以太坊底層研究

『壹』 以太坊帶來了那些爭議和質疑呢

以太坊和比特幣是有著本質區別的，區別在哪裡呢？比特幣定義的是一套貨幣體系，而以太坊側重的是打造一條主鏈（可以理解為一條公路），可以讓大量的區塊鏈應用跑在這條公路上。

從這一點來看，以太坊的應用場景更廣泛，這也是為什麼我們說以太坊標志著區塊鏈

1.0時代一個單純的貨幣體系，向區塊鏈2.0時代實現其他行業以及應用場景的轉變。

但是，世界上沒有十全十美的事物，以太坊雖然拓展了區塊鏈在各行各業的應用范圍，還提升了處理交易的速度，但是它也存在著一定的爭議與質疑。

一、以太坊的擴展性不足的解決之道：分片技術和雷電網路

以太坊的底層設計，最大的問題是以太坊只有一條鏈，沒有側鏈，這就意味著，所有程序都要對等地跑在這條鏈上，消耗資源的同時，還會引發系統擁堵。正如去年非常火爆的以太坊游戲「加密貓」，這個游戲火爆的時候，一度引發以太坊網路癱瘓。

對於提升處理能力這個問題，以太坊提出兩種方式：一個是分片技術（shard），一個是雷電網路，下面我們分別介紹一下這兩種技術。

（一）分片技術

以太坊創始人 V 神（Vitalik Buterin）認為，諸如比特幣這種主流的區塊鏈網路，之所以處理交易的速度很慢，是因為每一個礦工要處理全網的每一筆交易，這樣的效率其實是非常低下的。分片技術的構想是：一筆交易不必發動全網所有節點都去處理，只要讓網路中的一部分節點（礦工）處理就好了。於是，以太坊網路被劃分成很多片，同一時間，每一分片都可以處理不同的交易，這樣一來，會大大提升網路性能。

但是，分片技術也是有一定爭議的。我們知道，區塊鏈技術的重要思想是去中心化，全網都去見證（處理）同一交易，這才具有最高的權威性。而以太坊分片技術，並不是所有節點共同見證，而是類似於分小組見證，這樣一來，它便失去了絕對的「去中心化」屬性，只能通過犧牲掉一定的去中心化特性來達到高性能的目的。

（二）雷電網路

雷電網路使用的是鏈下交易的方式。這是什麼意思呢？它的意思是：使用雷電網路的參與者在互相轉賬時，不需要通過以太坊主鏈交易確認，而是通過參與者之間創建支付通道，在鏈下完成。

不過，雷電網路並不是脫離主鏈的，在建立支付通道之前，需要先用主鏈上的資產做抵押，生成余額證明（Balance Proof），擁有餘額證明才能表明你能做出相應余額的轉賬。在交易雙方都持有餘額證明的情況下，雙方可通過支付通道在鏈下進行無限制次數的轉賬。

只有在完成鏈下交易，需要將資產轉回鏈上時，才會在以太坊主鏈上登記主鏈賬戶的余額變化信息，而這期間不管發生多少次交易在主鏈上是不會有記錄的。

雷電網路還有一個實實在在的好處，就是可以為你省下礦工費用。目前我們在以太坊主鏈上進行交易，需要消耗 Gas，需要支付礦工費用，那麼一旦將交易搬到鏈下，就可以節省這一部分的成本。

當然，雷電網路並不是十全十美的。在使用雷電網路時需要用主鏈上的資產作抵押；而這部分資產作為抵押物，在使用者完成鏈下交易之前是不能使用的。這也就決定了，雷電交易只適合小額交易。

上面就是以太坊擴展性不足的問題，以及目前提出的兩個主要解決方案：分片技術和雷電網路。

二、以太坊的智能合約存在漏洞與臭名昭著的 The Dao 事件

以太坊的智能合約很強大，但是，凡是代碼都會存在漏洞的，以太坊智能合約最大的爭議就在於所謂的漏洞，也就是安全性問題。據相關研究表明，在基於以太坊的近100萬個智能合約上，發現有34200(約3%)個含有安全漏洞，將允許黑客竊取ETH、凍結資產或刪除合約，比如說，臭名昭著的The Dao 事件。

