以太坊輕節點工作原理

① 一文讀懂以太坊—ETH2.0，是否值得長期持有

這幾天一直在看關於ETH倫敦升級方面的資料，簡單的聊一下，在加密貨幣的世界裡，無論是投資機構、區塊鏈應用開發者、礦機商，還是個人投資者、硬體供應商、 游戲 行業從業者等等，提起以太坊，或多或少都會有一些了解。

一方面取決於以太坊代幣 ETH 本身的造富效應。從 2014 年首次發行以來，投資回報率已經超過 7400 倍。

另一方面，以太坊作為應用最廣泛的去中心應用編程平台，引來無數開發者在其之上開發應用。這些應用不僅產生了巨大的商業價值，伴隨 DEFI 生態、NFT 生態、DAO 生態蓬勃發展，也給 ETH 帶來了更多使用者。

隨著「倫敦升級計劃」臨近，ETH 再次聚集所有人的關注目光。

以太坊 2.0 到底是什麼？包含哪些升級？目前進展如何？

以太坊 2.0 到來，會對現有以太坊生態的去中心化應用產生哪些影響？

ETH 是否值得持續投資？看完相信你會有自己的判斷。

如果將搭建應用比作造房子，那麼以太坊就提供了牆面、屋頂、地板等模塊，用戶只需像搭積木一樣把房子搭起來，因此在以太坊上建立應用的成本和速度都大大改善。以太坊的出現，迅速吸引了大量開發者進入以太坊的世界編寫出各類去中心應用，極大豐富人們對去中心應用場景的需求。

以太坊應用開發模型示意

以太坊與ETH

現有市場的加密貨幣，只是在區塊鏈技術應用在某一場景下的單一代幣。

以太坊也不例外，它的完整項目名稱是「下一代智能合約與去中心化應用平台」，Ether（以太幣）是其原生加密貨幣，簡稱 ETH。

ETH 除了可以用來與各種類型數字資產之間進行有效交換，還提供支付交易費用的機制，即我們現在做鏈上操作時所支付的 GAS 費用。GAS 費用機制的出現，即保護了以太坊網路上創建的應用不會被惡意程序隨意濫用，又因為 GAS 收入歸礦工所有，讓更多的用戶參與到以太坊網路的記賬當中成為礦工，進一步維護了以太坊網路安全與生態發展。

與 BTC 不同的是，ETH 並沒有採用 SHA256 挖礦演算法，避免了整個挖礦生態出現由 ASIC（專用集成電路）礦機主導以至於大部分算力被中心化機構控制所帶來的系統性風險。

以太坊最初採用的是 PoW（Proof of Work）的工作量證明機制，人們需要通過工作量證明以獲取手續費回報。我們經常聽說礦工使用顯卡挖礦，他們做的就是 POW 工作量證明。顯卡越多，算力越大，那麼工作量就越大，收入也就越高。

當前，整個以太坊網路的總算力大約為 870.26 TH/s，用我們熟悉的消費級顯卡來對比，英偉達 RTX 3080 的顯卡算力大約為 92-93 MH/s，以太坊網路相當於 936 萬張 3080 顯卡算力的總和。

以太坊白皮書內非常明確提到之後會將 PoW 工作證明的賬本機制升級為 POS （Proof of Stake）權益證明的賬本機制。

ETH經濟模型

與 BTC 總量 2100 萬枚不同，ETH 的總量並沒有做上限，而是在首次預售的 ETH 數量基礎上每年增發，增發數量為 0.26x（x 為發售總量）。

但也不用擔心 ETH 會無限通脹下去，長期來看，每年增發幣的數量與每年因死亡或者粗心原因遺失幣的數量大致相同，ETH 的「貨幣供應增長率」是趨近於零的。

ETH 分配模型包含早期購買者，早期貢獻值，長期捐贈與礦工收益，具體分配比例如下表。

現在每年將有 60,102,216 * 0.26 = 15,626,576 個 ETH 被礦工挖出，轉成 PoS 後，每年產出的 ETH 將減少。

目前，市場上流通的 ETH 總量約為 116,898,848 枚，總市值約為 2759 億美元。

以太坊發展歷程

1. 邊境階段（2015年）：上線後不久進行了第一次分叉，調整未來挖礦的難度。此版本處於實驗階段，技術並未成熟，最初只能讓少部分開發者參與挖礦，智能合約也僅面向開發者開發應用使用，並沒有用戶參與，以太坊網路處於萌芽期。

邊境階段 ETH 價格：1.24 美元。

2. 家園階段（2016年）：以太坊主網於 2016 年 3 月進行了第二次分叉，發布了第一個穩定版本。此版本是第一個成熟的正式版本，採用 100% PoW 證明，引入難度炸彈，隨著區塊鏈數量的增加，挖礦難度呈指數增長，網路的性能大幅提升，以太坊項目也進入到快速成長期。在」家園「版本里，還發生了著名的」The DAO 攻擊事件「，以太坊被社區投票硬分叉為以太坊（ETH）與以太經典（ETC）兩條鏈，V 神站在了 ETH 這邊。

家園階段 ETH 價格：12.50 美元。

3. 都會階段（2017~2019年）：都會的開發又分為三個階段，升級分成了三次分叉，分別是 2017 年 10 月的「拜占庭」、2019 年 2 月底的「君士坦丁堡「、以及 2019 年 12 月的「伊斯坦布爾」。這些升級主要改善智能合約的編寫、提高安全性、加入難度炸彈以及一些核心架構的修改，以協助未來從工作量證明轉至權益證明。

在都會階段，以太坊網路正式顯現出其威力，正式進入成熟期。智能合約讓不同鏈上的加密貨幣可以互相交易，ERC-20 也在 2017 代幣發行的標准，成千上萬個項目在以太坊網路進行募資，被稱作「首次代幣發行（ICO）」，相信很多幣圈的老人都是被當時 ICO 造富效應帶進來的。到 2019 年，隨著DeFi 生態的崛起，金融產品正式成為以太鏈上最大的產業。

都會階段 ETH 價格：151.06 美元。

4. 寧靜階段（2020-2023年）：與都會分三階段開發相同，寧靜階段目前預計分成三次分叉：柏林（已完成）、倫敦（即將到來）、以及後面的第三次分叉。「寧靜」階段又稱為「以太坊 2.0」，是項目的最終階段，以太坊將從工作量證明方式正式轉向權益證明，並開發第二層擴容方案，提高整個網路的運行效率。

寧靜階段可以說是以太坊網路的集大成之作，如果說前個三階段只是讓以太坊的願景展現的實驗平台，寧靜階段之後的以太坊，將正式成為完全體，不僅有完備的生態應用，超級快的處理速度，眾多網路協同發展，而且 PoS 機制會非常節約能源，真正代表了區塊鏈技術逐漸走向成熟的標志。

寧靜階段 ETH 價格：2021 年 4 月 15 日完成的柏林階段，當天價格為 2454 美元。

即將到來的倫敦協議升級

以太坊生態

以太坊的生態發展，從屬性劃可分為兩大類：一是以太坊網路生態應用建設，二是以太坊網路擴容建設。兩者相互融合，互相成就，應用需要更健壯強大的網路作為承載，網路需要功能完善的應用場景服務用戶。

先說應用生態，以太坊的生態我們又可以分為以下幾大類：

1. 去中心化自製組織（DAO）生態

什麼是去中心化自製組織？還是以我們熟悉的比特幣舉例：比特幣目前市值七千多億美金，在全球資產市值類排名第九，但比特幣並不是某一公司發布的產品，也沒有特定公司組織招聘人員進行維護。比特幣現有的一切，都源於比特幣持有者、比特幣礦工自發形成的分布式組織，他們通過投票方式規劃比特幣發展路線，自發參與維護比特幣程序與網路 —這僅僅因為只要擁有比特幣，所有人都是比特幣網路建設中的受益者，一切維護都源於自身的利益關系。

比特幣的發明與成功運行，突破了由荷蘭人創建、至今流行 400 多年的公司商業架構，開創出一種全新的、無組織架構的、全球分布式的商業模式，這就是 DAO。

再說回以太坊，以太坊的 DAO 可以由智能合約編寫，用戶自定義應用場景。簡單說就是我們規定出程序執行條件與執行范圍，真實世界裡只要觸發設定好的條件，程序就會自動執行運行，且所有過程都會在以太坊的網路上進行去中心化公開驗證，不需要經過人工或者任何第三方組織機構確認。

