以太坊高速缓存
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1.鏄惧崱
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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.纭鐩
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㈡ 走进以太坊网络
目录
术语“以太坊节点”是指以某种方式与以太坊网络交互的程序。从简单的手机钱包应用程序到存储整个区块链副本的计算机，任何设备均可扮演以太坊节点。
所有节点都以某种方式充当通信点，但以太坊网络中的节点分为多种类型。
与比特币不同，以太坊找不到任何程序作为参考实施方案。在比特币生态系统中， 比特币核心 是主要节点软件，以太坊黄皮书则提出了一系列独立（但兼容）的程序。目前最流行的是Geth和Parity。
若要以允许独立验证区块链数据的方式连接以太坊网络，则应使用之前提到的软件运行全节点。
该软件将从其他节点下载区块，并验证其所含交易的正确性。软件还将运行调用的所有智能合约，确保接收的信息与其他节点相同。如果一切按计划运行，我们可以认为所有节点设备均存储相同的区块链副本。
全节点对于以太坊的运行至关重要。如果没有遍布全球的众多节点，网络将丧失其抗审查性与去中心化特性。
通过运行全节点，您可以直接为网络的 健康 和安全发展贡献一份力量。然而，全节点通常需要使用独立的机器完成运行和维护。对于无法（或单纯不愿）运行全节点的用户，轻节点是更好的选择。
顾名思义，轻节点均为轻量级设备，可显著降低资源和空间占用率。手机或笔记本电脑等便携式设备均可作为轻节点。然而，降低开销也要付出代价：轻节点无法完全实现自给自足。它们无法与整条区块链同步，需要全节点提供相关信息。
轻节点备受商户、服务供应商和用户的青睐。在不必使用全节点并且运行成本过高的情况下，它们广泛应用于支收付款。
挖矿节点既可以是全节点客户端，也可以是轻节点客户端。“挖矿节点”这个术语的使用方式与比特币生态系统不同，但依然应用于识别参与者。
如需参与以太坊挖矿，必须使用一些附加硬件。最常见的做法是构建 矿机 。用户通过矿机将多个GPU（图形处理器）连接起来，高速计算哈希数据。
矿工可以选择两种挖矿方案：单独挖矿或加入矿池。 单独挖矿 表示矿工独自创建区块。如果成功，则独享挖矿奖励。如果加入 矿池 ，众多矿工的哈希算力会结合起来。出块速度得以提升，但挖矿奖励将由众多矿工共享。
区块链最重要的特性之一就是“开放访问”。这表明任何人均可运行以太坊节点，并通过验证交易和区块强化网络。
与比特币相似，许多企业都提供即插即用的以太坊节点。如果只想启动并运行单一节点，这种设备无疑是最佳选择，缺点是必须为便捷性额外付费。
如前文所述，以太坊中存在众多不同类型的节点软件实施方案，例如Geth和Parity。若要运行个人节点，必须掌握所选实施方案的安装流程。
除非运行名为 归档节点 的特殊节点，否则消费级笔记本电脑足以支持以太坊全节点正常运行。不过，最好不要使用日常工作设备，因为节点会严重拖慢运行速度。
运行个人节点时，建议设备始终在线。倘若节点离线，再次联网时可能耗费大量的时间进行同步。因此，最好选择造价低廉并且易于维护的设备。您甚至可以通过Raspberry Pi运行轻节点。
随着网络即将过渡到权益证明机制，以太坊挖矿不再是最安全的长期投资方式。过渡成功后，以太坊矿工只能将挖矿设备转入其他网络或直接变卖。
