以太坊底层研究

『壹』 以太坊带来了那些争议和质疑呢

以太坊和比特币是有着本质区别的，区别在哪里呢？比特币定义的是一套货币体系，而以太坊侧重的是打造一条主链（可以理解为一条公路），可以让大量的区块链应用跑在这条公路上。

从这一点来看，以太坊的应用场景更广泛，这也是为什么我们说以太坊标志着区块链

1.0时代一个单纯的货币体系，向区块链2.0时代实现其他行业以及应用场景的转变。

但是，世界上没有十全十美的事物，以太坊虽然拓展了区块链在各行各业的应用范围，还提升了处理交易的速度，但是它也存在着一定的争议与质疑。

一、以太坊的扩展性不足的解决之道：分片技术和雷电网络

以太坊的底层设计，最大的问题是以太坊只有一条链，没有侧链，这就意味着，所有程序都要对等地跑在这条链上，消耗资源的同时，还会引发系统拥堵。正如去年非常火爆的以太坊游戏“加密猫”，这个游戏火爆的时候，一度引发以太坊网络瘫痪。

对于提升处理能力这个问题，以太坊提出两种方式：一个是分片技术（shard），一个是雷电网络，下面我们分别介绍一下这两种技术。

（一）分片技术

以太坊创始人 V 神（Vitalik Buterin）认为，诸如比特币这种主流的区块链网络，之所以处理交易的速度很慢，是因为每一个矿工要处理全网的每一笔交易，这样的效率其实是非常低下的。分片技术的构想是：一笔交易不必发动全网所有节点都去处理，只要让网络中的一部分节点（矿工）处理就好了。于是，以太坊网络被划分成很多片，同一时间，每一分片都可以处理不同的交易，这样一来，会大大提升网络性能。

但是，分片技术也是有一定争议的。我们知道，区块链技术的重要思想是去中心化，全网都去见证（处理）同一交易，这才具有最高的权威性。而以太坊分片技术，并不是所有节点共同见证，而是类似于分小组见证，这样一来，它便失去了绝对的“去中心化”属性，只能通过牺牲掉一定的去中心化特性来达到高性能的目的。

（二）雷电网络

雷电网络使用的是链下交易的方式。这是什么意思呢？它的意思是：使用雷电网络的参与者在互相转账时，不需要通过以太坊主链交易确认，而是通过参与者之间创建支付通道，在链下完成。

不过，雷电网络并不是脱离主链的，在建立支付通道之前，需要先用主链上的资产做抵押，生成余额证明（Balance Proof），拥有余额证明才能表明你能做出相应余额的转账。在交易双方都持有余额证明的情况下，双方可通过支付通道在链下进行无限制次数的转账。

只有在完成链下交易，需要将资产转回链上时，才会在以太坊主链上登记主链账户的余额变化信息，而这期间不管发生多少次交易在主链上是不会有记录的。

雷电网络还有一个实实在在的好处，就是可以为你省下矿工费用。目前我们在以太坊主链上进行交易，需要消耗 Gas，需要支付矿工费用，那么一旦将交易搬到链下，就可以节省这一部分的成本。

当然，雷电网络并不是十全十美的。在使用雷电网络时需要用主链上的资产作抵押；而这部分资产作为抵押物，在使用者完成链下交易之前是不能使用的。这也就决定了，雷电交易只适合小额交易。

上面就是以太坊扩展性不足的问题，以及目前提出的两个主要解决方案：分片技术和雷电网络。

二、以太坊的智能合约存在漏洞与臭名昭著的 The Dao 事件

以太坊的智能合约很强大，但是，凡是代码都会存在漏洞的，以太坊智能合约最大的争议就在于所谓的漏洞，也就是安全性问题。据相关研究表明，在基于以太坊的近100万个智能合约上，发现有34200(约3%)个含有安全漏洞，将允许黑客窃取ETH、冻结资产或删除合约，比如说，臭名昭著的The Dao 事件。

（一）Dao是什么意思？

介绍 The Dao 事件之前， 我们先见到介绍一下 DAO 是什么。DAO 是 Decentralized

Autonomous Organization 的简称，可以理解为：去中心化自治组织。从以太坊的角度来理解，DAO 是区块链上的某一类合约，或者一个合约组合，用来代替政府的审查以及复杂等中间程序，从而实现高效的、去中心化的信任的系统。所以，DAO 不是特定的某个组织，也就说呢，可以有很多的DAO，各种各样的DAO。

（二）臭名昭著的The Dao事件

但是，我们现在提到DAO，基本上所指的都是The DAO事件，也就是我们刚刚说的那个臭名昭著的黑客攻击事件。我们知道，英文中的 The是特指的意思，The DAO事件呢就