以太坊 DAO 生態演化出許多商業場景，有慈善機構使用 DAO 建立公開透明的捐款與使用機制，有風投機構使用 DAO 建立公平分配的風險基金。

以太坊生態的很多項目都採用 DAO 自治，代表項目有：Uniswap，AAVE，MakerDAO，Compound，Decred，Dash 等。

2. 去中心化金融（DEFI）生態

在傳統商業世界裡，我們如果需要借錢、存錢，或者買某一公司股票，或者做企業貸款、融資，只要是進行金融活動，總離不開與銀行、證券機構、會計事務所這些金融機構打交道。

而在去中心的世界裡，區塊鏈本質就是集合所有人交易記錄且公開的大賬本，我們可以非常容易的追溯到每一個錢包地址發生過的每一筆交易，查詢到任意一個錢包地址的余額信息，從而對錢包地址里的資產做評估。

舉個例子：全世界個人貸款最貴的國家是印度，印度的年輕人房貸利率目前是 8.8%，最高曾經到過 20%；與此對應，全世界個人存款利率最低的國家是日本，日本政府為了鼓勵民眾消費，在很長一段時間里銀行存款利率是負值，日本人在銀行存款不僅沒有利息，還要給銀行交保管費。理論上，如果日本人將自己的存款借與印度人，雙方都能獲得利益最大化，但現實生活中這樣的場景很難發生。一是每個國家都有外匯管制，日本人的錢並不容易能給到印度人，二是印度人的信用如何日本人也不好評估，大家沒有統一標准，萬一借出去的錢無法歸還，不能沒了收益還要蒙受損失。

但在去中心的世界裡，這樣的事情就簡單的多。

如果印度人的錢包地址里有比特幣，我們就可以利用智能合約，印度人將自己的比特幣質押進去，根據比特幣當時的價格，系統自動給印度人一個授信額度，印度人就可以拿著這個額度去和日本人借款，並規定好還款的周期與利率。如果印度人違約，合約自動將印度人質押進去的比特幣扣除，優先保障日本的權利，這樣，日本人不用擔心安全問題放心享受收益，印度人也有了更多的款項做為流動資金。

這個例子就是去中心金融的簡單應用，實際上，這就是我們參與 DEFI 挖礦是質押理財的原理 —— 當然真正應用實現演算法與場景要復雜的多。

DEFI 根據場景不同，又可以分為很多賽道，比如穩定幣、預言機、AMM 交易所、衍生品、聚合器等等。

DEFI 代表項目有：Dai，Augur，Chainlink，WBTC，0x，Balance，Liquity 等。

3. 非同質化代幣（NFT）生態

世界名畫《蒙娜麗莎》，只有達·芬奇的原版可以展覽在法國盧浮宮博物館，哪怕現代的技術可以無比精細地復刻出來，仿品都不具備原版的收藏價值。

這就是 NFT 的應用場景。NFT是我們可以用來表示獨特物品所有權的代幣，它們讓我們將藝術品、收藏品甚至房地產等現實事物唯一代幣化。雖然文件（作品）本身是可以無限復制，但代表它們的代幣在鏈上可以被追蹤，並為買家提供所有權證明。

相比現實中實物版權、物權的雙重交割相比，NFT 只需要交割描述此物品的唯一代幣。NFT 作品往往存儲在如 IPFS 這樣的分布式存儲網路里，隨用隨取，永不丟失，加之交割簡單方便，很快吸引了大量玩家與投資者收藏轉賣，NFT 出現也給藝術家提供了全新的收入模式。

類似 DEFI 生態，NFT 生態根據應用場景不同也產生了不同賽道，目前比較火熱的賽道有 NFT 交易平台，NFT 游戲 平台，NFT 藝術品平台， NFT 與 DEFI 結合在一起的金融平台。

NFT 代表項目有：CryptoKitties，CryptoPunks，Meebits，Opensea，Rally，Axie Infinity，Enjin Coin，The Sandbox 等。

4. 標准代幣協議（ERC-20）生態

與 NFT 非同質化代幣所對應的，就是同質化代幣。比如我們使用的人民幣就是一種同質化代幣，我們可以用人民幣進行價值交換，即使序號不同也不影響其價值，如果面額相同，不同的鈔票序號對持有者來說沒有區別。

BTC，ETH 和所有我們熟知的加密貨幣，都屬於同質化代幣。同種類的一個比特幣和另一個比特幣沒有任何區別，規格相同，具有統一性。在交易中，只需關注代幣交接的數量即可，其價值可能會根據交換的時間間隔而改變，但其本質並沒有發生變化。

以太坊的 ERC-20 就是定義這種代幣的標准協議，任何人都可以使用 ERC-20 協議，通過幾行代碼，發布自己在以太坊網路上的加密貨幣。

現在，以太坊網路上運行的代幣種類有上百萬個，上邊提到的項目，大多也在以太坊網路中發布了自己的同質化代幣。

ERC-20 代表項目有：USDT，USDC，WBTC 等。

以太坊網路擴容性

我們先引入一個概念：區塊鏈的不可能三角，即無論何種方法，我們都無法同時達到可擴展、去中心化、安全，三者只能得其二。

這其實很好理解，如果我們要去中心化和安全，就需要更多有節點參與網路進行驗證，從而導致驗證人增多、網路效率降低，擴展性下降。網路性能建設就是在三者之間找到平衡點。

用數據舉例，目前比特幣可處理轉賬 7 筆 / 秒，以太坊是 25 筆 / 秒，而 VISA 平均為 4500 筆 / 秒，峰值則達每秒上萬筆。這種業務處理能力的差別，我們就可以簡單理解為是「吞吐量」的差距。而想要提高吞吐量，則需要擴展區塊鏈的業務處理能力，這就是所謂的擴展性。

根據優化方法不同，以太坊網路性能擴容方案可以分為：

1. Layer 1 鏈上擴展，所有交易都保留在以太坊上的擴展解決方案，具有更高的安全性。

鏈上擴展的本質還是改進以太坊主鏈本身，使整個系統擁有更高的拓展性與運行效率。一般的方法有兩種，要麼改變共識協議，比如 ETH 將從 PoW 轉變為 PoS；要麼使用分片技術，優化方法使網路具有更高效率。

2. Layer 2 鏈下擴展，在以太坊協議之上分層單獨做各場景解決方案，具有更好的擴展性。

鏈下擴展可以理解為把計算、交易等業務處理場景拿到以太坊主鏈之外計算，最後將計算好的結果傳回主鏈，主鏈只反映最終的結果而不用管過程，這樣，無論多麼復雜的應用都不會對主鏈產生影響。

我們並不需要明白具體技術實現，只需知道：相比 Layer 1 方案，Layer 2 方案網路不會干擾底層區塊鏈協議，可以替 Layer 1 承擔大部分計算工作，從而降低主網路的負擔提高網路業務處理效率，是目前公認比較好的擴容方案。

以太坊2.0

終於講到以太坊 2.0，回到主題。

通過回顧以太坊的發展 歷史 ，以太坊 2.0 並不是新項目，它只是以太坊開發進程的最後一個階段，它將由整個以太坊生態多個團隊協同完成，目標是使以太坊更具可擴展性、更安全和更可持續，最終成為主流並為全人類服務。

ETH2建設目標:

1. 更具可擴展性。每秒支持 1000 次交易，以使應用程序使用起來更快、更便宜。

2. 更安全。以太坊變得更加安全，以抵禦所有形式的攻擊。

3. 更可持續。提高網路性能的同時減少對能源的消耗，更好地保護環境。

最重要的變化，ETH2 將從 ETH1 使用的 PoW（Proof of Work）工作量證明機制升級為 POS （Proof of Stake）權益證明機制。不再以算力做為驗證方式，而是通過質押加密貨幣的數量做為驗證手段。礦工不需要顯卡也能挖礦，既節省了時間成本與電力成本，又提高了 ETH 的利用率，非常類似錢存在銀行獲得利息。

ETH2 主要使用的技術是分片分層技術實現整個網路擴容。

ETH2 升級將分為三個階段進行：

1. 階段0（正在進行）：信標鏈的創建與合並。信標鏈是 ETH2 的主鏈，如同人類的大腦，是 ETH2 得以運行的基礎。

2. 階段1（預計2022年）：分片鏈的創建與應用。當信標鏈與 ETH1 合並完成後，就進入分片鏈的開發階段。分片鏈可以理解為將 ETH2 主鏈的整塊數據按一定規則拆分存放，單獨建立新鏈處理，用來分擔主鏈上的數據壓力，目前規劃是建立 64 條分片鏈。