鉴于过渡尚未完成，参与以太坊挖矿仍需使用特殊硬件（例如GPU或ASIC）。若要获得可观收益，则必须定制矿机并寻找电价低廉的矿场。此外，还需创建以太坊钱包并配置相应的挖矿软件。这一切都会耗费大量的时间和资金。在参与挖矿前，请认真考量自己能否应对各种挑战。（国内严禁挖矿，切勿以身试法）
ProgPow代表 程序化工作量证明 。这是以太坊挖矿算法Ethash的扩展方案，旨在提升GPU的竞争力，使其超过ASIC。
在比特币和以太坊社区，抗ASIC多年来一直是饱受争议的话题。在比特币网络中，ASIC已经成为主要的挖矿力量。
在以太坊中，ASIC并不是主流，相当一部分矿工仍然使用GPU。然而，随着越来越多的公司将以太坊ASIC矿机引入市场，这种情况很快就会改变。然而，ASIC到底存在什么问题呢？
一方面，ASIC明显削弱网络的去中心化。如果GPU矿工无法盈利，不得不停止挖矿，哈希率最终就会集中在少数矿工手中。此外，ASIC芯片的开发成本相当昂贵，坐拥开发能力与资源的公司屈指可数。这种现状有可能导致以太坊挖矿产业集中在少数公司手中，形成一定程度的行业垄断。
自2018年以来，ProgPow的集成一直饱受争议。有些人认为，它有益于以太坊生态系统的 健康 发展。另一些人则持反对态度，认为它可能导致硬分叉。随着权益证明机制的到来，ProgPoW能否应用于网络仍然有待观察。
以太坊与比特币是一样，均为开源平台。所有人都可以参与协议开发，或基于协议构建应用程序。事实上，以太坊也是区块链领域目前最大的开发者社区。
Andreas Antonopoulos和Gavin Wood出品的 Mastering Ethereum ，以及Ethereum.org推出的 开发者资源 等都是新晋开发者理想的入门之选。
智能合约的概念于20世纪90年代首次提出。其在区块链中的应用带来了一系列全新挑战。2014年由Gavin Wood提出的Solidity已经成为开发以太坊智能合约的主要编程语言，其语法与Java、JavaScript以及C++类似。
从本质上讲，使用Solidity语言，开发者可以编写在分解后可由以太坊虚拟机(EVM)解析的指令。您可以通过Solidity GitHub详细了解其工作原理。
其实，Solidity语言并非以太坊开发者的唯一选择。Vyper也是一种热门的开发语言，其语法更接近Python。
㈢ 011：Ethash算法|《ETH原理与智能合约开发》笔记
待字闺中开发了一门区块链方面的课程：《深入浅出ETH原理与智能合约开发》，马良老师讲授。此文集记录我的学习笔记。
课程共8节课。其中，前四课讲ETH原理，后四课讲智能合约。
第四课分为三部分：
这篇文章是第四课第一部分的学习笔记：Ethash算法。
这节课介绍的是以太坊非常核心的挖矿算法。
在介绍Ethash算法之前，先讲一些背景知识。其实区块链技术主要是解决一个共识的问题，而共识是一个层次很丰富的概念，这里把范畴缩小，只讨论区块链中的共识。
什么是共识？
在区块链中，共识是指哪个节点有记账权。网络中有多个节点，理论上都有记账权，首先面临的问题就是，到底谁来记帐。另一个问题，交易一定是有顺序的，即谁在前，前在后。这样可以解决双花问题。区块链中的共识机制就是解决这两个问题，谁记帐和交易的顺序。
什么是工作量证明算法
为了决定众多节点中谁来记帐，可以有多种方案。其中，工作量证明就让节点去算一个哈希值，满足难度目标值的胜出。这个过程只能通过枚举计算，谁算的快，谁获胜的概率大。收益跟节点的工作量有关，这就是工作量证明算法。
为什么要引入工作量证明算法？
Hash Cash 由Adam Back 在1997年发表，中本聪首次在比特币中应用来解决共识问题。
它最初用来解决垃圾邮件问题。
其主要设计思想是通过暴力搜索，找到一种Block头部组合（通过调整nonce）使得嵌套的SHA256单向散列值输出小于一个特定的值（Target）。
