从零到英雄：使用Infura和Python学习开发Web3

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Web3、区块链技术和加密货币如今都是令人关注的热门话题。技术、应用、生态系统以及对社会的影响都在以惊人的速度发展。本文将从开发人员Alvin Lee的角度来讨论如何学习开发Web3，虽然他开发经验丰富，但是在开发Web3方面则是一名新手。本文将了解Web3开发的先决条件，如何使用Python通过Web3的顶级API服务Infura访问区块链，最后介绍用于管理钱包的一个简单项目。

如何开始

尽管Alvin Lee从20世纪90年代末就开始进行编程，但在Web3世界里，他却是一名初学者。他并不是专家，所以不会试图解释Web3基本原理。但市面上有很多很好的指南和教程，因此他建议从Infura文档开始，它非常全面且易于理解。

如果用户喜欢更互动的学习方式，也可以从技术社区获得支持。

现在，学习Web3先从一些基础知识开始。首先需要创建一个Infura账户，一个存储加密货币的钱包，当然还需要一些钱。

创建Infura账户

Infura公司是区块链API和开发人员使用工具的提供商。这意味着如果服务商想访问区块链，不需要自己运行节点。与其相反，只需采用一个友好的API，Infura就会完成所有繁重的工作。Infura免费并且安全，因为它不会存储用户的私钥，也无法修改其交易或多次重放它们。

用户可以免费开户，不需要采用信用卡。

创建Infura项目

创建项目是事情变得有趣的地方。每个项目都有一个API密钥，用于标识它并允许用户使用Infura，用户可以按照说明进行操作。

设置加密钱包

下一个难题是设置加密钱包。在区块链环境中，加密钱包持有的余额完全由一组数字密钥控制，因此没有所谓的个人账户所有权，每个帐户都有一个公钥(在区块链中可见)和一个控制该帐户的私钥。持有私钥的用户完全控制了一个账户。用户还可以将多个帐户作为一组私钥进行管理。加密钱包为用户提供了一种安全的方式来管理其帐户/私钥以及其他好处，例如便利性、便携性和兼容性。

Infura推荐使用MetaMask，用户可以将MetaMask作为浏览器扩展安装。

在设置加密钱包之后，可以开始讨论如何赚钱。

如何赚钱

区块链不是免费使用的，加密货币经济学需要投入更多的资金。简单地说，每笔交易都要支出费用。如果想尝试区块链技术则需要投入资金。幸运的是，对于开发人员来说，有一些测试网络可以免费获得测试资金，虽然不能用它来换取真实的货币，但是可以用它来开发和测试Web3应用程序。

说到这一点，有不同类型的区块链。在这里将重点关注以太坊区块链。

Alvin Lee在这个项目中使用了测试网Sepolia。他可以通过faucet站点从Sepolia获得测试ETH(ETH是以太坊的原生加密货币，可以用它来支付以太坊网络上的交易。而测试ETH是以太坊开发的必要条件) 。

faucet站点可以将少量的测试网ETH转移到加密钱包中。faucet站点要求用户挖矿来赚钱，有些会定期给用户一些钱。Alvin Lee成功地使用了ConsenSys Sepolia faucet，它每天向一个地址发送0.5个Sepolia ETH。

在介绍了这些基础知识之后，以下了解Infura API。

访问Infura API

Infura通过HTTPS（REST）和WebSockets提供了一个JSON-RPC API。它有几个类别，用户可以通过一些文章了解关于它们的内容。

此外，Infura API支持多种不同的网络。每个网络都有自己的https端点，可以在访问API时将其用作基本URL。

以下是以太坊的端点：

（1）Mainnet

• 以太坊主网JSON-RPC基于HTTPS—https://mainnet.infura.io/v3/
• 以太坊主网JSON-RPC基于WebSocket — wss://mainnet.infura.io/ws/v3/

（2）Goerli

• 以太坊Goerli测试网JSON-RPC基于 HTTPS— https://goerli.infura.io/v3/
• 以太坊Goerli测试网JSON-RPC基于WebSocket—wss://goerli.infura.io/ws/v3/

（3）Sepolia

• 以太坊Sepolia测试网JSON-RPC 基于HTTPS—https://sepolia.infura.io/v3/
• 以太坊Sepolia测试网JSON-RPC基于WebSocket—wss://sepolia.infura.io/ws/v3/

为了测试是否可以访问API，可以使用curl获取钱包余额。

将Infura API密钥和API密钥秘密存储在环境变量中，简单地称为：INFURA_API_KEY和INFURA_API_KEY_SECRET。还将MetaMask钱包的公钥存储在一个名为SEPOLIA_ACCOUNT的环境变量中。

curl命令如下:

