },
  defaultAccount: undefined,
  defaultBlock: "latest",
  gasPrice: 1000000000,
  hashrate: 0,
  mining: false,
  pendingTransactions: [],
  protocolVersion: "0x2712",
  syncing: {
    currentBlock: 4002181,
    highestBlock: 4141720,
    knownStates: 0,
    pulledStates: 0,
    startingBlock: 3866623
  },
  call: function(),
  contract: function(abi),
  estimateGas: function(),
  filter: function(options, callback, filterCreationErrorCallback),
  getAccounts: function(callback),
  getBalance: function(),
  getBlock: function(),
  getBlockNumber: function(callback),
  getBlockTransactionCount: function(),
  getBlockUncleCount: function(),
  getCode: function(),
  getCoinbase: function(callback),
  getCompilers: function(),
  getGasPrice: function(callback),
  getHashrate: function(callback),
  getMining: function(callback),
  getPendingTransactions: function(callback),
  getProtocolVersion: function(callback),
  getRawTransaction: function(),
  getRawTransactionFromBlock: function(),
  getStorageAt: function(),
  getSyncing: function(callback),
  getTransaction: function(),
  getTransactionCount: function(),
  getTransactionFromBlock: function(),
  getTransactionReceipt: function(),
  getUncle: function(),
  getWork: function(),
  iban: function(iban),
  icapNamereg: function(),
  isSyncing: function(callback),
  namereg: function(),
  resend: function(),
  sendIBANTransaction: function(),
  sendRawTransaction: function(),
  sendTransaction: function(),
  sign: function(),
  signTransaction: function(),
  submitTransaction: function(),
  submitWork: function()
}

在 The Merge（PoW 切换到 PoS）于 2022 年 9 月 15 日生效。

我们需要同时启动两类客户端：

1. Consensus Client，常见的 Consensus Client 有：Prysm, Teku, Nimbus, Lighthouse, Lodestar。
   
2. Execution Client，常见的 Execution Client 有：Besu, Erigon, Go-Ethereum (Geth), Nethermind。
   

下面以 Prysm 搭配 Geth 为例介绍节点的运行：

1. 创建 JWT Secret 文件，如 openssl rand -hex 32 | tr -d "\n" > "jwt.hex"
   
2. 启动 Geth，如 geth --http --http.api eth,net,engine,admin --authrpc.port 8551 --authrpc.jwtsecret path/to/jwt.hex
   
3. 启动 Prysm，如 beacon-chain --execution-endpoint http://localhost:8551 --jwt-secret path/to/jwt.hex
   

启动 geth 节点后，过一段时间会自动启动数据同步功能。使用 eth.blockNumber 可以检测目前已经同步到哪个块：

> eth.blockNumber
3076701

使用 eth.syncing 可以检测现在的同步状态，下面是它的输出实例：

> eth.syncing
{
  currentBlock: 3928302,
  highestBlock: 4141720,
  knownStates: 0,
  pulledStates: 0,
  startingBlock: 3866623
}

如果目前没处于同步状态（这可能是同步完成了，也可能是没开始同步），则 eth.syncing 会输出：

> eth.syncing
false

使用 net.peerCount 可以检查连接了多少个节点，下面是它的输出实例：

> net.peerCount
1

如果不能自动发现其它节点，可以手动配置其它节点，参考：https://geth.ethereum.org/docs/interface/peer-to-peer

执行下面命令可以检测 Consensus Client 同步状态：

$ curl http://localhost:3500/eth/v1/node/syncing
{"data":{"head_slot":"3877737","sync_distance":"857832","is_syncing":true,"is_optimistic":false}}

参考：https://ethereum.github.io/beacon-APIs/

在网站 https://faucet.metamask.io （需要安装 MetaMask 浏览器插件）上可以获取测试网络的以太币。
在网站 https://faucet.rinkeby.io 上可以获取 Rinkeby 测试网的以太币。
在网站 https://faucet.kovan.network 上可以获取 Kovan 测试网的以太币。