这个算法是计算密集型算法，一开始从CPU挖矿，转而为GPU，转而为FPGA，转而为ASIC，从而使得算力变得非常集中。
算力集中就会带来一个问题，若有一个矿池的算力达到51%，则它就会有作恶的风险。这是比特币等使用工作量证明算法的系统的弊端。而以太坊则吸取了这个教训，进行了一些改进，诞生了Ethash算法。
Ethash算法吸取了比特币的教训，专门设计了非常不利用计算的模型，它采用了I/O密集的模型，I/O慢，计算再快也没用。这样，对专用集成电路则不是那么有效。
该算法对GPU友好。一是考虑如果只支持CPU，担心易被木马攻击；二是现在的显存都很大。
轻型客户端的算法不适于挖矿，易于验证；快速启动
算法中，主要依赖于Keccake256 。
数据源除了传统的Block头部，还引入了随机数阵列DAG（有向非循环图）（Vitalik提出）
种子值很小。根据种子值生成缓存值，缓存层的初始值为16M，每个世代增加128K。
在缓存层之下是矿工使用的数据值，数据层的初始值是1G，每个世代增加8M。整个数据层的大小是128Bytes的素数倍。
框架主要分为两个部分，一是DAG的生成，二是用Hashimoto来计算最终的结果。
DAG分为三个层次，种子层，缓存层，数据层。三个层次是逐渐增大的。
种子层很小，依赖上个世代的种子层。
缓存层的第一个数据是根据种子层生成的，后面的根据前面的一个来生成，它是一个串行化的过程。其初始大小是16M，每个世代增加128K。每个元素64字节。
数据层就是要用到的数据，其初始大小1G，现在约2个G，每个元素128字节。数据层的元素依赖缓存层的256个元素。
整个流程是内存密集型。
首先是头部信息和随机数结合在一起，做一个Keccak运算，获得初始的单向散列值Mix[0]，128字节。然后，通过另外一个函数，映射到DAG上，获取一个值，再与Mix[0]混合得到Mix[1]，如此循环64次，得到Mix[64]，128字节。
接下来经过后处理过程，得到 mix final 值，32字节。（这个值在前面两个小节《 009：GHOST协议 》、《 010：搭建测试网络 》都出现过）
再经过计算，得出结果。把它和目标值相比较，小于则挖矿成功。
难度值大，目标值小，就越难（前面需要的 0 越多）。
这个过程也是挖矿难，验证容易。
为防止矿机，mix function函数也有更新过。
难度公式见课件截图。
根据上一个区块的难度，来推算下一个。
从公式看出，难度由三部分组成，首先是上一区块的难度，然后是线性部分，最后是非线性部分。
非线性部分也叫难度炸弹，在过了一个特定的时间节点后，难度是指数上升。如此设计，其背后的目的是，在以太坊的项目周期中，在大都会版本后的下一个版本中，要转换共识，由POW变为POW、POS混合型的协议。基金会的意思可能是使得挖矿变得没意思。
难度曲线图显示，2017年10月，难度有一个大的下降，奖励也由5个变为3个。
本节主要介绍了Ethash算法，不足之处，请批评指正。
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㈤ 区块链容量瓶颈遭质疑，生态令技术突发“奇思妙想”
在当前区块链技术从成为主流应用技术的态势下，区块链系统最首要的容量瓶颈本质上受限于单台全节点的内存容量，这一点直接制约了吞吐量。而生态令就吞吐量问题，利用新技术解决区块链容量遭质疑的问题。
只要是区块链技术系统，无论使用何种共识算法机制，无论是POW、POS，还是委托权益证明，都将面临同样的问题。假设物理网络的延迟和带宽可以忽略不计，就像基于信息中心高速链路的 EOS，系统第二个瓶颈是受限的账本存储容量，本质上被单台全节点的内存容量所限制，这一点直接限制了区块网络可以承载多少个参与者地址，和多少个 DApp应用。
