以太坊高速緩存
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1.鏄懼崱
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2.澶勭悊鍣
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3.鍐呭瓨
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4.鍔熺巼渚涘簲鍣
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5.紜鐩
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㈡ 走進以太坊網路
目錄
術語「以太坊節點」是指以某種方式與以太坊網路交互的程序。從簡單的手機錢包應用程序到存儲整個區塊鏈副本的計算機，任何設備均可扮演以太坊節點。
所有節點都以某種方式充當通信點，但以太坊網路中的節點分為多種類型。
與比特幣不同，以太坊找不到任何程序作為參考實施方案。在比特幣生態系統中， 比特幣核心 是主要節點軟體，以太坊黃皮書則提出了一系列獨立（但兼容）的程序。目前最流行的是Geth和Parity。
若要以允許獨立驗證區塊鏈數據的方式連接以太坊網路，則應使用之前提到的軟體運行全節點。
該軟體將從其他節點下載區塊，並驗證其所含交易的正確性。軟體還將運行調用的所有智能合約，確保接收的信息與其他節點相同。如果一切按計劃運行，我們可以認為所有節點設備均存儲相同的區塊鏈副本。
全節點對於以太坊的運行至關重要。如果沒有遍布全球的眾多節點，網路將喪失其抗審查性與去中心化特性。
通過運行全節點，您可以直接為網路的 健康 和安全發展貢獻一份力量。然而，全節點通常需要使用獨立的機器完成運行和維護。對於無法（或單純不願）運行全節點的用戶，輕節點是更好的選擇。
顧名思義，輕節點均為輕量級設備，可顯著降低資源和空間佔用率。手機或筆記本電腦等攜帶型設備均可作為輕節點。然而，降低開銷也要付出代價：輕節點無法完全實現自給自足。它們無法與整條區塊鏈同步，需要全節點提供相關信息。
輕節點備受商戶、服務供應商和用戶的青睞。在不必使用全節點並且運行成本過高的情況下，它們廣泛應用於支收付款。
挖礦節點既可以是全節點客戶端，也可以是輕節點客戶端。「挖礦節點」這個術語的使用方式與比特幣生態系統不同，但依然應用於識別參與者。
如需參與以太坊挖礦，必須使用一些附加硬體。最常見的做法是構建 礦機 。用戶通過礦機將多個GPU（圖形處理器）連接起來，高速計算哈希數據。
礦工可以選擇兩種挖礦方案：單獨挖礦或加入礦池。 單獨挖礦 表示礦工獨自創建區塊。如果成功，則獨享挖礦獎勵。如果加入 礦池 ，眾多礦工的哈希算力會結合起來。出塊速度得以提升，但挖礦獎勵將由眾多礦工共享。
區塊鏈最重要的特性之一就是「開放訪問」。這表明任何人均可運行以太坊節點，並通過驗證交易和區塊強化網路。
與比特幣相似，許多企業都提供即插即用的以太坊節點。如果只想啟動並運行單一節點，這種設備無疑是最佳選擇，缺點是必須為便捷性額外付費。
如前文所述，以太坊中存在眾多不同類型的節點軟體實施方案，例如Geth和Parity。若要運行個人節點，必須掌握所選實施方案的安裝流程。
除非運行名為 歸檔節點 的特殊節點，否則消費級筆記本電腦足以支持以太坊全節點正常運行。不過，最好不要使用日常工作設備，因為節點會嚴重拖慢運行速度。
運行個人節點時，建議設備始終在線。倘若節點離線，再次聯網時可能耗費大量的時間進行同步。因此，最好選擇造價低廉並且易於維護的設備。您甚至可以通過Raspberry Pi運行輕節點。
隨著網路即將過渡到權益證明機制，以太坊挖礦不再是最安全的長期投資方式。過渡成功後，以太坊礦工只能將挖礦設備轉入其他網路或直接變賣。