（一）Dao是什麼意思？

介紹 The Dao 事件之前， 我們先見到介紹一下 DAO 是什麼。DAO 是 Decentralized

Autonomous Organization 的簡稱，可以理解為：去中心化自治組織。從以太坊的角度來理解，DAO 是區塊鏈上的某一類合約，或者一個合約組合，用來代替政府的審查以及復雜等中間程序，從而實現高效的、去中心化的信任的系統。所以，DAO 不是特定的某個組織，也就說呢，可以有很多的DAO，各種各樣的DAO。

（二）臭名昭著的The Dao事件

但是，我們現在提到DAO，基本上所指的都是The DAO事件，也就是我們剛剛說的那個臭名昭著的黑客攻擊事件。我們知道，英文中的 The是特指的意思，The DAO事件呢就

是特指的那個DAO事件，因為我們剛剛說了DAO不是特定的某個組織，可以有很多的DAO，各種各樣的DAO。

2016 年的時候，德國一家專注「智能鎖」的公司 Slock.it，為了實現去中心化的實物交換（比如說：公寓啊，船隻啊），在以太坊上發布了 DAO項目。並且於2016年4月

30日開始，融資窗口開放了28天。

沒想到，這個DAO項目的人氣非常高，短短半個月就籌得了超過一億美元，而到整個融資期結束，一共籌集到1.5億美元，由此呢，它成為歷史上最大的眾籌項目。然而好景不長，到了6月份，黑客利用智能合約裡面的漏洞，成功轉移了超過360萬個以太幣，並投入到一個DAO子組織中，這個組織和The DAO有著同樣的結構。以至於當時以太幣價格從20多美元直接跌破13美元。

這個事件說明智能合約的確是有漏洞的，而且一旦漏洞被黑客利用，那麼後果是非常嚴重的。這就是現在很多人批評以太坊，說它的智能合約不智能。

對於這個問題，目前國外有很多公司為了解決智能合約的漏洞問題 ，開始提供代碼審計服務。而從技術的角度來說，目前一些團隊正在對智能合約進行檢驗，這些團隊多數由哈佛、斯坦福和耶魯的教授帶隊，部分團隊已經獲得了頭部機構的投資。

除了目前以太坊存在的擴展性不足、智能合約漏洞問題，對於以太坊的爭議還在於它所追求的POS共識機制，也就是權益證明機制，在權益證明機制下，如果說誰持幣的數量越大、持幣時間越久，獲得的「權益」（利息）就越多，還有機會得到記賬權力，記賬又可以獲得獎勵，那麼這樣一來，容易造成「強者越強」的寡頭優勢。

還有一個問題就是ICO亂象的問題。ICO是區塊鏈項目籌措資金的常用方式，咱們可以理解為預售。以太坊上ICO項目的爆發，滋生了打著ICO旗號進行資金盤、詐騙圈錢等不法行為，對社會和金融穩定造成安全隱患。

『貳』 HLC為什麼要用DAG作為底層技術相比其他以太坊和比特幣底層技術，其優勢是什麼

因為DAG在去中心化和可擴展性等方面可以找到一個好的平衡呀，這也遵循了傳統的區塊鏈價值觀。

『叄』 以太坊生態經過了怎樣的演變

在ETH2.0到來之前，以太坊目前面臨兩個主要問題：一個是網路擁塞，另一個是gas費過高。 如果新近發布的EIP-1559提案能夠順利通過，將有效解決gas費過高的問題，Layer2擴建計劃也急於選擇和改進。 目前，以太坊生態系統承載著整個DeFi的大部分資金和資源。 從短期到中期來看，這一立場很難動搖。 將來，數字資產將在第1層和第2層之間來回切換並相互通信，這很可能會存在很長時間。