当前大部分主流的区块链技术系统，包括以太坊、比特币区块链、EOS等，都存在当下问题，并且更为不幸的是，这个问题也是无解的。多级缓存的信息库技术可以稍微改善一下所面临的限制，使得只有用户活跃才会受到存储容量限制，而总用户基数局限于硬盘的容量。但是这也指标不治本，难以从根本上解决这个问题。
于是，ECOL生态令技术将其关注点聚焦于吞吐量，在解决吞吐量这个短板的问题基础上，将区块所存在的容量问题暴露出。
ECOL生态令了解到共识算法其实帮不了解决性能和容量的瓶颈，便试图从标新立异的共识算法出发，提升区块链系统性能的努力。基于ECOL生态令信用体系基础，采用信用准入原则，借现有区块链账本确定性和唯一性，将各节点进行单点广播权确定和验证的系统完美协调。ECOL生态令的 POCM 共识机制规避了 POW 工作量证明的不够环保节能，有算力垄断，中化心趋向问题，解决了 POS 的权益不均问题，并处理了 DPOS 的操作效率弊病。
一般的“区块+链式”架构，所有的交易要打包到区块才生效。如果区块的容量存储小，则交易量大时，许多交易打包速度变慢，甚至有失败风险。如果区块容量存储大，则会使区块链信息迅速膨胀，普通电脑无法运行全节点，全节点的运行权则掌握在少数人手里，这将与去中心化的结果相悖。这也是比特币扩容之争的根本矛盾点。ECOL生态令没有区块这一概念，所以解决了传统区块+链式结构先天性的悖论两难问题。
总之，面临容量瓶颈，分布式技术系统设计上的巧思概念极为重要，这和共识算法有关，也和密码学有关，ECOL生态令在这一点上做得非常好
㈥ 什么是区块链扩容
扩容，是当某个容器或承载物不足以支撑或承载现有事物需求时，我们通过扩大容器的容量或承载物的体积来满足日益增长的需求，从而缓解当前容器或承载物所受压力的一种手段。
在比特币诞生之初比特币创始人中本聪并没有特意限制区块的大小，区块最大可以达到32MB，当时平均每个区块大小为1~2KB。
时比特币用户少，交易量也没有那么大，并不会造成区块拥堵，然而2013年至今随着比特币价格的直线上升，用户越来越多因此造成比特币网络拥堵，用户交易费用上升的问题逐渐涌现出来。
到现在，比特币区块链上最高时有几十万笔交易积压，比特币的平均交易费用比 2010 年 9 月上涨了 376 倍，每秒 7 笔交易的处理速度已经明显无法满足用户需求，比特币社区开始探索如何给比特币“扩容”。
通过修改比特币底层代码，从而达到提高交易处理能力的目的。
比特币扩容本身发展和设计方案有两种，即第一层和第二层扩容技术。
· 第一层扩容技术即改进区块链自身，把区块链自身变得更快、容量变得更大，总的来说就是改变区块链共识部分的内容。
· 第二层扩容技术目的是把计算移到链下，即通过侧链的技术加以解决问题。
扩容协议及结局
扩容协议一般需要矿工们的支持，大致可以分为修改区块大小、软分叉、硬分叉、隔离见证等方式。
以比特币举例：
比特币现在分裂成为大区块Bitcoin Cash(BCH)和隔离见证。隔离见证现在是市场上公认的比特币，而大区块币被冠名为比特现金。可以预见的往后的发展方向，比特币将会以链下交易为主。包括闪电网络、侧链。这两个新东西目前不成熟，但是被很多人寄予厚望的。
比特币将会大量发展隔离见证交易，并在隔离见证的基础上做更多的衍生技术。最有可能是以技术推动比特币往前发展。
比特现金将会以链上交易为主，重点发展货币功能，以降低交易摩擦为主要方式，以获利更广泛的链上用户量为主要发展方向。
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