技术 | Web3应用程序架构

但是，变化正在发生。

区块链技术为Web 3.0应用开启了一个新的方向，为了加深理解，这篇文章将着重分析基于以太坊的Web3的DApps架构。

与Web 2.0应用不同，Web 3.0消除了中间商（管理中心）。无需数据库集中存储应App的状态（ State），也不需要集中的网络服务器来存放后端的逻辑。

相反，Web3可以利用区块链，在互联网上的去中心化的状态机上（由匿名节点维护）构建应用程序。

通过 "状态机（state machine）"，这里是指维护给定的程序状态和该机器上允许的未来状态的机器。区块链是状态机，它被实例化为一些创世的状态，并有非常严格的规则（即共识）来定义该状态如何转换。

科普：什么是状态机？

状态机由状态寄存器和组合逻辑电路构成，能够根据控制信号按照预先设定的状态进行状态转移，是协调相关信号动作,完成特定操作的控制中心。状态机分为摩尔（Moore）型状态机和米莉（Mealy）型状态机。 

状态机就是状态转移图。举个最简单的例子，人有三个状态：健康，感冒，康复中。触发的条件有淋雨（t1），吃药（t2），打针（t3），休息（t4）。所以状态机就是健康-（t4）->健康；健康-（t1）->感冒；感冒-（t3）->健康；感冒-（t2）->康复中；康复中-（t4）->健康，等等。就是这样状态在不同的条件下跳转到自己或不同状态的图。

那么后端服务器呢？与Web2.0后端被控制的方式不同，在Web 3.0生态中，我们可以编写智能合约，定义应用程序的逻辑，将应用程序部署到去中心化的状态机上。这意味着，每个想构建区块链应用的人，都会在共享状态机上部署代码。

前端几乎保持不变，有一些特殊例子将会在后文介绍。

以下是该架构示意图：

详细说明：

我们具体分析一下：

1）区块链

以太坊上的区块链世界是今天的当红炸子鸡：因为以太坊是全球可访问的、具有确定性的状态机，由点对点（Peer to Peer）的节点网络共同维护。以太坊状态机上的状态变化，是由网络的参与者遵循的共识规则所控制的。

所以，以太坊的设计，就是一个世界上任何人都可以访问、写入的状态机。因此，以太坊不属于任何单个实体，而是由网络中的每个参与者共同拥有。

注意，数据写到以太坊区块链上，就不能再被更改。

2）智能合约

智能合约是一个在以太坊区块链上运行的程序，智能合约定义了区块链上发生的状态变化背后的逻辑。智能合约是用高级语言（编程语言）编写的，如Solidity或Vyper。

由于智能合约代码存储在以太坊区块链上，所以任何人都可以检查网络上所有智能合约的应用逻辑。

3）以太坊虚拟机（Ethereum Virtual Machine）缩写为EVM

啥是虚拟机呢？ 

就是计算机系统的仿真器，可以在一个完全隔离的系统中，提供我们真实计算机的功能。

系统虚拟机可以提供一个可以运行完整操作系统的完整系统平台，例如我们用的Windows系统。MAC OS系统等。 

程序虚拟机就是，可以在仿真器里单独运行计算机程序。 

也就是说，如果购买了云服务商提供的虚拟机，就像从云服务商那里买了一块地，之后就可以在虚拟机上面安装各种软件和运行各种任务，就像我们在自己买来的土地上自由改造，盖房子一样。

接下来，通过以太坊虚拟机，可以执行智能合约中定义的逻辑，处理以太坊（全球可访问）状态机上发生的状态变化。

EVM不理解像Solidity和Vyper这样的高级语言，这些语言被用来编写智能合约。相反，必须将高级语言编译成Bytecode，EVM才可以执行。

4) 前端

最后，在前端这块。前端定义了用户界面逻辑，但前端也会与智能合约中定义的应用逻辑进行交互。

前台和智能合约之间的通信比上图中的架构要稍复杂，那么，前端如何和以太坊的智能合约进行通信？

有两种方法来广播（公布/确认）一个新的交易。

• 构建自己的在以太坊区块链上的节点，运行以太坊区块链软件

• 应用第三方服务如如Infura和Alchemy提供的节点，如Infura和Alchemy

Metamask是一个工具，通过它，应用程序能够轻松处理密钥管理和交易签名。Metamask会在浏览器中存储用户私钥，每当前端需要用户签署交易时，就会调用Metamask。

Metamask提供与区块链的连接（作为 "Provider"），因为它已经有了与Infura提供的节点的连接，因为它需要它来签署交易。这样一来，Metamask既是一个提供者，也是一个签署者（ Signer）。

Ethereum average gas price

Average transaction fee

Average block size