舉個例子，從北京到上海，原來的交通工具只有一條公路，所有的車輛都需要在上邊運行，就會非常擁擠；現在通過分片技術，多出來高鐵、飛機等交通方式，分流的車輛同時到達速度更快，這就是分片鏈起到的作用。

分片鏈與主鏈交互示意圖

3. 階段2（預計2023年）：整個網路功能的融合。到了此階段，整個系統的功能全面開始融合，分片鏈的功能會更加強大，新的處理機制開始支持賬戶、智能合約、開發工具的創建，新的生態應用等。

此階段是以太坊網路的最終形態，網路性能得到全面提升，生態應用全面爆發。但要服務全人類，ETH2 每秒 1000 次的交易效率顯然還是遠遠不夠，以太坊也會為它的目標持續優化下去。

ETH2對於大家有什麼影響？

1. 對於以太坊生態開發者。ETH2 在部署應用的時候，是需要選擇應用在哪條分片網路進行部署，造成這種差異的原因是跨分片通信不同步，這就意味著開發者需要根據自己發展計劃做不同的組合。

2. 對與 ETH 持幣者。ETH2 與 ETH1 數據完全同步，代幣也不會有任何變化，你可以繼續使用現在的錢包地址繼續持有 ETH。

3. 對於礦工。雖然 PoW 與 PoS 還會並行一段時間，可以預計的 PoW 礦機的產出會越來越少，應該開始減少 PoW 礦機的投資，開始轉向 PoS 機制。

4. 對於用戶。ETH2 速度更快，交易手續費更低，網路體驗會非常好，唯一值得注意的是，由於 Dapp 部署在不同的分片網路上，可能需要手動選擇應用的網路選項。

ETH是否值得投資？

ETH 是除了 BTC 以外市場的風向標，明確了解 ETH2 非常有助於我們理解其他區塊鏈項目，理解二級市場。

簡單總結幾個點吧：

1. 通過以太坊的項目分析，我們可以清晰地看到：在比特幣之後，以太坊項目的發展史就是目前區塊鏈應用生態的發展史。無論 DEFI 生態，NFT 生態，DAO 生態還是代幣、合約、協議生態，其實在以太坊發布白皮書時已有預見，後來出現的項目，都是圍繞以太坊做驗證。

2. 以太坊的聯合創始人里，只有 V 神還在為以太坊事業做貢獻，但這並不影響以以太坊繁榮發展。以太坊初始團隊只是創建了它，後續的發展是社區、開發者、礦工與用戶共同建立的結果，現在的以太坊早已不是某一個人的思維，它是所有以太坊生態參與者共同的結晶，它屬於全人類。

3. 以太坊在過去的幾年一直沿著既定的開發軌跡發展，雖然中途一度出現過危機，以太坊「被死亡」了好幾百次，以太坊還是頑強的發展下來，並且擁有了繁榮生態。ETH2 還要兩三年時間才能落地，中間也充滿變數，比如其他的公鏈搶佔先機，但可以預見，ETH2 後的以太坊會更加健壯。

4. 不要在抱有任何 BTC 會死亡，區塊鏈行業會消失這樣的偽命題。BTC、ETH 讓我們看到了突破原有公司組織架構，一種全新無組織架構的商業模式存在，這種商業模式顯然更符合這個時代的發展需求，無論項目地發起團隊在不在，無論各國政府如何打壓，只要技術對人類有貢獻，就會由人員自發組織維護，區塊鏈技術是革命。

5. ETH2 的上線，短期看 PoW 獎勵與 PoS 獎勵並行，可能會讓 ETH 總通脹率短期內飆升，長期看 ETH 通脹率始終保持平衡。加上 ETH 本身的生態與應用場景，ETH是值得投資的，目前看不到有其他公鏈代替以太坊公鏈的可能性，ETH2 的上線，甚至會對其他公鏈造成「虹吸效應」，萬鏈歸一。

#比特幣[超話]# #數字貨幣#

② 以太坊是什麼以太坊與區塊鏈有什麼關系

以太坊是一個全新開放的區塊鏈平台，它允許任何人在平台中建立和使用通過區塊鏈技術運行的去中心化應用。就像比特幣一樣，以太坊不受任何人控制，也不歸任何人所有——它是一個開放源代碼項目，由全球范圍內的很多人共同創建。

和比特幣協議有所不同的是，以太坊的設計十分靈活，極具適應性。在以太坊平台上創立新的應用十分簡便，任何人都可以安全地使用該平台上的應用。

以太坊是可編程的區塊鏈。它並不是給用戶一系列預先設定好的操作（例如比特幣交易），而是允許用戶按照自己的意願創建復雜的操作。這樣一來，它就可以作為多種類型去中心化區塊鏈應用的平台，包括加密貨幣在內但並不僅限於此。

以太坊狹義上是指一系列定義去中心化應用平台的協議，它的核心是以太坊虛擬機（「EVM」），可以執行任意復雜演算法的編碼。在計算機科學術語中，以太坊是「圖靈完備的」。開發者能夠使用現有的JavaScript和Python等語言為模型的其他友好的編程語言，創建出在以太坊模擬機上運行的應用。

和其他區塊鏈一樣，以太坊也有一個點對點網路協議。以太坊區塊鏈資料庫由眾多連接到網路的節點來維護和更新。每個網路節點都運行著以太坊模擬機並執行相同的指令。因此，人們有時形象地稱以太坊為「世界電腦」。

這個貫穿整個以太坊網路的大規模並行運算並不是為了使運算更高效。實際上，這個過程使得在以太坊上的運算比在傳統「電腦」上更慢更昂貴。然而，每個以太坊節點都運行著以太坊虛擬機是為了保持整個區塊鏈的一致性。去中心化的一致使以太坊有極高的故障容錯性，保證零停機，而且可以使存儲在區塊鏈上的數據保持永遠不變且抗審查。

以太坊平台本身沒有特點，沒有價值性。和編程語言相似，它由企業家和開發者決定其用途。不過很明顯，某些應用類型較之其他更能從以太坊的功能中獲益。以太坊尤其適合那些在點與點之間自動進行直接交互或者跨網路促進小組協調活動的應用。

例如，協調點對點市場的應用，或是復雜財務合同的自動化。比特幣使個體能夠不藉助金融機構、銀行或政府等其他中介來進行貨幣交換。以太坊的影響可能更為深遠。

理論上，任何復雜的金融活動或交易都能在以太坊上用編碼自動且可靠地進行。除金融類應用外，任何對信任、安全和持久性要求較高的應用場景——比如資產注冊、投票、管理和物聯網——都會大規模地受到以太坊平台影響。

③ 以太坊是什麼

隨著區塊鏈技術的創新，一個新的平台誕生了，它就是以太坊。以太坊不像比特幣那樣只是一種加密貨幣，它還存在其它特徵，使其成為了一個巨大的分布式計算機。

那麼，到底什麼是以太坊?

具體來說，以太坊（Ethereum）是一個可編程、可視化、更易用的區塊鏈，它允許任何人編寫智能合約和發行代幣。就像比特幣一樣，以太坊是去中心化的，由全網共同記賬，賬本公開透明且不可竄改。

與比特幣不同的是，以太坊是可編程的區塊鏈，它提供了一套圖靈完備的腳本語言，因此，開發人員可以直接用C語言等高級語言編程，轉換成匯編語言，大大降低了區塊鏈應用的開發難度。

為了更易理解，打個比方，以太坊就像是區塊鏈里的Android，它是一個開發平台，讓我們可以像基於Android Framework一樣基於區塊鏈技術寫應用。它上面提供各種模塊讓用戶來搭建應用，如果將搭建應用比作造房子，那麼以太坊就提供了牆面、屋頂、地板等模塊，用戶只需像搭積木一樣把房子搭起來，因此在以太坊上建立應用的成本和速度都大大改善。

事實上，在沒有以太坊之前，寫區塊鏈應用是這樣的：拷貝一份比特幣代碼，然後去改底層代碼如加密演算法，共識機制，網路協議等等（很多山寨幣就是這樣，改改就出來一個新幣）。

至於以太坊如何運作？

與其它區塊鏈一樣，以太坊需要幾千人在自己的計算機上運行一個軟體，為該網路提供動力。網路中的每個節點（計算機）運行一個叫做以太坊虛擬機（EVM）的軟體。如果將以太坊虛擬機想像成一個操作系統，它能理解並執行通過以太坊特定編程語言編寫的軟體，由以太坊虛擬機執行的軟體/應用程序被稱為「智能合約」。