鑒於過渡尚未完成，參與以太坊挖礦仍需使用特殊硬體（例如GPU或ASIC）。若要獲得可觀收益，則必須定製礦機並尋找電價低廉的礦場。此外，還需創建以太坊錢包並配置相應的挖礦軟體。這一切都會耗費大量的時間和資金。在參與挖礦前，請認真考量自己能否應對各種挑戰。（國內嚴禁挖礦，切勿以身試法）
ProgPow代表 程序化工作量證明 。這是以太坊挖礦演算法Ethash的擴展方案，旨在提升GPU的競爭力，使其超過ASIC。
在比特幣和以太坊社區，抗ASIC多年來一直是飽受爭議的話題。在比特幣網路中，ASIC已經成為主要的挖礦力量。
在以太坊中，ASIC並不是主流，相當一部分礦工仍然使用GPU。然而，隨著越來越多的公司將以太坊ASIC礦機引入市場，這種情況很快就會改變。然而，ASIC到底存在什麼問題呢？
一方面，ASIC明顯削弱網路的去中心化。如果GPU礦工無法盈利，不得不停止挖礦，哈希率最終就會集中在少數礦工手中。此外，ASIC晶元的開發成本相當昂貴，坐擁開發能力與資源的公司屈指可數。這種現狀有可能導致以太坊挖礦產業集中在少數公司手中，形成一定程度的行業壟斷。
自2018年以來，ProgPow的集成一直飽受爭議。有些人認為，它有益於以太坊生態系統的 健康 發展。另一些人則持反對態度，認為它可能導致硬分叉。隨著權益證明機制的到來，ProgPoW能否應用於網路仍然有待觀察。
以太坊與比特幣是一樣，均為開源平台。所有人都可以參與協議開發，或基於協議構建應用程序。事實上，以太坊也是區塊鏈領域目前最大的開發者社區。
Andreas Antonopoulos和Gavin Wood出品的 Mastering Ethereum ，以及Ethereum.org推出的 開發者資源 等都是新晉開發者理想的入門之選。
智能合約的概念於20世紀90年代首次提出。其在區塊鏈中的應用帶來了一系列全新挑戰。2014年由Gavin Wood提出的Solidity已經成為開發以太坊智能合約的主要編程語言，其語法與Java、JavaScript以及C++類似。
從本質上講，使用Solidity語言，開發者可以編寫在分解後可由以太坊虛擬機(EVM)解析的指令。您可以通過Solidity GitHub詳細了解其工作原理。
其實，Solidity語言並非以太坊開發者的唯一選擇。Vyper也是一種熱門的開發語言，其語法更接近Python。
㈢ 011：Ethash演算法|《ETH原理與智能合約開發》筆記
待字閨中開發了一門區塊鏈方面的課程：《深入淺出ETH原理與智能合約開發》，馬良老師講授。此文集記錄我的學習筆記。
課程共8節課。其中，前四課講ETH原理，後四課講智能合約。
第四課分為三部分：
這篇文章是第四課第一部分的學習筆記：Ethash演算法。
這節課介紹的是以太坊非常核心的挖礦演算法。
在介紹Ethash演算法之前，先講一些背景知識。其實區塊鏈技術主要是解決一個共識的問題，而共識是一個層次很豐富的概念，這里把范疇縮小，只討論區塊鏈中的共識。
什麼是共識？
在區塊鏈中，共識是指哪個節點有記賬權。網路中有多個節點，理論上都有記賬權，首先面臨的問題就是，到底誰來記帳。另一個問題，交易一定是有順序的，即誰在前，前在後。這樣可以解決雙花問題。區塊鏈中的共識機制就是解決這兩個問題，誰記帳和交易的順序。
什麼是工作量證明演算法
為了決定眾多節點中誰來記帳，可以有多種方案。其中，工作量證明就讓節點去算一個哈希值，滿足難度目標值的勝出。這個過程只能通過枚舉計算，誰算的快，誰獲勝的概率大。收益跟節點的工作量有關，這就是工作量證明演算法。
為什麼要引入工作量證明演算法？
Hash Cash 由Adam Back 在1997年發表，中本聰首次在比特幣中應用來解決共識問題。
它最初用來解決垃圾郵件問題。
其主要設計思想是通過暴力搜索，找到一種Block頭部組合（通過調整nonce）使得嵌套的SHA256單向散列值輸出小於一個特定的值（Target）。