当 geth 节点运行一段时间后，占用的硬盘空间会比较大。有一种办法可以减少占用的硬盘空间，停止节点后运行下面命令：

$ geth snapshot prune-state

在运行上面命令结束后，再启动节点即可。

参考：https://gist.github.com/yorickdowne/3323759b4cbf2022e191ab058a4276b2

使用 personal.newAccount() 可以创建账号，会提示输入密码。如：

> personal.newAccount('12345')   # 密码为12345
"0x6bf91905d0434c6029a79b08127722e0c2311512"

使用 personal.importRawKey("priv key", "your password") 可以导入账号。如：

> personal.importRawKey('af180cf61900d1c741bab0a99dedb7cc0da78988ffafc364ba06feab4c88be97', '12345678')
"0xe4f394093e0dc30d28a216daece79a6d0d537042"

使用 eth.accounts 或者 personal.listAccounts 可以列出 geth 创建或者导入的账号，如：

> eth.accounts
["0x6bf91905d0434c6029a79b08127722e0c2311512", "0x33bcd711ce5917bdaf3079488f402bc75118b026", "0xe4f394093e0dc30d28a216daece79a6d0d537042"]

使用 eth.getBalance 可以查看账号余额，其单位为 wei，如：

> eth.getBalance('0xe4f394093e0dc30d28a216daece79a6d0d537042')
1000000000000000000

如果要显示以 ether 为单位的余额，可以执行下面命令：

> web3.fromWei(eth.getBalance('0xe4f394093e0dc30d28a216daece79a6d0d537042'), "ether")
1.0

注：如果执行命令时提示“Error: no suitable peers available”，即出现：

> eth.getBalance('0xe4f394093e0dc30d28a216daece79a6d0d537042')
Error: no suitable peers available
    at web3.js:3143:20
    at web3.js:6347:15
    at web3.js:5081:36
    at <anonymous>:1:1

则稍微等一下，再尝试即可。

使用 eth.sendTransaction 可以进行转账操作。如：

> personal.unlockAccount("0xe4f394093e0dc30d28a216daece79a6d0d537042", "12345678")    // 解锁账号
> eth.sendTransaction({from:"0xe4f394093e0dc30d28a216daece79a6d0d537042", to:"0x6bf91905d0434c6029a79b08127722e0c2311512", value:web3.toWei(0.5, 'ether')})
"0x026956208c00f047f05eadf900e8297e3fc445e2cbe7e85f51b95742f5e86a00"

除了前面介绍的三个位置外，合约还可以访问名为 Calldata 的数据。

Calldata 中的数据是只读的，有三个 EVM 操作符可以操作 Calldata：

1. CALLDATASIZE tells the size of the transaction data.
   
2. CALLDATALOAD loads 32 bytes of the transaction data onto the stack.
   
3. CALLDATACOPY copies a number of bytes of the transaction data to memory.
   

Solidity 中可以使用 msg.data 来访问 Calldata。

参考：https://blog.openzeppelin.com/ethereum-in-depth-part-2-6339cf6bddb9/

Log 是合约和外界交互的重要方式，如图 4 所示（图片摘自 Getting Deep Into EVM: How Ethereum Works Backstage）。

在 DApp 中，往往需要监听合约的 Log 才知道合约是否被执行，从而知道用户是否使用了 DApp 的某项功能。

Event Log 保存在两个部分中：topic 部分（优点是可以快速查找）和 data 部分（优点是 gas 低）。 如果定义 Event 时，参数用 indexed 修饰，则该参数对应数据会存到 topic 部分中，便于快速查找。而未加 indexed 修饰的参数值会存到 data 部分中，成为“原始日志”。需要注意的是，如果增加 indexed 属性的是数组类型（包括 string 和 bytes），那么 topic 存储对应的数据的哈希值，而不是存原始数据，因为 topic 是用于快速查找的，不能存任意长度的数据。

下面的 Transfer Event 中参数 from 和 to 使用 indexed 修饰，它们会保存在日志的 topic 部分中，而 value 没有使用 indexed 修饰，则直接保存在 data 部分中。

event Transfer(address indexed from, address indexed to, uint256 value);