$ curl --user ${INFURA_API_KEY}:${INFURA_API_KEY_SECRET} \
 -X POST \
 -H "Content-Type: application/json" \
 --data '{"jsonrpc":"2.0","method":"eth_getBalance","params":["'"${SEPOLIA_ACCOUNT}"'","latest"],"id":1}' \
 https://sepolia.infura.io/v3/${INFURA_API_KEY}

a{"jsonrpc":"2.0","id":1,"result":"0x1d7e6e62f1523600"}

正如人们所见，这有一个巨大的余额0x1d7e6e62f1523600!!!!但不必太兴奋，其平衡单位是Wei。1个ETH等于10¹⁸Wei。如果计算一下数字，可以看到账户里有2个多一点的ETH。当然，这都是测试网络的钱。

需要注意的是，在这里不需要使用帐户私钥来检查余额。任何人都可以查看区块链中任何账户的余额，而帐户余额并不是敏感信息。但是，帐户和持有私钥的人的身份是敏感和机密的。

在直接访问Infura API时有着很好的体验，接下来需要编写一些代码。

采用Python开发Web3

Web3生态系统支持多种编程语言。可以从JavaScript（web3.js和ethers.js）、Golang和Python（web3.py）中的流行库访问Infura API。

选择工具：web3.py

虽然现在大多数代码都是用JavaScript/Node.js和Ruby编写的，但在学习新主题时，Python是很好的选择。web3.py库看起来功能强大、成熟且文档齐全。所以Alvin Lee决定选择web3.py。

选择目标：加密钱包管理器

Web3的世界可能是压倒性的：交易、智能合约、IPFS、DAO(去中心化自治组织)、DeFi(去中心化金融)和NFT。Alvin Lee决定为这个Web3测试项目选择一个简单的加密钱包管理器概念。加密钱包管理器是一种“hello web3 world”项目，因为它所做的就是获取余额并将一些钱发送到目标账户。自从Alvin Lee采用Sepolia faucet赚钱以来，他决定发送一些资金来回馈它。先检查一下代码。

web3-test dApp(去中心化应用)

这些代码可以在Github上找到。

使用Poetry来构建应用程序。自述文件提供了一步一步的设置说明。

在深入研究代码之前，先运行一下程序，看看会发生什么:

$ poetry run python main.py

balance before transaction: 2.1252574454
send 20,000 gwei to 0xea4d57b2dd421c5bfc893d126ec15bc42b3d0bcd (Sepolia faucet account)
balance after transaction: 2.125184945399832

正如人们所看到的那样，Alvin Lee的余额最初是略高于2个testnet ETH。然后，将20,000 Gwei(即200亿Wei)发送到最初获得资金的Sepolia faucet账户。它几乎没有影响资金平衡。这正好说明Wei是一个多么小的单位。

这个代码非常简单。只有一个名为main.py的文件。该文件包含一个main()函数和一个WalletManager类。先从main()函数开始，它是程序的入口点。

main()函数不接受命令行参数或配置文件。一切都是为了简单而硬编码的。首先，该函数实例化WalletManager类，然后定义Sepolia faucet帐户的公钥。现在开始行动。该函数通过调用WalletManager的get_balance()方法获得加密钱包的余额，然后传递所请求的单位(以太币)，并将其显示在屏幕上。接下来，该函数调用send_eth()方法将20,000 Gwei发送到目标帐户。最后，它在汇款后再次获取并显示余额。

def main():
 wm = WalletManager()

 sepolia_faucet_account = wm.w3.toChecksumAddress('0xea4d57b2dd421c5bfc893d126ec15bc42b3d0bcd')

 balance = str(wm.get_balance('ether'))
 print(f'balance before transaction: {balance}')

 print(f'send 20,000 gwei to {sepolia_faucet_account} (Sepolia faucet account)')
 wm.send_eth(sepolia_faucet_account, 20000, 'gwei')

 balance = str(wm.get_balance('ether'))
 print(f'balance after transaction: {balance}')

if __name__ == '__main__':
 main()

然后看一下WalletManager类。它有四种方法：

·__init__(),
·__create_web3_instance()
·get_balance()
·sent_eth()

方法1：__init__()

以下逐一进行了解。__init__()方法作为构造函数，它首先调用__create_web3_instance()方法，并将结果存储在一个名为w3的变量中。然后__init__()提取几个环境变量并存储它们。它继续计算一些Gas费用(Gas是区块链运行的燃料)和给验证交易的人员的奖励。

它还存储链ID，用于标识Sepolia测试网(在本例中)。稍后在向Sepolia测试网发送交易时，将需要这个ID。

Import base64
import os
import web3

class WalletManager:
 def __init__(self):
 self.w3 = self.__create_web3_instance()
 self.account = os.environ[‘SEPOLIA_ACCOUNT’]
 self.account_private_key = os.environ[‘METAMASK_PRIVATE_KEY’]
 self.max_fee_per_gas = self.w3.toWei(‘250’, ‘gwei’)
 self.max_priority_fee_per_gas = self.w3.eth.max_priority_fee
 self.chain_id = self.w3.eth.chain_id