不過，在這台計算機上操作並不是免費的，需要支付該網路自帶的加密貨幣，叫做以太幣（Ether）。以太幣與比特幣大致相同，除了一點，即以太幣可以為在以太坊上執行智能合約而付費。

回到以太坊的發展史，以太坊的概念首次在2013至2014年間由程序員Vitalik Buterin受比特幣啟發後提出，大意為「下一代加密貨幣與去中心化應用平台」，在2014年通過ICO眾籌開始得以發展。

截至2018年2月，以太幣是市值第二高的加密貨幣，僅次於比特幣。

對於許多程序工程師和投資人而言，2015年7月30號這一天是一個大日子，經過18個月的醞釀期後，以太坊區塊鏈平台終於正式誕生了，當天在位於布魯克林的辦公室上午11:45左右，當以太坊區塊鏈產生第一個創世區塊，隨即有很多狂熱的礦工在後頭想要贏得第一個區塊，也就是以太坊專屬電子貨幣，以太幣的所有權。當時整個辦公室掌聲雷動，那一天天氣很糟糕，紐約一帶下了大雷雨，每個人的智能手機不時傳來嘈雜的洪水警告訊號。

根據該公司網站資料的說明，以太坊是一個去中心化的應用平台，以智能合約為例，設計師可以完全排除死機被監控，被詐騙或者是被第三方橫加干預的可能，跟比特幣一樣，以太坊利用以太幣吸引參加者，建立驗證交易平台的網路架構，維持網路架構的運作，並且以共識決定哪些是真正發生過存在的事件，但是以太坊和比特幣也有所不同，以太坊提供一些功能強大的工具，讓投入開發的人創造出去，具有去中心化的軟體服務，使用范圍可以從線上 游戲 橫跨到股票交易。

以太坊的構想源自於2013年，當時才19歲的俄裔加拿大人為例，維塔利克布特林，他當時跟比特幣的核心開發者爭論，區塊鏈網路架構需要有更穩固的手稿語言才能發展其他的應用軟體，不過他的想法沒有被採納，促成了他打定主意要開發一套符合自己理念的區塊鏈網路架構共識，這家公司可以說是他跨出的第一步，在以太坊區塊鏈上推出了應用軟體，如果我們把時間往回倒轉幾年，就會發現一個很有趣的對照。

有位大師托瓦茲推出Linux作業系統的舉動，正如布特林推出以太坊一樣如出一轍。共識系統公司的聯合創始人約瑟夫魯賓談到區塊鏈以太坊的興起時表示，我愈發覺得走上街頭去貼海報訴求是很浪費時間的一件事，倒不如一起合作，在這個失衡的 社會 的經濟體制帶來要比較實際得改變。

跟許多創業者一樣，魯賓提出的願望也很有企圖心，他不只想要創立一家了不起的公司，也想借機克服這個世界上難解的問題。這個公司的應用程序會對十多個其他領域的產業帶來震撼力十足的效果，他們的計劃包括分布式的三重記賬會計體系，針對原本廣受好評，但是後來卻因為集中管控兒而遭受爭議的reddit論壇推出分布式的新版本，自動執行的文件格式進行管理，系統現在叫智能合約，涵蓋商務 體育 和 娛樂 領域的預測市場、公開競標的能源市場、足以和蘋果電腦分庭抗禮的一整套可以供大規模協作集體創造，實現無管理階層公司之共同管理機制的商務工具。

以太坊Ethereum由V神（Vitalik Buterin）在2014年創辦，它是一個區塊鏈底層系統，類似於互聯網的操作系統，基於它開發的DAPP（去中心化應用）類似於基於互聯網操作系統開發的軟體APP。

它的出現主要是彌補比特幣的不足，比特幣只能實現點對點的電子現金交易系統，但是區塊鏈技術在其他場景的應用卻無法實現。如果每用於一個場景，就搭建一個底層基礎系統，再進行開發，太耗時間和精力，成本也很高。為此，以太坊就建了一個底層系統供開發者使用，開發者只需要在其基礎上開發自己的DAPP應用就可以了。去年5月數據顯示，全球就已有200多個以太坊應用。

此外，以太坊也是區塊鏈比較優秀的公鏈之一。不過，它的交易速度太慢令眾多開發者詬病，以太坊開發者正在不斷嘗試研發分片技術對此現象進行改變。

以太坊的本質是一個可編程可視化而且操作簡單的區塊鏈，允許任何人編寫智能合約和發行代幣（這也是為什麼市面上各類空氣幣、傳銷幣如此之多的一個原因之一）。和比特幣一樣，以太坊也是去中心化的，全網共同記錄以太坊的所有情況，而且公開透明不可篡改。

那你想問，以太坊和比特幣的不同之處在哪？通俗地講，你可以把以太坊理解成為能夠編程的區塊鏈，它提供了一套圖靈完備的腳本語言，後續的開發人員可以直接在這個基礎上進行c語言等語言編程，之後轉變成匯編語言，由此降低了區塊鏈的應用的開發難度。就好像安卓系統上，准備好了api和介面，用戶直接開發app就可以這樣的邏輯。從以太坊誕生之初到現在，以太坊上已經誕生了幾百個應用，俄羅斯政府甚至也與以太坊基金會合作。

希望我的回答能夠幫助你！

在基礎層面上，以太坊是基於區塊鏈技術的軟體平台。該平台允許構建和部署分散式應用程序。以太坊里的「以太」是什麼？對Ethereum感興趣的人們經常會問「以太是什麼？」

了解以太是非常重要的，因為它是以太坊功能的基礎。就像所有機器使用某種燃料一樣，區塊鏈也是如此。以太坊使用乙太網，這是一種獨特的代碼，可用作支付運行應用程序或程序的方式。就像老虎機需要硬幣（或者現在的預付卡）來運行硬幣一樣，客戶必須使用乙醚作為付款才能在以太坊運行他們所要求的操作。

大家其他人的答案真的都是太麻煩了

講得太復雜了

以太坊

簡單來說就是這么一個結論：

以太坊等於 BTC+智能合約+合同自由+通縮資產+使用價值

這個結論其實不難理解的

官方定義更加詭詐：

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（Ether，又稱「以太幣」）提供去中心化的虛擬機

以太坊簡單來說就是這么一個結論：

以太坊等於 BTC+智能合約+合同自由+通縮資產+使用價值

我給大家簡單地來說說吧

首先先來看下面這個視頻：也就是以太坊創始人V神的視頻 特別好的解釋

以太坊簡單來說就是這么一個結論：

以太坊等於 BTC+智能合約+合同自由+通縮資產+使用價值

官方定義更加詭詐：

以太坊是一個可編程，可視化的區塊鏈平台。其操作功能非常多，計算匯總各類數據等等。

以太坊是區塊鏈技術的一個質的飛躍！就好比http是互聯網底層支撐技術而以太坊就是可以基於以太坊智能合約做各種生態dapp

以太坊是什麼？

以太坊是互聯網新時代的基礎：

內建貨幣與支付。

用戶擁有個人數據主權，且不會被各類應用監聽或竊取數據。

人人都有權使用開放金融系統。

基於中立且開源的基礎架構，不受任何組織或個人控制。

以太坊的創建

以太坊主網於 2015 年上線，是世界領先的可編程區塊鏈。

和其它區塊鏈一樣，以太坊也擁有原生加密貨幣，叫作 Ether (ETH)。 ETH 是一種數字貨幣， 和比特幣有許多相同的功能。 它是一種純數字貨幣，可以即時發送給世界上任何地方的任何人。 ETH 的供應不受任何政府或組織控制，它是去中心化且具稀缺性的。 全世界的人們都在使用 ETH 進行支付，或將其作為價值存儲和抵押品。

但與其它區塊鏈不同的是，以太坊可以做更多的工作。 以太坊是可編程的，開發者可以用它來構建不同於以往的應用程序。

以太坊的作用

這些去中心化的應用程序（或稱「dapps」）基於加密貨幣與區塊鏈技術， 因而值得信任，也就是說 dapps 一旦被「上傳」到以太坊，它們將始終按照編好的程序運行。 這些應用程序可以控制數字資產，以便創造新的金融應用； 同時還是去中心化的，這意味著沒有任何單一實體或個人可以控制它們。