這個演算法是計算密集型演算法，一開始從CPU挖礦，轉而為GPU，轉而為FPGA，轉而為ASIC，從而使得算力變得非常集中。
算力集中就會帶來一個問題，若有一個礦池的算力達到51%，則它就會有作惡的風險。這是比特幣等使用工作量證明演算法的系統的弊端。而以太坊則吸取了這個教訓，進行了一些改進，誕生了Ethash演算法。
Ethash演算法吸取了比特幣的教訓，專門設計了非常不利用計算的模型，它採用了I/O密集的模型，I/O慢，計算再快也沒用。這樣，對專用集成電路則不是那麼有效。
該演算法對GPU友好。一是考慮如果只支持CPU，擔心易被木馬攻擊；二是現在的顯存都很大。
輕型客戶端的演算法不適於挖礦，易於驗證；快速啟動
演算法中，主要依賴於Keccake256 。
數據源除了傳統的Block頭部，還引入了隨機數陣列DAG（有向非循環圖）（Vitalik提出）
種子值很小。根據種子值生成緩存值，緩存層的初始值為16M，每個世代增加128K。
在緩存層之下是礦工使用的數據值，數據層的初始值是1G，每個世代增加8M。整個數據層的大小是128Bytes的素數倍。
框架主要分為兩個部分，一是DAG的生成，二是用Hashimoto來計算最終的結果。
DAG分為三個層次，種子層，緩存層，數據層。三個層次是逐漸增大的。
種子層很小，依賴上個世代的種子層。
緩存層的第一個數據是根據種子層生成的，後面的根據前面的一個來生成，它是一個串列化的過程。其初始大小是16M，每個世代增加128K。每個元素64位元組。
數據層就是要用到的數據，其初始大小1G，現在約2個G，每個元素128位元組。數據層的元素依賴緩存層的256個元素。
整個流程是內存密集型。
首先是頭部信息和隨機數結合在一起，做一個Keccak運算，獲得初始的單向散列值Mix[0]，128位元組。然後，通過另外一個函數，映射到DAG上，獲取一個值，再與Mix[0]混合得到Mix[1]，如此循環64次，得到Mix[64]，128位元組。
接下來經過後處理過程，得到 mix final 值，32位元組。（這個值在前面兩個小節《 009：GHOST協議 》、《 010：搭建測試網路 》都出現過）
再經過計算，得出結果。把它和目標值相比較，小於則挖礦成功。
難度值大，目標值小，就越難（前面需要的 0 越多）。
這個過程也是挖礦難，驗證容易。
為防止礦機，mix function函數也有更新過。
難度公式見課件截圖。
根據上一個區塊的難度，來推算下一個。
從公式看出，難度由三部分組成，首先是上一區塊的難度，然後是線性部分，最後是非線性部分。
非線性部分也叫難度炸彈，在過了一個特定的時間節點後，難度是指數上升。如此設計，其背後的目的是，在以太坊的項目周期中，在大都會版本後的下一個版本中，要轉換共識，由POW變為POW、POS混合型的協議。基金會的意思可能是使得挖礦變得沒意思。
難度曲線圖顯示，2017年10月，難度有一個大的下降，獎勵也由5個變為3個。
本節主要介紹了Ethash演算法，不足之處，請批評指正。
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㈤ 區塊鏈容量瓶頸遭質疑，生態令技術突發「奇思妙想」
在當前區塊鏈技術從成為主流應用技術的態勢下，區塊鏈系統最首要的容量瓶頸本質上受限於單台全節點的內存容量，這一點直接制約了吞吐量。而生態令就吞吐量問題，利用新技術解決區塊鏈容量遭質疑的問題。
只要是區塊鏈技術系統，無論使用何種共識演算法機制，無論是POW、POS，還是委託權益證明，都將面臨同樣的問題。假設物理網路的延遲和帶寬可以忽略不計，就像基於信息中心高速鏈路的 EOS，系統第二個瓶頸是受限的賬本存儲容量，本質上被單台全節點的內存容量所限制，這一點直接限制了區塊網路可以承載多少個參與者地址，和多少個 DApp應用。