是特指的那个DAO事件，因为我们刚刚说了DAO不是特定的某个组织，可以有很多的DAO，各种各样的DAO。

2016 年的时候，德国一家专注“智能锁”的公司 Slock.it，为了实现去中心化的实物交换（比如说：公寓啊，船只啊），在以太坊上发布了 DAO项目。并且于2016年4月

30日开始，融资窗口开放了28天。

没想到，这个DAO项目的人气非常高，短短半个月就筹得了超过一亿美元，而到整个融资期结束，一共筹集到1.5亿美元，由此呢，它成为历史上最大的众筹项目。然而好景不长，到了6月份，黑客利用智能合约里面的漏洞，成功转移了超过360万个以太币，并投入到一个DAO子组织中，这个组织和The DAO有着同样的结构。以至于当时以太币价格从20多美元直接跌破13美元。

这个事件说明智能合约的确是有漏洞的，而且一旦漏洞被黑客利用，那么后果是非常严重的。这就是现在很多人批评以太坊，说它的智能合约不智能。

对于这个问题，目前国外有很多公司为了解决智能合约的漏洞问题 ，开始提供代码审计服务。而从技术的角度来说，目前一些团队正在对智能合约进行检验，这些团队多数由哈佛、斯坦福和耶鲁的教授带队，部分团队已经获得了头部机构的投资。

除了目前以太坊存在的扩展性不足、智能合约漏洞问题，对于以太坊的争议还在于它所追求的POS共识机制，也就是权益证明机制，在权益证明机制下，如果说谁持币的数量越大、持币时间越久，获得的“权益”（利息）就越多，还有机会得到记账权力，记账又可以获得奖励，那么这样一来，容易造成“强者越强”的寡头优势。

还有一个问题就是ICO乱象的问题。ICO是区块链项目筹措资金的常用方式，咱们可以理解为预售。以太坊上ICO项目的爆发，滋生了打着ICO旗号进行资金盘、诈骗圈钱等不法行为，对社会和金融稳定造成安全隐患。

『贰』 HLC为什么要用DAG作为底层技术相比其他以太坊和比特币底层技术，其优势是什么

因为DAG在去中心化和可扩展性等方面可以找到一个好的平衡呀，这也遵循了传统的区块链价值观。

『叁』 以太坊生态经过了怎样的演变

在ETH2.0到来之前，以太坊目前面临两个主要问题：一个是网络拥塞，另一个是gas费过高。 如果新近发布的EIP-1559提案能够顺利通过，将有效解决gas费过高的问题，Layer2扩建计划也急于选择和改进。 目前，以太坊生态系统承载着整个DeFi的大部分资金和资源。 从短期到中期来看，这一立场很难动摇。 将来，数字资产将在第1层和第2层之间来回切换并相互通信，这很可能会存在很长时间。

ETH生态系统的发展取决于完全实施ETH2.0功能时带给整个行业的基础创新。 如果整个区块链世界足够繁荣，那么第2层的流量总和可能会超过第1层，从第1层迁移到第2层的资金可能会超过总资金的一半。

未来以太坊的生态发展将更加复杂。 从layer1的角度来看，ETH2.0将成为一条新的主链，它将通过POS和分片来提高效率并降低气体成本。 ETH2.0的信任开始需要ETH1.0的认可，并且ETH1.0将继续存在。 第2层和第1层的扩展将共存。

在过去的一段时间中，Defi和NFT项目的普及导致gas费上涨，交易业绩无法满足需求。 另一方面，第1层解决方案（如ETH2.0）的实施已被延迟，因此Layer2的期望值急剧上升。 现在就下一个计划将成为主导的结论尚为时过早。

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『肆』 以太坊区块链ETH目前存在哪些问题

以太坊区块链目前暴露出三大问题，长时间以来其创始人Vitalik Buterin一直无力解读。第一是以太坊区块链整体很低的性能和TPS；第二是资源不隔离，CryptoKitties虚拟猫咪的事件，一度占据了整个以太坊 20% 的流量，直接造成以太坊网络用户无法展开及时的交易，就是资源不隔离最大的痛点；第三个问题在于以太坊治理结构的体现，区块链作为去中心化的分布式账本，以太坊过去以来，创始人团队主导了其网络发展，过于中心化的治理模式，让目前的以太坊出现了ETH、ETC、ETF等分叉，以太坊社区目前进入四分五裂的治理状态。而以太坊网络目前出现的各种弊病，在「aelf」创始人与CEO马昊伯看来，这是无法接受的。于是，「aelf」定位，就是为对标以太坊的下一代去中心化底层计算平台，重点解决目前以太坊存在的性能不足、资源不隔离、治理结构三方面的问题而诞生的。