目前，全世界有成千上萬名開發者正在以太坊上構建應用程序、發明新的應用程序，其中有許多現在已經可以使用：

1.加密貨幣錢包：讓你可以使用 ETH 或其他數字資產進行低成本的即時支付

2.金融應用程序：讓你可以借貸、投資數字資產

3.去中心化市場：讓你可以交易數字資產，甚至就現實世界事件的「預測」進行交易

4. 游戲 ：你可以擁有 游戲 內的資產，甚至可以由此獲得現實收益以及更多。

以太坊社區

以太坊社區是世界上最大最活躍的區塊鏈社區。它包括核心協議開發者、加密經濟研究員、密碼朋克、挖礦組織、ETH 持有者、應用開發者、普通用戶、無政府主義者、財富 500 強公司。

沒有公司或中心化的組織能夠控制以太坊。 一直以來，以太坊由多元化的全球性社區貢獻者來協同進行維護和改善，社區成員耕耘於以太坊的方方面面，從核心協議到應用程序。

以太坊擁堵的元兇找到了，竟然是它！

④ 以太坊技術系列-以太坊共識機制

區塊鏈的特點之一是去中心化。也就是節點會分布在各個地方組成分布式系統。各個節點需要對1個問題達成一致，理想情況下，只需要同步狀態即可。

如上圖所示 B節點將a=1=> a=2的狀態同步給  ACDE四個節點，這時系統中狀態變為a=2, 但如果其中有惡意節點 AE 收到通知後把a=1=>a=3修改為錯誤的節點，這個時候大家的狀態就不一致了，此時需要共識機制使系統中得到1個唯一正確的狀態。

如上面說到分布式系統存在惡意節點導致系統中狀態不一致的情況有1個比較著名的虛擬問題-拜占庭將軍問題。

拜占庭將軍問題是指，N個將軍去攻打一座城堡，如果大於一定數量的將軍同時進攻則可以攻打成功，如果小於則進攻失敗。將軍中可能存在叛徒。

這個時候有2種情況

1.如果2個叛徒都在BCDE中，那麼共識演算法需要讓其餘2個將軍聽從A的正確決策進攻城堡。

2.如果A是1個叛徒，共識演算法需要讓BCDE中剩餘的3個忠誠將軍保持一致。

這個問題有很多種解法，大家有興趣可以自行查閱(推薦學習PBFT)，我們重點來看看以太坊中目前正在使用的Nakamoto 共識和將要使用的 Casper Friendly Finality Gadget共識是如何解決拜占庭將軍問題的。

說到Nakamoto共識和Casper Friendly Finality Gadget共識可能大家不太熟悉，但他們的部分組成應該都比較熟悉-POW(工作量證明)和POS(權益證明)。

POW或POS稱之為Sybil抗性機制，為什麼需要Sybil抗性機制呢，剛剛我們說到拜占庭將軍問題，應該很容易看出惡意節點越多，達成正確共識的難度也就越大，Sybil攻擊就是指1個攻擊者可以偽裝出大量節點來進行攻擊，Sybil抗性是指抵禦這種攻擊能力。

POW通過讓礦工或驗證者投入算力，POS通過讓驗證者質押以太坊，如果攻擊者要偽裝多個節點攻擊則必將投入大量的算力或資產，會導致攻擊成本高於收益。在以太坊中保障的安全性是除非攻擊者拿到整個系統51%算力或資產否則不可能進攻成功。

在解決完Sybil攻擊後，通過選取系統中的最長鏈作為大家達成共識的鏈。

很多人平時為了簡化將pow和pos認為是共識機制，這不夠准確，但也說明了其重要作用，我們接下來分析pow和pos。

通過hash不可逆的特性，要求各個礦工不停地計算出某個值的hash符合某一特徵，比如前多少位是000000，由於這個過程只能依賴不停的試錯計算hash,所以是工作量證明。計算完成後其他節點驗證的值符合hash特徵非常容易驗證。驗證通過則成為成為合法區塊(不一定是共識區塊，需要在最長鏈中)。

以太坊中的挖礦演算法用到2個數據集，1個小數據集cache,1個大數據集DAG。這2個數據集會隨著區塊鏈中區塊增多慢慢變大，初始大小cache為16M DAG為1G。

我們先來看這2個數據集的生成過程

cache生成規則為有1個種子隨機數seed，cache中第1個元素對seed取hash，後面數組中每個元素都是前1個元素取hash獲得。

DAG生成規則為 找到cache中對應的元素後 根據元素中的值計算出下次要尋找的下標，循環256次後獲得cache中最終需要的元素值進行hash計算得到DAG中元素的值。

然後我們再看看礦工如何進行挖礦以及輕節點如何驗證

礦工挖礦的過程為，選擇Nonce值映射到DAG中的1個item，通過item中的值計算出下次要找的下標，循環64次，得到最終item，將item中的值hash計算得到結果，結果和target比較，符合條件

則證明挖到區塊，如果不符合則更換nonce繼續挖礦。礦工在挖礦過程中需要將1G的DAG讀取到內存中。

輕節點驗證過程和礦工挖礦過程基本一致，

將塊頭裡面的Nonce值映射到DAG中的1個item，然後通過cache數組計算出該item的值，通過item中的值計算出下次要找的下標，循環64次，得到最終item，將item中的值hash計算得到結果，結果和target比較，符合條件則驗證通過。輕節點在驗證過程中不需要將1G的DAG讀取到內存中。每次用到DAG的item值都使用cache進行計算。

以太坊為什麼需要這2個不同大小的數組進行輔助hash運算呢，直接進行hash運算會有什麼問題？

如果只是進行重復計算會導致挖礦設備專業化，減少去中心化程度。因為我們日常使用的計算機內存和計算力是都需要的，如果挖礦只需要hash運算，挖礦設備則會設計地擁有超高算力，但對內存可以縮小到很小甚至沒有。所以我們選用1G的大內存增加對內存訪問的頻率，增加挖礦設備對內存訪問需求，從而更接近於我們日常使用的計算機。

我們看看在Nakamoto共識是如何解決拜占庭將軍問題的。首先看看區塊鏈中的拜占庭將軍問題是什麼？

區塊鏈中需要達成一致的是哪條鏈為主鏈，雖然採用了最長鏈原則，但由於分叉問題，還是會帶來拜占庭將軍問題。

本來以太坊pow目標是抵抗51%以下的攻擊，但如上圖如果惡意節點沿著自己挖出的區塊不斷挖礦，由於主鏈上有分叉存在，惡意節點不需要達到51%算力就可以超過主鏈進而成為新的主鏈，為此以太坊使用了ghost協議給上圖中的B1和C1也分配出塊獎勵，盡快合並到主鏈中，這樣主鏈長度(按照合並後的總長度算，長度只是抽象概念，以太坊中按照區塊權重累加)還是大於惡意節點自己挖礦的。

網路中的用戶通過質押一定數量的以太坊成為驗證者。每次系統從這些驗證者從隨機選擇出區塊創建者，其餘驗證者去驗證創建出的區塊是否合法。驗證者會獲得出塊獎勵，沒有被選中的區塊不進行驗證則會被扣除一定質押幣，如果進行錯誤驗證則會被扣除全部質押幣。

如上圖，權益證明在每隔一定區塊的地方設置一個檢查點，對前面的區塊進行驗證，2/3驗證者通過則驗證通過，驗證通過則該區塊所在鏈成為最長合法鏈(不能被回滾)。

我們簡化地只分析了權益證明本身，在以太坊中權益證明較為復雜的點在於和分片機制結合在一起時的運行流程，這部分會在後面單獨將分片機制的一篇文章中詳述。

本篇文章主要討論了共識機制是解決分布式系統中的拜占庭將軍問題，以及分析了以太坊中的共識機制一般包括最長鏈選擇和一種sybil抗性機制(pow或pos)。重點分析了pow和pos的流程以及設計思想。後續將開始重點討論智能合約的部分。

⑤ 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。

⑥ 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）

⑦ 以太坊是一個什麼樣的東西怎麼開發

以太坊是一種區塊鏈的實現。在以太坊網路中，眾多的節點彼此連接，構成了以太坊網路： 以太坊節點軟體提供兩個核心功能：數據存儲、合約代碼執行。在每個以太坊全節點中，都保存有完整的區塊鏈數據。以太坊不僅將交易數據保存在鏈上，編譯後 的合約代碼同樣也保存在鏈上。以太坊全節點中，同時還提供了一個虛擬機來執行合約代碼。以太坊虛擬機 以太坊區塊鏈不僅存儲數據和代碼，每個節點中還包含一個虛擬機（EVM：Ethereum Virtual Machine）來執行 合約代碼 —— 聽起來就像計算機操作系統。事實上，這一點是以太坊區別於比特幣（Bitcoin）的最核心的一點：虛擬機的存在使區塊鏈邁入了2.0 時代，也讓區塊鏈第一次成為應用開發者友好的平台。以上內容來自：以太坊DApp開發入門教程