當前大部分主流的區塊鏈技術系統，包括以太坊、比特幣區塊鏈、EOS等，都存在當下問題，並且更為不幸的是，這個問題也是無解的。多級緩存的信息庫技術可以稍微改善一下所面臨的限制，使得只有用戶活躍才會受到存儲容量限制，而總用戶基數局限於硬碟的容量。但是這也指標不治本，難以從根本上解決這個問題。
於是，ECOL生態令技術將其關注點聚焦於吞吐量，在解決吞吐量這個短板的問題基礎上，將區塊所存在的容量問題暴露出。
ECOL生態令了解到共識演算法其實幫不了解決性能和容量的瓶頸，便試圖從標新立異的共識演算法出發，提升區塊鏈系統性能的努力。基於ECOL生態令信用體系基礎，採用信用准入原則，借現有區塊鏈賬本確定性和唯一性，將各節點進行單點廣播權確定和驗證的系統完美協調。ECOL生態令的 POCM 共識機制規避了 POW 工作量證明的不夠環保節能，有算力壟斷，中化心趨向問題，解決了 POS 的權益不均問題，並處理了 DPOS 的操作效率弊病。
一般的「區塊+鏈式」架構，所有的交易要打包到區塊才生效。如果區塊的容量存儲小，則交易量大時，許多交易打包速度變慢，甚至有失敗風險。如果區塊容量存儲大，則會使區塊鏈信息迅速膨脹，普通電腦無法運行全節點，全節點的運行權則掌握在少數人手裡，這將與去中心化的結果相悖。這也是比特幣擴容之爭的根本矛盾點。ECOL生態令沒有區塊這一概念，所以解決了傳統區塊+鏈式結構先天性的悖論兩難問題。
總之，面臨容量瓶頸，分布式技術系統設計上的巧思概念極為重要，這和共識演算法有關，也和密碼學有關，ECOL生態令在這一點上做得非常好
㈥ 什麼是區塊鏈擴容
擴容，是當某個容器或承載物不足以支撐或承載現有事物需求時，我們通過擴大容器的容量或承載物的體積來滿足日益增長的需求，從而緩解當前容器或承載物所受壓力的一種手段。
在比特幣誕生之初比特幣創始人中本聰並沒有特意限制區塊的大小，區塊最大可以達到32MB，當時平均每個區塊大小為1~2KB。
時比特幣用戶少，交易量也沒有那麼大，並不會造成區塊擁堵，然而2013年至今隨著比特幣價格的直線上升，用戶越來越多因此造成比特幣網路擁堵，用戶交易費用上升的問題逐漸涌現出來。
到現在，比特幣區塊鏈上最高時有幾十萬筆交易積壓，比特幣的平均交易費用比 2010 年 9 月上漲了 376 倍，每秒 7 筆交易的處理速度已經明顯無法滿足用戶需求，比特幣社區開始探索如何給比特幣「擴容」。
通過修改比特幣底層代碼，從而達到提高交易處理能力的目的。
比特幣擴容本身發展和設計方案有兩種，即第一層和第二層擴容技術。
· 第一層擴容技術即改進區塊鏈自身，把區塊鏈自身變得更快、容量變得更大，總的來說就是改變區塊鏈共識部分的內容。
· 第二層擴容技術目的是把計算移到鏈下，即通過側鏈的技術加以解決問題。
擴容協議及結局
擴容協議一般需要礦工們的支持，大致可以分為修改區塊大小、軟分叉、硬分叉、隔離見證等方式。
以比特幣舉例：
比特幣現在分裂成為大區塊Bitcoin Cash(BCH)和隔離見證。隔離見證現在是市場上公認的比特幣，而大區塊幣被冠名為比特現金。可以預見的往後的發展方向，比特幣將會以鏈下交易為主。包括閃電網路、側鏈。這兩個新東西目前不成熟，但是被很多人寄予厚望的。
比特幣將會大量發展隔離見證交易，並在隔離見證的基礎上做更多的衍生技術。最有可能是以技術推動比特幣往前發展。
比特現金將會以鏈上交易為主，重點發展貨幣功能，以降低交易摩擦為主要方式，以獲利更廣泛的鏈上用戶量為主要發展方向。
鏈喬教育在線旗下學碩創新區塊鏈技術工作站是中國教育部學校規劃建設發展中心開展的「智慧學習工場2020-學碩創新工作站 」唯一獲準的「區塊鏈技術專業」試點工作站。專業站立足為學生提供多樣化成長路徑，推進專業學位研究生產學研結合培養模式改革，構建應用型、復合型人才培養體系。
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