『伍』 可不可以通俗点解释一下以太坊

以太坊其实并不是某种货币，是一种去中心化的智能协议。可以将其理解为一个硕大的全球通用的账本。这种智能协议的逻辑，在执行上并不需要特定的服务器支撑他的日常运行，取而代之的是各个散落的用户间自动执行者在进入之前给定的协议条款。这算是一种去中心化演化而来的应用。
与比特币作对比后我们可以发现，以太坊建立一种新式的加密技术，对于其的程序开发难度与比特币相比要更为简单。这一突破对于应用区块链技术的开发者来说，大大的减轻了开发成本，和开发时间。以太坊的出现再一次的重申了拆分中心化的必要性，以及将去中心化分布式应用的可行性与优势，给现有的经济市场，金融界一个发展的全新方向和抛给社会一个全新的创业理念与机遇。

『陆』 以太坊架构是怎么样的

以太坊最上层的是DApp。它通过Web3.js和智能合约层进行交换。所有的智能合约都运行在EVM（以太坊虚拟机）上，并会用到RPC的调用。在EVM和RPC下面是以太坊的四大核心内容，包括：blockChain, 共识算法，挖矿以及网络层。除了DApp外，其他的所有部分都在以太坊的客户端里，目前最流行的以太坊客户端就是Geth（Go-Ethereum）

『柒』 为什么要用DAG作为底层技术相比别的以太坊和比特币底层技术，其优势是什么

DAG区块链与传统区块链工作机制不同之处在于，后者需要矿工完成工作量证明(PoW)来执行每一笔交易，而DAG区块链能摆脱区块链的限制来完成这样的操作。相反的是，在DAG区块链中一笔交易接着另外一笔，这意味着一笔交易能够对下一笔交易提供证明，由此一直排序下去。这些交易之间的连接就是DAG，就像区块通过哈希值来向整条区块链提供它们的名字一样。

在传统块链式区块链中，每笔交易要花费不少时间，而对于DAG区块链来说，交易时间将变得微不足道

『捌』 以太坊能量币是传销吗

以太坊能量币不是传销。

以太坊是一个开源的有智能合约功能的公共区块链平台。通过其专用加密货币以太币提供去中心化的虚拟机（称为“以太虚拟机”Ethereum Virtual Machine）来处理点对点合约。

2013年，19岁的Vitalik Buterin在一本主题为“以太坊白皮书：下一代智能连接与去中心化应用平台”的书中首次提到了以太币的构想。随后在2014年，以太币的算法及协议正式落地，并募集了1.5亿美元，系统本身于2015年7月30日最终完成。

作为区块链2.0代表，主流币种以太币被视作加密数字货币市场风向标。不过，最近一周来，以太币价格持续下跌。2018年08月14日，以太币暴跌20%，最低触到257美元，创今年来历史新低。相较于今年最高点1295美元，以太币价格缩水逾八成。受其影响，2018年08月15日数字货币市场排名前十的主流币种无一幸免，全线下跌，多个单日跌幅超10%。

(8)以太坊底层研究扩展阅读

以太坊差不多在2013年开始规划，到2015年项目开始落地。在此之前，市场上有不少模仿比特币的数字货币，他们在比特币代码的基础上，做的各种修改。这样要开发一个新的区块链应用，要重新部署一个新链，再在这个链上开发应用，开发的难度非常大，单单使用一个POW的共识机制，就是个巨大的维护工作量。这就好比要在手机上开发一个APP，要把安卓系统一起开发出来。

以太坊出来以后，就相当于区块链的底层操作系统，在以太坊上，可以很方便的开发各种DAPP，不用考虑底层的开发，而且还可以共享以太坊的算力和存储。这对程序员来说，瞬间降低了区块链的开发门槛，以太坊的出现，对区块链应用的开发普及起到了非常大的作用。这也是以太坊被称为区块链2.0的原因。

『玖』 以太坊是如何挖矿的

以太坊的代币是通过采矿过程中产生的，每块采矿率为 5 个以太币。以太坊的采矿过程几乎与比特币相同，对于每一笔交易，矿工都可以使用计算机通过散列函数运行该块的唯一标题元数据，反复，快速地猜出答案，直到其中一人获胜。

许多新用户认为，采矿的唯一目的是以不需要中央发行人的方式生成醚（参见我们的指南“ 什么是以太？ ”）。这是真的。以太坊的代币是通过采矿过程中产生的，每块采矿率为 5 个以太币。但是，采矿还有至少同样重要的作用。通常，银行负责保持交易的准确记录。他们确保资金不是凭空创造的，用户不会多次欺骗和花钱。不过，区块链引入了一种全新的记录保存方式，整个网络而不是中介，验证交易并将其添加到公共分类账。