ETH生態系統的發展取決於完全實施ETH2.0功能時帶給整個行業的基礎創新。 如果整個區塊鏈世界足夠繁榮，那麼第2層的流量總和可能會超過第1層，從第1層遷移到第2層的資金可能會超過總資金的一半。

未來以太坊的生態發展將更加復雜。 從layer1的角度來看，ETH2.0將成為一條新的主鏈，它將通過POS和分片來提高效率並降低氣體成本。 ETH2.0的信任開始需要ETH1.0的認可，並且ETH1.0將繼續存在。 第2層和第1層的擴展將共存。

在過去的一段時間中，Defi和NFT項目的普及導致gas費上漲，交易業績無法滿足需求。 另一方面，第1層解決方案（如ETH2.0）的實施已被延遲，因此Layer2的期望值急劇上升。 現在就下一個計劃將成為主導的結論尚為時過早。

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『肆』 以太坊區塊鏈ETH目前存在哪些問題

以太坊區塊鏈目前暴露出三大問題，長時間以來其創始人Vitalik Buterin一直無力解讀。第一是以太坊區塊鏈整體很低的性能和TPS；第二是資源不隔離，CryptoKitties虛擬貓咪的事件，一度占據了整個以太坊 20% 的流量，直接造成以太坊網路用戶無法展開及時的交易，就是資源不隔離最大的痛點；第三個問題在於以太坊治理結構的體現，區塊鏈作為去中心化的分布式賬本，以太坊過去以來，創始人團隊主導了其網路發展，過於中心化的治理模式，讓目前的以太坊出現了ETH、ETC、ETF等分叉，以太坊社區目前進入四分五裂的治理狀態。而以太坊網路目前出現的各種弊病，在「aelf」創始人與CEO馬昊伯看來，這是無法接受的。於是，「aelf」定位，就是為對標以太坊的下一代去中心化底層計算平台，重點解決目前以太坊存在的性能不足、資源不隔離、治理結構三方面的問題而誕生的。

『伍』 可不可以通俗點解釋一下以太坊

以太坊其實並不是某種貨幣，是一種去中心化的智能協議。可以將其理解為一個碩大的全球通用的賬本。這種智能協議的邏輯，在執行上並不需要特定的伺服器支撐他的日常運行，取而代之的是各個散落的用戶間自動執行者在進入之前給定的協議條款。這算是一種去中心化演化而來的應用。
與比特幣作對比後我們可以發現，以太坊建立一種新式的加密技術，對於其的程序開發難度與比特幣相比要更為簡單。這一突破對於應用區塊鏈技術的開發者來說，大大的減輕了開發成本，和開發時間。以太坊的出現再一次的重申了拆分中心化的必要性，以及將去中心化分布式應用的可行性與優勢，給現有的經濟市場，金融界一個發展的全新方向和拋給社會一個全新的創業理念與機遇。

『陸』 以太坊架構是怎麼樣的

以太坊最上層的是DApp。它通過Web3.js和智能合約層進行交換。所有的智能合約都運行在EVM（以太坊虛擬機）上，並會用到RPC的調用。在EVM和RPC下面是以太坊的四大核心內容，包括：blockChain, 共識演算法，挖礦以及網路層。除了DApp外，其他的所有部分都在以太坊的客戶端里，目前最流行的以太坊客戶端就是Geth（Go-Ethereum）

『柒』 為什麼要用DAG作為底層技術相比別的以太坊和比特幣底層技術，其優勢是什麼

DAG區塊鏈與傳統區塊鏈工作機制不同之處在於，後者需要礦工完成工作量證明(PoW)來執行每一筆交易，而DAG區塊鏈能擺脫區塊鏈的限制來完成這樣的操作。相反的是，在DAG區塊鏈中一筆交易接著另外一筆，這意味著一筆交易能夠對下一筆交易提供證明，由此一直排序下去。這些交易之間的連接就是DAG，就像區塊通過哈希值來向整條區塊鏈提供它們的名字一樣。