⑧ 以太坊技術系列-以太坊數據結構

本篇文章和大家介紹一下以太坊的數據結構，上篇文章我們提到，以太坊為了實現智能合約這一功能，使用了基於賬戶的模型。我們來看看以太坊中數據結構。

既然是基於賬戶的模型，我們需要通過賬戶地址找到賬戶的狀態。就像通過銀行卡號可以找到你在銀行中的各種信息一樣。最簡單的想法當然是一個簡單的哈希表 key是賬戶地址 value是賬戶狀態。但這里有個問題解決不了。

輕節點如何校驗賬戶合法性？

上篇我們說過，區塊鏈中有2類節點，全節點和輕節點，輕節點只會存儲block header，所以輕節點如何才能校驗賬號是否合法呢？

這個思路和我們平時用的md5校驗一致，我們會對區塊內的信息進行hash運算從而得出區塊內信息唯一確定的值，區塊鏈所有節點中這個值都是相同的。

在這個過程中我們用到了一種數據結構Merkle Tree（哈希樹），我們先看下Merkle Tree（哈希樹）的示意圖。

上篇文章說到區塊鏈中的鏈表(哈希鏈)和我們平時常見鏈表不同的是將指針從地址改為了hash指，這里也一樣，哈希樹和二叉樹的區別有2個

1.將地址改為了哈希值

2.只有葉子節點存儲數據

回到之前的問題輕節點是如何校驗1個賬戶或交易是否是在鏈上的呢？

整個流程如上圖所示

1.輕節點需要判斷1個賬號是否合法

2.輕節點由於只存儲block header，所以拿到1個賬號的時候會向全節點發出請求

3.全節點存儲了所有賬戶狀態，將賬戶路徑中的需要計算用到的hash值返回給輕節點

4.輕節點本地進行計算根hash值，如果計算結果和自己存儲一致則賬戶合法，不一致則不合法。

那以太坊中的賬戶信息的數據結構就是這樣嗎？

直接用這樣的數據結構來存儲賬戶信息會有2個問題

查找困難

生成hash值不確定

第1個問題應該比較容易發現，在這個樹中尋找1個賬號需要的復雜度是O(n),因為沒有任何順序。

第2個問題其實也是因為無序導致的，無序的組合每個節點針對同一批賬戶生成的hash值不一致，這就導致無法達成共識。

既然2個問題都和順序有關，那我們類似二叉排序樹一樣，使用哈希排序樹是不是就可以解決問題了呢？

使用排序樹後會帶來另外1個問題

插入困難

因為要維持樹是有序的，很可能帶來樹結構的很大變動。

以太坊中使用了另外一種數據結構字典樹。和哈希樹不同，字典樹應該是很多地方都有使用。我們簡單來看下字典樹的結構。

字典樹能夠較好地解決哈希樹的2個缺點1.查找困難 2.生成的hash值不確定以及排序二叉樹的1個缺點 插入困難。

但字典樹我們可以看到可能樹的深度可能由於部分元素導致整棵樹深度非常深。

這時我們可以進一步優化，將相同路徑進行壓縮。這就是壓縮字典樹。

將哈希樹和壓縮字典樹結合，就可以得到以太坊存儲賬戶的最終數據結構-MPT。

將壓縮字典樹裡面的指針從地址改為指針，並且將數據存儲在葉子節點中即可。

介紹完狀態樹的數據結構，我們接下來討論1個問題，區塊中存儲的賬戶狀態是什麼樣的范圍。有2種選擇。

只保存當時區塊中產生交易的賬戶狀態。

保存全局所有的賬戶。

我們可以看下這2種方式，無非就是空間和時間的平衡，只保存當前區塊產生的交易意味著是做懶載入(需要的時候才去尋找賬戶)，在區塊鏈中這個代價是非常大的，因為尋找的賬戶之前從未交易過，這樣會遍歷整個區塊鏈。另外一種保存全局的賬戶方式雖然看起來空間消耗較大，但查找快捷，而且空間的問題我們可以通過其他方式優化。所以最終以太坊選擇了第2種每個區塊都報錯全局所有賬戶的方式。

我們來看下以太坊中是如何保存狀態樹的。

可以看到以太坊中雖然每個區塊都保存了全部賬戶，但是會將未發生變化的賬戶狀態指向前1個節點，本身只存儲發生變化的狀態，這樣可以較大程度優化空間佔用。

介紹完以太坊中比較復雜的狀態樹後，我們繼續來看看以太坊中的另外兩棵樹，交易樹和收據樹。

首先介紹一下，為什麼需要交易樹&收據樹。

1.交易樹

雖然以太坊是基於賬戶的模型，但是就像銀行不僅會存儲銀行卡的余額，還會存儲卡中的每筆錢怎麼來的以及怎麼花的。交易樹中就存儲著當前區塊中的包含的所有交易。

2.收據樹

由於智能合約的引入增加了不少復雜性，所以以太坊用收據樹存儲著一些交易操作的額外信息。比如交易過程中執行日誌就包含在收據樹中方便查詢。收據樹和交易樹是一一對應的。每發生一次交易就會有一次收據。

和狀態樹不同交易樹和收據樹只維護當前區塊內發生的交易，因為當時區塊發生交易時不需要再去查找另外1個交易，也就之前需要可能遍歷整個區塊鏈的查找操作了。

由於以太坊中的出塊速度較快，我們進行一些查詢一些符合條件交易的時候會面臨大量數據遍歷困難的問題。收據樹中引入了布隆過濾器可以幫助我們有效緩解這一困難。

布隆過濾器將大集合中每個元素進行hash運算映射到1個較小的集合，這時再來1個元素要判斷是否在大集合的時候，不需要遍歷整個大集合，而是去進行hash運算去小集合中尋找是否存在，如果不存在，肯定不在大集合中，如果存在則不能說明任何問題。

如上圖所示，布隆過濾器只能證明某1個元素不在集合中，不能證明1個元素在結合中。

以太坊中如果我們要在較多區塊中尋找某1個交易，則可以利用布隆過濾器，過濾掉肯定不存在目標交易的區塊，然後進入收據樹內繼續利用布隆過濾器篩選，剩下的才是可能的目標交易的交易，進行一一比對即可。

我們介紹了以太坊的核心數據結構，狀態樹&交易樹&收據樹，他們都是使用相同的數據結構-哈希壓縮字典樹。但狀態樹是維護1顆全局賬戶樹，交易樹和收據樹則是維護本區塊內的交易或收據。

介紹完數據結構後，後面我們會用幾篇文章來介紹以太坊中的一些核心演算法，比如共識機制，挖礦演算法等。

⑨ 區塊鏈技術概念

區塊鏈技術概念

區塊鏈技術概念，現如今，區塊鏈已經成為大部分人關注的領域，很多企業也早已深入其中研究該技術情況，但是還有人對於它不是很了解，下面我分享一篇關於區塊鏈技術概念的相關信息。

區塊鏈技術概念1

區塊鏈的基本概念和工作原理

1、基本概念

區塊鏈是分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密演算法等計算機技術的新型應用模式。所謂共識機制是區塊鏈系統中實現不同節點之間建立信任、獲取權益的數學演算法。

區塊鏈Blockchain、是比特幣的一個重要概念，它本質上是一個去中心化的資料庫，同時作為比特幣的底層技術。區塊鏈是一串使用密碼學方法相關聯產生的數據塊，每一個數據塊中包含了一次比特幣網路交易的信息，用於驗證其信息的有效性防偽、和生成下一個區塊。

狹義來講，區塊鏈是一種按照時間順序將數據區塊以順序相連的方式組合成的一種鏈式數據結構， 並以密碼學方式保證的不可篡改和不可偽造的分布式賬本。

廣義來講，區塊鏈技術是利用塊鏈式數據結構來驗證與存儲數據、利用分布式節點共識演算法來生成和更新數據、利用密碼學的方式保證數據傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數據的一種全新的分布式基礎架構與計算方式。