方法2：__create_web3_instance()

可以了解__create_web3_instance()方法内部发生了什么。

__create_web3_instance()是一个静态方法，因为它不需要来自WalletManager类的任何信息。它从环境中获取Infura API密钥和API密钥秘密，然后将它们编码为基本身份验证令牌。它在Sepolia测试网上为项目准备了适当的端点，然后用所有信息实例化了Web3库中的一个Web3对象。这个对象将允许通过一个方便的Python接口调用Infura API(而不是构造JSON-RPC请求并解析结果)。

@staticmethod
def __create_web3_instance():
 infura_api_key = os.environ['INFURA_API_KEY']
 infura_api_key_secret = os.environ['INFURA_API_KEY_SECRET']
 data = f'{infura_api_key}:{infura_api_key_secret}'.encode('ascii')
 basic_auth_token = base64.b64encode(data).strip().decode('utf-8')

 infura_sepolia_endpoint = f'https://sepolia.infura.io/v3/{infura_api_key}'

 headers = dict(Authorization=f'Basic {basic_auth_token}')
 return web3.Web3(web3.HTTPProvider(infura_sepolia_endpoint, request_kwargs=dict(headers=headers)))

方法3：get_balance()

下一个是get_balance()方法。

这是一种极其简单的方法。它只调用Web3对象的w3.eth.get_balance()方法并传递帐户。eth.get_balance()总是返回Wei的结果，Wei通常太小。而这种方法提供了将结果转换为另一种面额(例如Gwei或Ether)的选项。它通过调用Web3实例再次提供的w3.fromWei()方法来实现。需要注意的是，不必使用私钥来检查余额。

balance = self.w3.eth.get_balance(selpytf.account)
if unit != 'wei':
 return self.w3.fromWei(balance, unit)

方法4：send_eth()

最后但同样重要的是send_eth()方法。这里有很多内容，所以可以将其分成多个块。

首先，send_eth()转换要发送给Wei的金额(如果需要)，然后它获取该帐户的交易计数并将其存储为nonce。nonce允许在需要时覆盖挂起的交易。

def send_eth(self, target_account, amount, unit='wei'):
 if unit != 'wei':
 amount = self.w3.toWei(amount, unit)

 nonce = self.w3.eth.get_transaction_count(self.account)

接下来，它构造一个交易对象。最重要的字段是from(加密钱包的账户)、to(交易的接收者)和value(要发送多少钱)。然后，还要决定支付多少Gas，Gas越多，验证器包含交易的可能性就越大。chainId标识运行这一交易的网络和几个管理字段(空数据和类型)。

tx = {'nonce': nonce,
 'maxFeePerGas': self.max_fee_per_gas,
 'maxPriorityFeePerGas': self.max_priority_fee_per_gas,
 'from': self.account,
 'to': target_account,
 'value': amount,
 'data': b'',
 'type': 2,
 'chainId': self.chain_id}
tx['gas'] = self.w3.eth.estimate_gas(tx)

这里有一笔交易，可以发送吗?先不要这么快发送。首先，需要采用私钥签名。这是防止其他人从用户的账户转账的原因。使用私钥签署交易允许验证器确认私钥与帐户的公钥相对应。

signed_tx = self.w3.eth.account.sign_transaction(tx, self.account_private_key)

现在可以将交易作为原始交易发送。这意味着Infura永远不会看到用户的私钥，它不能改变交易或将其转账到另一个账户。这就是区块链的魔力。在发送交易后，返回一个哈希码并等待交易完成。如果结果的状态为1，则一切正常。如果不是，代码将引发异常。

tx_hash = self.w3.eth.send_raw_transaction(signed_tx.rawTransaction)

result = self.w3.eth.wait_for_transaction_receipt(tx_hash)
if result['status'] != 1:
 raise RuntimeError('transaction failed: {tx_hash}')

这就是以一种非常基本但安全的方式与区块链交互所需要的全部内容。

结论：用Infura开始Web3之旅

即使对于一名经验丰富的程序员来说，从头开始进入Web3的世界也可能令人望而生畏。而在逐步的学习中学到了很多技巧。在大多数情况下，人们知道自己还有很多内容要学。Infura通过提供可靠的API、出色的指导以及与生态系统的其他组件(例如MetaMask和web3.py库)的强大集成，使其变得简单。如果人们处于类似的位置，希望学习Web3开发，或者甚至想要开始Web3的职业生涯，那么强烈建议从Infura开始。

原文From Zero to Hero: Learning Web3 With Infura and Python，作者：Alvin Lee