在傳統塊鏈式區塊鏈中，每筆交易要花費不少時間，而對於DAG區塊鏈來說，交易時間將變得微不足道

『捌』 以太坊能量幣是傳銷嗎

以太坊能量幣不是傳銷。

以太坊是一個開源的有智能合約功能的公共區塊鏈平台。通過其專用加密貨幣以太幣提供去中心化的虛擬機（稱為「以太虛擬機」Ethereum Virtual Machine）來處理點對點合約。

2013年，19歲的Vitalik Buterin在一本主題為「以太坊白皮書：下一代智能連接與去中心化應用平台」的書中首次提到了以太幣的構想。隨後在2014年，以太幣的演算法及協議正式落地，並募集了1.5億美元，系統本身於2015年7月30日最終完成。

作為區塊鏈2.0代表，主流幣種以太幣被視作加密數字貨幣市場風向標。不過，最近一周來，以太幣價格持續下跌。2018年08月14日，以太幣暴跌20%，最低觸到257美元，創今年來歷史新低。相較於今年最高點1295美元，以太幣價格縮水逾八成。受其影響，2018年08月15日數字貨幣市場排名前十的主流幣種無一倖免，全線下跌，多個單日跌幅超10%。

(8)以太坊底層研究擴展閱讀

以太坊差不多在2013年開始規劃，到2015年項目開始落地。在此之前，市場上有不少模仿比特幣的數字貨幣，他們在比特幣代碼的基礎上，做的各種修改。這樣要開發一個新的區塊鏈應用，要重新部署一個新鏈，再在這個鏈上開發應用，開發的難度非常大，單單使用一個POW的共識機制，就是個巨大的維護工作量。這就好比要在手機上開發一個APP，要把安卓系統一起開發出來。

以太坊出來以後，就相當於區塊鏈的底層操作系統，在以太坊上，可以很方便的開發各種DAPP，不用考慮底層的開發，而且還可以共享以太坊的算力和存儲。這對程序員來說，瞬間降低了區塊鏈的開發門檻，以太坊的出現，對區塊鏈應用的開發普及起到了非常大的作用。這也是以太坊被稱為區塊鏈2.0的原因。

『玖』 以太坊是如何挖礦的

以太坊的代幣是通過采礦過程中產生的，每塊采礦率為 5 個以太幣。以太坊的采礦過程幾乎與比特幣相同，對於每一筆交易，礦工都可以使用計算機通過散列函數運行該塊的唯一標題元數據，反復，快速地猜出答案，直到其中一人獲勝。

許多新用戶認為，采礦的唯一目的是以不需要中央發行人的方式生成醚（參見我們的指南「 什麼是以太？ 」）。這是真的。以太坊的代幣是通過采礦過程中產生的，每塊采礦率為 5 個以太幣。但是，采礦還有至少同樣重要的作用。通常，銀行負責保持交易的准確記錄。他們確保資金不是憑空創造的，用戶不會多次欺騙和花錢。不過，區塊鏈引入了一種全新的記錄保存方式，整個網路而不是中介，驗證交易並將其添加到公共分類賬。

Ethereum Mining

盡管「無信任」或「信任最小化」貨幣體系是目標，但仍有人需要確保財務記錄的安全，確保沒有人作弊。采礦是使分散記錄成為可能的創新之一。礦工們在防止欺詐行為（特別是醚的雙重支出）方面達成了關於交易歷史的共識 – 這是一個有趣的問題，在分散化的貨幣未在工作區塊鏈之前解決。雖然以太坊正在研究其他方法來就交易的有效性達成共識，但采礦目前將平台保持在一起。

挖礦如何工作
今天，以太坊的采礦過程幾乎與比特幣相同。對於每一筆交易，礦工都可以使用計算機反復，快速地猜出答案，直到其中一人獲勝。更具體地說，礦工將通過散列函數（它將返回一個固定長度，亂序的數字和字母串，它看起來是隨機的）運行該塊的唯一標題元數據（包括時間戳和軟體版本），只改變』nonce 值』 ，這會影響結果散列值。