2、工作原理

區塊鏈系統由數據層、網路層、共識層、激勵層、合約層和應用層組成。 其中，數據層封裝了底層數據區塊以及相關的數據加密和時間戳等基礎數據和基本演算法；網路層則包括分布式組網機制、數據傳播機制和數據驗證機制等；共識層主要封裝網路節點的各類共識演算法；激勵層將經濟因素集成到區塊鏈技術體系中來，主要包括經濟激勵的發行機制和分配機制等；合約層主要封裝各類腳本、演算法和智能合約，是區塊鏈可編程特性的基礎；應用層則封裝了區塊鏈的各種應用場景和案例。該模型中，基於時間戳的鏈式區塊結構、分布式節點的共識機制、基於共識算力的經濟激勵和靈活可編程的智能合約是區塊鏈技術最具代表性的創新點。

區塊鏈主要解決的交易的信任和安全問題，因此它針對這個問題提出了四個技術創新：

1、分布式賬本，就是交易記賬由分布在不同地方的多個節點共同完成，而且每一個節點都記錄的是完整的賬目，因此它們都可以參與監督交易合法性，同時也可以共同為其作證。

跟傳統的分布式存儲有所不同，區塊鏈的分布式存儲的獨特性主要體現在兩個方面：一是區塊鏈每個節點都按照塊鏈式結構存儲完整的數據，傳統分布式存儲一般是將數據按照一定的規則分成多份進行存儲。二是區塊鏈每個節點存儲都是獨立的、地位等同的，依靠共識機制保證存儲的一致性，而傳統分布式存儲一般是通過中心節點往其他備份節點同步數據。 [8]

沒有任何一個節點可以單獨記錄賬本數據，從而避免了單一記賬人被控制或者被賄賂而記假賬的可能性。也由於記賬節點足夠多，理論上講除非所有的節點被破壞，否則賬目就不會丟失，從而保證了賬目數據的安全性。

2、非對稱加密和授權技術，存儲在區塊鏈上的交易信息是公開的，但是賬戶身份信息是高度加密的，只有在數據擁有者授權的情況下才能訪問到，從而保證了數據的安全和個人的隱私。

3、共識機制，就是所有記賬節點之間怎麼達成共識，去認定一個記錄的有效性，這既是認定的手段，也是防止篡改的手段。區塊鏈提出了四種不同的共識機制，適用於不同的應用場景，在效率和安全性之間取得平衡。

區塊鏈的共識機制具備「少數服從多數」以及「人人平等」的特點，其中「少數服從多數」並不完全指節點個數，也可以是計算能力、股權數或者其他的計算機可以比較的特徵量。「人人平等」是當節點滿足條件時，所有節點都有權優先提出共識結果、直接被其他節點認同後並最後有可能成為最終共識結果。以比特幣為例，採用的是工作量證明，只有在控制了全網超過51%的記賬節點的情況下，才有可能偽造出一條不存在的記錄。當加入區塊鏈的節點足夠多的時候，這基本上不可能，從而杜絕了造假的可能.

4、智能合約，智能合約是基於這些可信的不可篡改的數據，可以自動化的執行一些預先定義好的規則和條款。以保險為例，如果說每個人的信息包括醫療信息和風險發生的信息、都是真實可信的，那就很容易的在一些標准化的保險產品中，去進行自動化的理賠.

3、其它

互聯網交換的是信息，區塊鏈交換的是價值。人類歷史和互聯網歷史可以用八個字理解：分久必合合久必分，到了分久必合的時代，網路信息全部散在互聯網上面，大家要挖掘信息非常不容易，這時會出現像谷歌和臉 書等的平台，它做的唯一的事情就是把我們所有的信息重新組合了一下。互聯網時代壟斷巨頭們重組的就是信息，並不是產生自己的信息，產生的信息完全是我們個人。一旦信息重組，就會出現一個新的壟斷巨人，所以就到了分久必合的時代。現在由於區塊鏈技術產生又到了合久必分時代，又是新的多中心化，新的多中心化之後賦能產生新的價值，這些數據會在我們自己的手上，個人數據產生價值是歸自己所有，這是這個時代最最激動人心的時代。

區塊鏈的價值有哪些？低成本建立信任的機制，確立數權，解決數據的.產權。

目前區塊鏈技術不斷發展，包括現在的單鏈向多鏈發展，而且技術能夠在進一步擴展，我想未來還是可能會出現，特別是在交易等方面出現顛覆性的，特別是對現有產業的很多顛覆性的場景。

區塊鏈的本質是在不可信的網路建立可信的信息交換。

一帶一路+一鏈。區塊鏈更大的不是製造信任，而是讓信任產生無損的傳遞，整個降低社會的摩擦成本，從而提高整個效益。

現在區塊鏈本身還是初始階段，所以包括區塊鏈的信息傳遞、加密，這個過程中出現量子加密和其他加密，實際上對區塊鏈本身所採用的加密演算法攻擊現象也時有發生。包括區塊鏈也是作為一種資產的認定，數字資產的一個認定，但是現在我們很多都是用密碼演算法，或者是作為我們來解密的鑰匙，但是如果密碼忘記了，很可能你現在的資產就丟掉了，你不能夠在得到你原來的這些資產，所以在資產管理，包括信息傳遞和一些安全這些方面，應該說都還是存在著一些隱患。當然那麼從技術角度，現在我們區塊鏈本身處理的速度，或者說本身的擴展性，因為從工作機理的角度來看，是要把整個賬本要復制給所有的參與人員，所以在區塊鏈本身的運作效率和擴展性方面還是比較受限的。這些我們覺得都還是需要進一步在技術方面有進一步的發展。

區塊鏈平台這些底層技術，又形成包括區塊鏈錢包、區塊鏈瀏覽器、節點競選、礦機、礦池、開發組件、開發模塊、技術社區及項目社群等一系列的生態系統，這些生態系統的完善程度直接決定著區塊鏈底層平台的使用效率和效果。

4、蒙代爾的不可能三角

去中心化、高效、安全，不可能實現三者全部同時達到極致。

區塊鏈技術概念2

區塊鏈的本質是一種分布式記賬技術，與之相對的是中心式記賬技術，中心式記賬技術在我們目前的生活中廣泛存在。區塊鏈是分布式數據存儲、點對點傳輸、共識機制、加密演算法等計算機技術的新型應用模式。

區塊鏈Blockchain、，是比特幣的一個重要概念，它本質上是一個去中心化的資料庫，同時作為比特幣的底層技術，是一串使用密碼學方法相關聯產生的數據塊，每一個數據塊中包含了一批次比特幣網路交易的信息，用於驗證其信息的有效性防偽、和生成下一個區塊。

狹義來講，區塊鏈是一種按照時間順序將數據區塊以順序相連的方式組合成的一種鏈式數據結構， 並以密碼學方式保證的不可篡改和不可偽造的分布式賬本。

廣義來講，區塊鏈技術是利用塊鏈式數據結構來驗證與存儲數據、利用分布式節點共識演算法來生成和更新數據、利用密碼學的方式保證數據傳輸和訪問的安全、利用由自動化腳本代碼組成的智能合約來編程和操作數據的一種全新的分布式基礎架構與計算方式。

區塊鏈技術通俗的理解就是：把「物」的前、後、左、右區塊用一種技術連接成一個鏈條，但每個區塊的原始數據不可篡改，是一種物聯網范疇的、可以讓參與者信任的「各個模塊鏈動」的技術。區塊鏈技術的應用，離不開互聯道網，也離不開物聯網，是建立在二者融合互動基礎上的、但又讓參與者各自保持獨回立的去中心化、、並共同擁有這套價值鏈共建共享、的技術。

區塊鏈的特徵：去中心化、開放性、自治性、信息不可篡改，匿名性。

區塊鏈是一個能夠傳遞價值的網路，對可以傳遞價值的網路的需求是推動區塊鏈技術產生的重要原因。在對於保護帶有所有權或者其他價值的信息需求的推動下，區塊鏈出現了。區塊鏈通過公私鑰密碼學、分布式存儲等技術手段，一方面保證了帶有價值的信息的高效傳遞，另一方面保證了這些信息在傳遞的過程中不會被輕易的復制篡改。

從區塊鏈誕生的必然性來理解區塊鏈的內涵，區塊鏈是解決了中心化記賬缺點、解決了分布式一致性問題的分布式記賬技術，同時也是連接互聯網升級為保證帶有價值的信息安全高效傳遞的價值網路。

