通過 web3.py 用 Python 存取 Ethereum
想要通過 Python 存取 Ethereum，從 Ethereum 官方的 Github 中可以看到有兩種模塊可以達成：web3.py 和 pyethereum 。就我目前的理解來說，兩者的差別在于 web3.py 主要是作為外部存取 Ethereum 的客戶端，也就是說 web3.py 函數庫本身不會成為區塊鏈節點，也不會進行區塊鏈同步，而是連接一個區塊鏈上的節點，把區塊鏈當成是外部資料庫一樣取用而已；而 pyethereum 則比較像是 geth 那樣，是用來把自己做成一個區塊鏈節點，會正常進行區塊同步，也可以作為礦工開始挖礦。
在本篇當中，因為是想要一個輕量級的客戶端來與區塊鏈互動，并不想要準備龐大的儲存空間來存放區塊鏈的資料，因此會以 web3.py 為主。
- 配置 web3.py 執行環境
- 通過 web3.py 連結 Ethereum 節點
- 存取區塊鏈上的 ERC20 合約
- 簽署并送出交易
配置 web3.py 執行環境
web3.py 可以直接通過 pip 安裝。
pip install web3
需注意的是，在 Windows 上想安裝時，會需要事先安裝 Visual C++ Builder，否則在安裝的最后階段會因為無法編譯而失敗。
通過 web3.py 連結 Ethereum 節點
web3.py 因為自身不會作為一個區塊鏈的節點存在，因此它需要有一個節點用來存取區塊鏈上的資料。一般來說最安全的方式應該是自己使用 geth 或者 parity 來自建節點，不過如果在不想要自建節點的狀況時，可以考慮看看 infura 提供的 HTTP 節點服務。
以 infura 現在的 API 來說，如果要連結 Ropsten 測試鏈，連結的網址是 https://ropsten.infura.io/v3/api_key，其中 api_key 要去注冊帳號才取得。以下的程序仿照了 web3.py 內建的 auto.infura 的作法，會從環境變數讀取 INFURA_API_KEY 這個參數來組出 infura.io 的 HTTP 位址，用來建立跟 Ropsten 測試鏈的連線。
存取區塊鏈上的 ERC20 合約
import os
from web3 import (
HTTPProvider,
Web3,
)
INFURA_ROPSTEN_BASE_URL = 'https://ropsten.infura.io/v3'
def load_infura_url():
key = os.environ.get('INFURA_API_KEY', '')
return "%s/%s" % (INFURA_ROPSTEN_BASE_URL, key)
w3 = Web3(HTTPProvider(load_infura_url()))
在開始存取合約之前，需要先談談什么是 ABI 。在 Ethereum 中，因為合約都是以編譯過的 binary code 形式存在，因此其實函數庫沒辦法直接知道合約傳輸的內容到底是什么，因為合約的回傳值全都是 binary。因此在操作合約之前，需要提供一份 ABI 文件，告訴函數庫如何使用合約。
# Assume the contract we're going to invoke is a standard ERC20 contract.
with open("erc20.abi.json") as f:
erc20_abi = json.load(f)