Ethereum Mining

尽管“无信任”或“信任最小化”货币体系是目标，但仍有人需要确保财务记录的安全，确保没有人作弊。采矿是使分散记录成为可能的创新之一。矿工们在防止欺诈行为（特别是醚的双重支出）方面达成了关于交易历史的共识 – 这是一个有趣的问题，在分散化的货币未在工作区块链之前解决。虽然以太坊正在研究其他方法来就交易的有效性达成共识，但采矿目前将平台保持在一起。

挖矿如何工作
今天，以太坊的采矿过程几乎与比特币相同。对于每一笔交易，矿工都可以使用计算机反复，快速地猜出答案，直到其中一人获胜。更具体地说，矿工将通过散列函数（它将返回一个固定长度，乱序的数字和字母串，它看起来是随机的）运行该块的唯一标题元数据（包括时间戳和软件版本），只改变’nonce 值’ ，这会影响结果散列值。

如果矿工发现与当前目标相匹配的散列，矿工将被授予乙醚并在整个网络上广播该块，以便每个节点验证并添加到他们自己的分类账副本中。如果矿工 B 找到散列，矿工 A 将停止对当前块的工作，并为下一个块重复该过程。矿工很难在这场比赛中作弊。没有办法伪造这项工作，并拿出正确的谜题答案。这就是为什么解谜方法被称为“工作证明”。

另一方面，其他人几乎没有时间验证散列值是否正确，这正是每个节点所做的。大约每 12-15 秒，一名矿工发现一块石块。如果矿工开始比这更快或更慢地解决谜题，算法会自动重新调整问题的难度，以便矿工回弹到大约 12 秒钟的解决时间。

矿工们随机赚取这些乙醚，他们的盈利能力取决于运气和他们投入的计算能力。以太坊使用的具体工作量验证算法被称为’ethash’，旨在需要更多的内存，使得使用昂贵的 ASIC 难以开采 – 特殊的采矿芯片，现在是唯一可以盈利的比特币开采方式。

从某种意义上讲，ethash 可能已经成功实现了这一目的，因为专用 ASIC 不可用于以太坊（至少目前还没有）。此外，由于以太坊旨在从工作证明挖掘转变为“股权证明”（我们将在下面讨论），购买 ASIC 可能不是一个明智的选择，因为它可能无法长久证明有用。

转移到股权证明
不过，以太坊可能永远不需要矿工。开发人员计划放弃工作证明，即网络当前使用的算法来确定哪些交易是有效的，并保护其免受篡改，以支持股权证明，网络由代币所有者担保。如果并且当该算法推出时，股权证明可以成为实现分布式共识的一种手段，而该共识使用更少的资源。

『拾』 以太坊存在的问题

1．扩展性不足：

以太坊社区的主要开发人员和研究人员始终认为区块链技术要实现大规模采用，可扩展性是区块链应用程序需要解决的唯一最重要的关键。

以太坊的底层设计，最大的问题是以太坊只有一条链，没有侧链，它把所有的程序对等的跑在全球所有节点的矿机上。这样一个很耗资源的程序，会导致问题越来越严重。

2．合约程序漏洞，无法抵御DDOS攻击

据相关研究表明，在基于以太坊的近100万个智能合约上，发现有34,200(约3%)个含有安全漏洞，将允许黑客窃取ETH、冻结资产或删除合约。这几年，以太坊面对合约程序漏洞和DDOS攻击的问题，也一直无法找到很好的解决办法。（更好用的数字货币交易平台“币汇”）

3.对于ICO泡沫和项目方砸盘

目前的ETH下跌，很大程度上来自于项目方的砸盘套现，这个问题可以在ICO代币融资上进行规则限制，不能像现在这样毫无成本的就能发一个币，而且还没有任何监督惩罚机制。任何事情都需要有一套合理的演进规则，大家按规则办事，所谓无规矩不成方圆。在规则的基础上，各类ICO项目有效监督，有序进出，才是一个正常的市场，这样才可能维系着代币生态的持续、稳定发展。

4.智能合约费用过高

在以太坊上现在还是POW的挖矿模式，交易是有手续费的，用来激励矿工来处理交易和保护网络，不同的是以太坊是以“gas”的形式来收费的。

在以太坊协议中规定，交易手续费=Gas 数量 x Gas 价格，其中 Gas 数量由智能合约的复杂程度决定，而 Gas 价格则由合约发起人决定。这对开发者和用户意味着什么呢？虽然读取本地区块链是免费的，但写入和运算是花钱的，储存更是尤其昂贵，因为任何写入的信息都会被永久的储存着。

5．社区对共识协议改变的分歧

以太坊计划实现将 POW 机制改为 POW/POS 混合共识机制。但这个涉及到技术开发和矿工双方能否达到利益共识的问题了。如果协议发生了变化，社区意见不合时，就会导致分叉，大家各自玩各自的。