區塊鏈技術概念3

區塊鏈： 區塊鏈就像是一個全球唯一的帳簿，或者說是資料庫，記錄了網路中所有交易歷史。

以太坊虛擬機(EVM)： 它讓你能在以太坊上寫出更強大的程序比特幣上也可以寫腳本程序、。它有時也用來指以太坊區塊鏈，負責執行智能合約以及一切。

節點：你可以運行節點，通過它讀寫以太坊區塊鏈，也即使用以太坊虛擬機。完全節點需要下載整個區塊鏈。輕節點仍在開發中。

礦工：挖礦，也就是處理區塊鏈上的區塊的節點。這個網頁可以看到當前活躍的一部分以太坊礦工：stats.ethdev.com。

工作量證明：礦工們總是在競爭解決一些數學問題。第一個解出答案的(算出下一個區塊)將獲得以太幣作為獎勵。然後所有節點都更新自己的區塊鏈。所有想要算出下一個區塊的礦工都有與其他節點保持同步，並且維護同一個區塊鏈的動力，因此整個網路總是能達成共識。(注意：以太坊正計劃轉向沒有礦工的權益證明系統(POS)，不過那不在本文討論范圍之內。)

以太幣：縮寫ETH。一種你可以購買和使用的真正的數字貨幣。這里是可以交易以太幣的其中一家交易所的走勢圖。在寫這篇文章的時候，1個以太幣價值65美分。

Gas：在以太坊上執行程序以及保存數據都要消耗一定量的以太幣，Gas是以太幣轉換而成。這個機制用來保證效率。

DApp: 以太坊社區把基於智能合約的應用稱為去中心化的應用程序(Decentralized App)。DApp的目標是(或者應該是)讓你的智能合約有一個友好的界面，外加一些額外的東西，例如IPFS可以存儲和讀取數據的去中心化網路，不是出自以太坊團隊但有類似的精神)。DApp可以跑在一台能與以太坊節點交互的中心化伺服器上，也可以跑在任意一個以太坊平等節點上。(花一分鍾思考一下：與一般的網站不同，DApp不能跑在普通的伺服器上。他們需要提交交易到區塊鏈並且從區塊鏈而不是中心化資料庫讀取重要數據。相對於典型的用戶登錄系統，用戶有可能被表示成一個錢包地址而其它用戶數據保存在本地。許多事情都會與目前的web應用有不同架構。)

以太坊客戶端，智能合約語言

編寫和部署智能合約並不要求你運行一個以太坊節點。下面有列出基於瀏覽器的IDE和API。但如果是為了學習的話，還是應該運行一個以太坊節點，以便理解其中的基本組件，何況運行節點也不難。

運行以太坊節點可用的客戶端

以太坊有許多不同語言的客戶端實現即多種與以太坊網路交互的方法、，包括C++, Go, Python, Java, Haskell等等。為什麼需要這么多實現？不同的實現能滿足不同的需求例如Haskell實現的目標是可以被數學驗證、，能使以太坊更加安全，能豐富整個生態系統。

在寫作本文時，我使用的是Go語言實現的客戶端geth (go-ethereum)，其他時候還會使用一個叫testrpc的工具, 它使用了Python客戶端pyethereum。後面的例子會用到這些工具。

關於挖礦：挖礦很有趣，有點像精心照料你的室內盆栽，同時又是一種了解整個系統的方法。雖然以太幣現在的價格可能連電費都補不齊，但以後誰知道呢。人們正在創造許多酷酷的DApp, 可能會讓以太坊越來越流行。

互動式控制台:客戶端運行起來後，你就可以同步區塊鏈，建立錢包，收發以太幣了。使用geth的一種方式是通過Javascript控制台。此外還可以使用類似cURL的命令通過JSON RPC來與客戶端交互。本文的目標是帶大家過一邊DApp開發的流程，因此這塊就不多說了。但是我們應該記住這些命令行工具是調試，配置節點，以及使用錢包的利器。

在測試網路運行節點: 如果你在正式網路運行geth客戶端，下載整個區塊鏈與網路同步會需要相當時間。你可以通過比較節點日誌中列印的最後一個塊號和stats.ethdev.com上列出的最新塊來確定是否已經同步。) 另一個問題是在正式網路上跑智能合約需要實實在在的以太幣。在測試網路上運行節點的話就沒有這個問題。此時也不需要同步整個區塊鏈，創建一個自己的私有鏈就勾了，對於開發來說更省時間。

Testrpc:用geth可以創建一個測試網路，另一種更快的創建測試網路的方法是使用testrpc. Testrpc可以在啟動時幫你創建一堆存有資金的測試賬戶。它的運行速度也更快因此更適合開發和測試。你可以從testrpc起步，然後隨著合約慢慢成型，轉移到geth創建的測試網路上 - 啟動方法很簡單，只需要指定一個networkid：geth --networkid "12345"。這里是testrpc的代碼倉庫，下文我們還會再講到它。

接下來我們來談談可用的編程語言，之後就可以開始真正的編程了。寫智能合約用的編程語言用Solidity就好。

要寫智能合約有好幾種語言可選：有點類似Javascript的Solidity, 文件擴展名是.sol. 和Python接近的Serpent, 文件名以.se結尾。還有類似Lisp的LLL。Serpent曾經流行過一段時間，但現在最流行而且最穩定的要算是Solidity了，因此用Solidity就好。聽說你喜歡Python? 用Solidity。

solc編譯器: 用Solidity寫好智能合約之後，需要用solc來編譯。它是一個來自C++客戶端實現的組件又一次，不同的實現產生互補、，這里是安裝方法。如果你不想安裝solc也可以直接使用基於瀏覽器的編譯器，例如Solidity real-time compiler或者Cosmo。後文有關編程的部分會假設你安裝了solc。

web3.js API. 當Solidity合約編譯好並且發送到網路上之後，你可以使用以太坊的web3.js JavaScript API來調用它，構建能與之交互的web應用。

⑩ 以太坊stratum協議原理

參照比特幣的 stratum協議 和 NiceHash的stratum協議規范 編寫了一版以太坊版本的stratum協議說明.

stratum協議是目前最常用的礦機和礦池之間的TCP通訊協議。

以太坊是一個去中心化的網路架構，通過安裝Mist客戶端的節點來轉發新交易和新區塊。而礦機、礦池也同時形成了另一個網路，我們稱之為礦工網路。

礦工網路分成礦機、礦池、錢包等幾個主要部分，有時礦池軟體與錢包安裝在一起，可合稱為礦池。

礦機與礦池軟體之間的通訊協議是 stratum ，而礦池軟體與錢包之間的通訊是 bitcoinrpc 介面。

stratum是 JSON 為數據格式.

礦機啟動，首先以 mining.subscribe 方法向礦池連接，用來訂閱工作。

礦池以 mining.notify 返回訂閱號、ExtraNonce1和ExtraNonce2_size。

Client:

Server:

其中：

是 訂閱號 ；

080c是 extranonce ，Extranonce可能最大3位元組；

礦機以 mining.authorize 方法，用某個帳號和密碼登錄到礦池，密碼可空，礦池返回 true 登錄成功。該方法必須是在初始化連接之後馬上進行，否則礦機得不到礦池任務。

Client:

Server:

難度調整由礦池下發給礦機，以 mining.set_difficulty 方法調整難度， params 中是難度值。
Server:

礦機會在下一個任務時採用新難度，礦池有時會馬上下發一個新任務並且把清理任務設為true，以便礦機馬上以新難度工作。

該命令由礦池定期發給礦機，當礦機以 mining.subscribe 方法登記後，礦池應該馬上以 mining.notify 返回該任務。

Server:

任務ID ： bf0488aa ；

seedhash ： 。每一個任務都發送一個seedhash來支持盡可能多的礦池，這可能會很快地在貨幣之間交換。

headerhash : 。

boolean cleanjobs : true 。如果設為true，那麼礦工需要清理任務隊列，並立即開始從事新提供的任務，因為所有舊的任務分享都將導致陳舊的分享錯誤。如果是 false 則等當前任務結束才開始新任務。

礦工使用seedhash識別DAG，然後帶著headerhash,extranonce和自己的minernonce尋找低於目標的share(這是由提供的難度而產生的)。

礦機找到合法share時，就以」 mining.submit 「方法向礦池提交任務。礦池返回true即提交成功，如果失敗則error中有具體原因。

Client:

任務ID : bf0488aa

minernonce : 6a909d9bbc0f 。注意minernonce是6個位元組，因為提供的extranonce是2個位元組。如果礦池提供3位元組的extranonce，那麼minernonce必須是5位元組

Server:

一般的礦機與礦池通訊過程就如下所示：