如果礦工發現與當前目標相匹配的散列，礦工將被授予乙醚並在整個網路上廣播該塊，以便每個節點驗證並添加到他們自己的分類賬副本中。如果礦工 B 找到散列，礦工 A 將停止對當前塊的工作，並為下一個塊重復該過程。礦工很難在這場比賽中作弊。沒有辦法偽造這項工作，並拿出正確的謎題答案。這就是為什麼解謎方法被稱為「工作證明」。

另一方面，其他人幾乎沒有時間驗證散列值是否正確，這正是每個節點所做的。大約每 12-15 秒，一名礦工發現一塊石塊。如果礦工開始比這更快或更慢地解決謎題，演算法會自動重新調整問題的難度，以便礦工回彈到大約 12 秒鍾的解決時間。

礦工們隨機賺取這些乙醚，他們的盈利能力取決於運氣和他們投入的計算能力。以太坊使用的具體工作量驗證演算法被稱為』ethash』，旨在需要更多的內存，使得使用昂貴的 ASIC 難以開采 – 特殊的采礦晶元，現在是唯一可以盈利的比特幣開采方式。

從某種意義上講，ethash 可能已經成功實現了這一目的，因為專用 ASIC 不可用於以太坊（至少目前還沒有）。此外，由於以太坊旨在從工作證明挖掘轉變為「股權證明」（我們將在下面討論），購買 ASIC 可能不是一個明智的選擇，因為它可能無法長久證明有用。

轉移到股權證明
不過，以太坊可能永遠不需要礦工。開發人員計劃放棄工作證明，即網路當前使用的演算法來確定哪些交易是有效的，並保護其免受篡改，以支持股權證明，網路由代幣所有者擔保。如果並且當該演算法推出時，股權證明可以成為實現分布式共識的一種手段，而該共識使用更少的資源。

『拾』 以太坊存在的問題

1．擴展性不足：

以太坊社區的主要開發人員和研究人員始終認為區塊鏈技術要實現大規模採用，可擴展性是區塊鏈應用程序需要解決的唯一最重要的關鍵。

以太坊的底層設計，最大的問題是以太坊只有一條鏈，沒有側鏈，它把所有的程序對等的跑在全球所有節點的礦機上。這樣一個很耗資源的程序，會導致問題越來越嚴重。

2．合約程序漏洞，無法抵禦DDOS攻擊

據相關研究表明，在基於以太坊的近100萬個智能合約上，發現有34,200(約3%)個含有安全漏洞，將允許黑客竊取ETH、凍結資產或刪除合約。這幾年，以太坊面對合約程序漏洞和DDOS攻擊的問題，也一直無法找到很好的解決辦法。（更好用的數字貨幣交易平台「幣匯」）

3.對於ICO泡沫和項目方砸盤

目前的ETH下跌，很大程度上來自於項目方的砸盤套現，這個問題可以在ICO代幣融資上進行規則限制，不能像現在這樣毫無成本的就能發一個幣，而且還沒有任何監督懲罰機制。任何事情都需要有一套合理的演進規則，大家按規則辦事，所謂無規矩不成方圓。在規則的基礎上，各類ICO項目有效監督，有序進出，才是一個正常的市場，這樣才可能維系著代幣生態的持續、穩定發展。

4.智能合約費用過高

在以太坊上現在還是POW的挖礦模式，交易是有手續費的，用來激勵礦工來處理交易和保護網路，不同的是以太坊是以「gas」的形式來收費的。

在以太坊協議中規定，交易手續費=Gas 數量 x Gas 價格，其中 Gas 數量由智能合約的復雜程度決定，而 Gas 價格則由合約發起人決定。這對開發者和用戶意味著什麼呢？雖然讀取本地區塊鏈是免費的，但寫入和運算是花錢的，儲存更是尤其昂貴，因為任何寫入的信息都會被永久的儲存著。

5．社區對共識協議改變的分歧

以太坊計劃實現將 POW 機制改為 POW/POS 混合共識機制。但這個涉及到技術開發和礦工雙方能否達到利益共識的問題了。如果協議發生了變化，社區意見不合時，就會導致分叉，大家各自玩各自的。