# Web3 accept only checksum address. So we should ensure the given address is a
# checksum address before accessing the corresponding contract.
contract_addr = w3.toChecksumAddress('0x4e470dc7321e84ca96fcaedd0c8abcebbaeb68c6');
erc20_contract = w3.eth.contract(address=contract_addr, abi=erc20_abi)
for func in erc20_contract.all_functions():
logger.debug('contract functions: %s', func)
logger.debug("Name of the token: %s", erc20_contract.functions.name().call())
這里假設我們想存取 Ropsten 測試鏈上位址是 0x4e470dc7321e84ca96fcaedd0c8abcebbaeb68c6 的智能合約。這個合約是透過 etherscan 隨便找的某個 ERC20 的合約，因此可以用標準的 ERC20 的 ABI 來存取它。我們在建立這個合約的 instance 時，先跑一個回圈印出合約內所有的 function（這個步驟其實是在列出 ABI 上的信息），接著試著呼叫合約中的 name() 來取得這個合約宣告的代幣名稱。最后輸出的內容如下：
2018-09-07 15:02:53,815 | __main__ | DEBUG | contract functions: <Function name()>
2018-09-07 15:02:53,816 | __main__ | DEBUG | contract functions: <Function approve(address,uint256)>
2018-09-07 15:02:53,824 | __main__ | DEBUG | contract functions: <Function totalSupply()>
2018-09-07 15:02:53,824 | __main__ | DEBUG | contract functions: <Function transferFrom(address,address,uint256)>
2018-09-07 15:02:53,824 | __main__ | DEBUG | contract functions: <Function decimals()>
2018-09-07 15:02:53,824 | __main__ | DEBUG | contract functions: <Function balanceOf(address)>
2018-09-07 15:02:53,824 | __main__ | DEBUG | contract functions: <Function symbol()>
2018-09-07 15:02:53,825 | __main__ | DEBUG | contract functions: <Function transfer(address,uint256)>
2018-09-07 15:02:53,825 | __main__ | DEBUG | contract functions: <Function allowance(address,address)>
2018-09-07 15:02:54,359 | __main__ | DEBUG | Name of the token: KyberNetwork
簽署并送出交易
在上面的例子中，呼叫智能合約時是直接呼叫合約里的 function，但這一般只能用在讀取區塊鏈上的資料的狀況。如果是想要通過呼叫智能合約來寫入資料到區塊鏈，就必須要用另一種方式來呼叫合約，也就是必須先簽署交易，然后付 gas 去執行這個交易。
假設我們一樣是要呼叫一個 ERC20 的合約，要執行合約上的 transferFrom() 這個函數。transferFrom() 需要三個參數 _from、 _to、 _value，表示要從 _from 帳號轉帳給 _to 帳號，轉帳金額是 _value。
# Set the account which makes the transaction.
account = w3.toChecksumAddress(os.environ.get('ETHEREUM_ACCOUNT', ''))
w3.eth.defaultAccount = account
# Web3 accept only checksum address. So we should ensure the given address is a
# checksum address before accessing the corresponding contract.
contract_address = w3.toChecksumAddress('0x4e470dc7321e84ca96fcaedd0c8abcebbaeb68c6')
contract = w3.eth.contract(address=contract_address, abi=contract_abi)
# Prepare the necessary parameters for making a transaction on the blockchain.
estimate_gas = contract.functions.transferFrom(account, account, w3.toWei('1', 'eth')).estimateGas()
nonce = w3.eth.getTransactionCount(account)
# Build the transaction.
txn = contract.functions.transferFrom(account, account, w3.toWei('1', 'eth')).buildTransaction({
'chainId': 3,
'gas': estimate_gas,
'gasPrice': w3.toWei('1', 'gwei'),
'nonce': nonce
})
logger.debug('Transaction: %s', txn)
# Sign the transaction.
private_key = bytes.fromhex(os.environ.get('ETHEREUM_ACCOUNT_PKEY', ''))
signed_txn = w3.eth.account.signTransaction(txn, private_key=private_key)
tx_hash = w3.eth.sendRawTransaction(signed_txn.rawTransaction)
logger.debug('Txhash: 0x%s', bytes.hex(tx_hash))
在上面的程序中，首先第 2 ~ 3 行先從環境變量中讀取我們要使用的帳號，這個帳號將會用來發送交易，當然要付 gas 時也會從這個帳號扣。第 10 ~ 20 行建立一個原始交易（raw transaction），這個交易中因為我們需要自行指定包括 gas、nonce 等參數，因此需要在前面 11 ~ 12 行確認參數要設定多少。然后最重要的第 25 ~ 26 行讀取私鑰，并且用私鑰去簽署交易。這里假設私鑰的組成會是用 Hex 編碼的文字，所以使用 bytes.fromhex 把 Hex 編碼轉回成 byte 格式。簽好以后就送出交易，送出交易時 API 會回傳 byte 格式的交易的 transaction hash，可以把它編碼后印出來，之后就可以去 etherscan 上查找這筆交易了。
