以太坊扩容方案 - 以太坊状态通道指南

如果你是一名以太坊开发者，你可能已经熟悉智能合约了，智能合约使你能够在以太坊网络上执行交易，而无需中间人。但是，如果你需要实时执行大量交易，例如在游戏或交易平台中，该怎么办？

这时就需要用到状态通道了，它是解决以太坊网络可扩展性问题的方案。状态通道允许你执行大量链下交易，然后在区块链上确定最终状态。简单来说，你可以将状态通道视为一个虚拟房间，参与者可以在其中私下交互，而无需将他们的交易广播到整个网络。

在本文中，我们将探讨以太坊上的状态通道，并学习如何以开发者的身份使用它们。我们将涵盖以下主题：

• 什么是状态通道？
• 状态通道如何工作？
• 状态通道的优势
• 在以太坊上开发状态通道
• 为状态通道编写智能合约
• 以太坊上状态通道的示例代码

让我们开始吧！

什么是状态通道？

状态通道，也称为支付通道，是两个或多个参与者在链下私下交互的一种方式。参与者不是将交易发送到以太坊网络进行验证并包含在区块链中，而是可以在链下的虚拟房间或通道中相互交互。

状态通道的主要使用场景之一是微支付。例如，假设你想每次在流媒体平台上观看视频时支付少量以太币。你无需为每次付款创建新的交易，而是可以与平台打开一个状态通道，在链下进行付款，然后在区块链上确定最终状态。

状态通道如何工作？

在状态通道中，两个或多个参与方在以太坊区块链上创建一个合约，该合约是官方结算层。该合约包含通道的初始状态以及管理通道运行方式的规则。

创建合约后，参与方可以开始在链下相互交互。他们交换更新通道状态的签名消息。这些消息不会广播到以太坊网络，也不会由矿工验证。相反，它们由参与者自己验证。

通道保持打开状态，直到其中一方决定关闭它。当通道关闭时，通道的最终状态将在区块链上结算，并且每个参与者根据最终状态获得其资金份额。

状态通道的优势

状态通道提供了几个优势，使其成为开发者有吸引力的选择。这些优势包括：

1. 可扩展性：由于状态通道在链下运行，因此允许发生大量交易，而无需整个网络验证每笔交易。
2. 速度：状态通道中的交易是即时的，因为它们只需要参与者（而不是整个网络）的验证。
3. 更低的费用：由于状态通道在链下运行，因此每次交易都没有 gas 费用，这可以为用户节省大量成本。
4. 隐私：由于状态通道在链下运行，因此交易是私有的，并且在区块链上不可公开查看。
5. 灵活性：状态通道是高度可定制的，允许开发者为各种用例创建通道，包括微支付、游戏等。

在以太坊上开发状态通道

要在以太坊上开发状态通道，你需要创建一个智能合约，该合约将充当通道的结算层。该合约应包括通道的初始状态以及管理通道运行方式的规则。

创建合约后，你可以开始在链下与之交互以更新通道的状态。为此，你需要创建包含通道状态更新的签名消息。

最后，当通道关闭时，通道的最终状态将在区块链上结算，并且每个参与者根据最终状态获得其资金份额。

为状态通道编写智能合约

要为状态通道编写智能合约，你需要定义通道的初始状态以及管理通道运行方式的规则。让我们看一些用于创建简单支付通道的示例代码。

pragma solidity ^0.7.0;

contract PaymentChannel {
    address public sender;
    address public receiver;
    uint256 public expiration;
    uint256 public amount;

    constructor(
        address _receiver,
        uint256 _amount,
        uint256 _expiration
    ) payable {
        sender = msg.sender;
        receiver = _receiver;
        amount = _amount;
        expiration = block.timestamp + _expiration;
    }

    function close(uint256 _payment) public {
        require(
            msg.sender == receiver,
            "Only the receiver can close the channel" // 只有接收者才能关闭通道
        );
        require(
            _payment <= amount,
            "Payment amount exceeds amount in the channel" // 支付金额超过了通道中的金额
        );
        selfdestruct(receiver);
    }

    function extendExpiration(uint256 _expiration) public {
        require(
            msg.sender == sender,
            "Only the sender can extend the expiration" // 只有发送者才能延长到期时间
        );
        require(
            _expiration > expiration,
            "Expiration must be set to a longer time than the current expiration" // 到期时间必须设置为比当前到期时间更长的时间
        );
        expiration = _expiration;
    }
}

在这个智能合约中，PaymentChannel 合约使用发送者的地址、接收者的地址、到期时间和要转移的金额创建。构造函数使用这些参数设置通道的初始状态。

close 函数允许接收者关闭通道并接收付款。该函数检查付款是否超过通道中的金额，然后销毁合约，将付款转移给接收者。

extendExpiration 函数允许发送者延长通道的到期时间。如果发送者希望保持通道打开更长时间以允许进行其他交易，则此函数很有用。

以太坊上状态通道的示例代码

现在我们已经看了一个简单的支付通道智能合约的示例，让我们看看一些用于在链下与合约交互的示例代码。

 function createPaymentChannel(
        address _receiver,
        uint256 _amount,
        uint256 _expiration
    ) public payable returns (PaymentChannel) {
        PaymentChannel paymentChannel = new PaymentChannel(
            _receiver,
            _amount,
            _expiration
        );
        require(
            msg.value >= _amount,
            "Payment must be greater than or equal to the amount for the channel" // 付款必须大于或等于通道的金额
        );
        return paymentChannel;
    }

    function updatePaymentChannelState(
        PaymentChannel _paymentChannel,
        uint256 _newAmount
    ) public {
        require(
            _paymentChannel.sender() == msg.sender,
            "Only the sender can update the channel state" // 只有发送者才能更新通道状态
        );
        require(
            _newAmount <= _paymentChannel.amount(),
            "New amount cannot exceed the original amount" // 新金额不能超过原始金额
        );
        _paymentChannel.amount = _newAmount;
    }

    function closePaymentChannel(
        PaymentChannel _paymentChannel,
        uint256 _payment
    ) public {
        require(
            _paymentChannel.receiver() == msg.sender,
            "Only the receiver can close the channel" // 只有接收者才能关闭通道
        );
        _paymentChannel.close(_payment);
    }

在此代码中，createPaymentChannel 函数使用指定的参数创建一个新的支付通道合约。该函数检查付款是否大于或等于通道的金额。

updatePaymentChannelState 函数允许发送者通过提供新的付款金额来更新通道的状态。该函数检查新金额是否小于或等于通道中的原始金额。

最后，closePaymentChannel 函数允许接收者关闭通道并接收付款。该函数检查发送者是否是通道的合法所有者，然后调用合约上的 close 函数以将付款转移给接收者。

结论

以太坊上的状态通道是开发者的强大工具，可提供可扩展性、速度和灵活性。通过启用在区块链上结算的链下交易，状态通道允许发生大量交易而不会给网络带来压力。

如果你有兴趣在以太坊上开发状态通道，本文中提供的示例代码应该为你提供一个良好的起点。通过一些练习，你将能够创建自己的状态通道，从而在以太坊网络上实现快速安全的交易。

• 原文链接： dev.to/cryptoloom/ready-...
• 登链社区 AI 助手，为大家转译优秀英文文章，如有翻译不通的地方，还请包涵～