图 5 是 Transfer Event 产生的 Log 实例。

从图 5 中我们可以发现 topic 数据中有 3 个元素，但我们仅仅指定了 2 个参数为 indexed ，为什么会多一个呢？这是因为， 对于非匿名 Event，其 topic 的首元素固定为“Event 的签名的哈希”。 以 Transfer Event 为例，其签名计算为：

keccak('Transfer(address,address,uint256)')
ddf252ad1be2c89b69c2b068fc378daa952ba7f163c4a11628f55a4df523b3ef

这个哈希值和图 5 是一致的。

Event Log 存储的 EVM 指令是 LOG0/LOG1/LOG2/LOG3/LOG4，它们的含义是：

Value  Mnemonic     Description
0xa0    LOG0        Append log record with no topics.
0xa1    LOG1        Append log record with one topic.
...     ...         ...
0xa4    LOG4        Append log record with four topics.

可知，最多可以有 4 个 Topics，除去第 1 个 Topic（前面介绍了它固定为“Event 的签名的哈希”）外，我们最多指定 3 个 Topics，这就是为什么 Event 中 indexed 修饰符最多只能对 3 个参数进行标记的原因。

参考：
https://medium.com/mycrypto/understanding-event-logs-on-the-ethereum-blockchain-f4ae7ba50378
https://codeburst.io/deep-dive-into-ethereum-logs-a8d2047c7371

Golang 读取 Event Log 可参考：https://goethereumbook.org/event-read/

Data separation 模式中，数据和逻辑分开放在不同的合约中，逻辑合约调用数据合约。只有逻辑合约可以升级，而数据合约不升级。

数据合约的例子：

contract DataContract is Owner {
  uint public myVar;

  function setMyVar(uint new_value) onlyOwner public {
    myVar = new_value;
  }
}

由于逻辑合约可能需要升级，为了对用户透明（用户调用合约地址不能变化），我们需要增加一个代理合约，它的作用是转发请求给真正的逻辑合约。代理合约中保存着逻辑合约的地址，部署新逻辑合约后，在代理合约中更新一下新逻辑合约的地址即可完成升级操作。

Data separation 模式如图 6（摘自：Contract upgrade anti-patterns）所示。

Delegatecall-based proxies 模式中，数据和逻辑分开也放在不同的合约中，不过它是数据合约调用逻辑合约（注：在 Data separation 模式中，是逻辑合约调用数据合约）。

介绍这个模式前，先介绍一下 EVM 中的 delegatecall 指令，它的含义是 “calls a method in another contract, using the storage of the current contract”。

delegatecall 可用于实现 library，如：

pragma solidity ^0.4.24;

library Lib {

  struct Data { uint val; }

  function set(Data storage self, uint new_val) public {
    self.val = new_val;
  }
}

contract C {
  Lib.Data public myVal;

  function set(uint new_val) public {
    Lib.set(myVal, new_val);         // 编译后，会产生 delegatecall 指令
  }
}

上面代码中，Lib.set 执行时会修改存储在合约 C 中的状态变量 myVal。

Delegatecall-based proxies 模式如图 7（摘自：Contract upgrade anti-patterns）所示。

采用 Delegatecall-based proxies 模式时，需要注意，只能在后面增加合约中的状态变量，不能修改已有的状态变量。这是因为合约中状态变量是按下标一个一个存放的，旧数据已经存在了，不能再调整，只能往往后面增加。

假设有合约：

// contracts/Counter.sol
pragma solidity ^0.6.0;

contract Counter {
    uint256 public value;  // 只能在后面增加合约中的状态变量，这样才不会破坏内存

    function increase(uint256 amount) public {
        value += amount;
    }
}

如果我们想升级上面的合约，需要增加状态变量，则只能在状态变量 value 的后面增加。

OpenZeppelin 采用 Delegatecall-based proxies 模式实现合约的可升级。 利用 OpenZeppelin 提供的工具（ npx oz upgrade ）可以自动检测修改已有状态变量的危险情况，如前面合约中如果我们在状态变量 value 前增加另外一个状态变量（uint256 public value_other），则升级时会提示下面错误：

New variable 'uint256 value_other' was inserted in contract Counter in contracts/Counter.sol:1. You should only add new variables at the end of your contract.

关于这种升级模式，可参考下面 EIP：
EIP-1967: Standard Proxy Storage Slots