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區塊鏈學習之以太坊（七）

xiongzenghui / 1719人閱讀

摘要：基于以太坊項目，以太坊團隊目前運營了一個公開的區塊鏈平臺以太坊網絡。主要特點以太坊區塊鏈底層也是一個類似比特幣網絡的網絡平臺，智能合約運行在網絡中的以太坊虛擬機里。以太坊采用交易作為執行操作的最小單位。

以太坊將比特幣針對數字交易的功能進一步進行了拓展，面向更為復雜和靈活的應用場景，支持了智能合約這一重要特性。

以太坊項目簡介

以太坊：項目最初的目標是打造以個智能合約的平臺，該平臺支持圖靈完備的應用，按照智能合約的約定邏輯自動執行，理想情況下將不存在故障停機、審查、欺詐，以及第三方干預等問題

以太坊核心實現是基于比特幣網絡的核心思想進行了拓展，因此在很多設計特性上都與比特幣網絡十分類似。
基于以太坊項目，以太坊團隊目前運營了一個公開的區塊鏈平臺——以太坊網絡。智能合約開發者使用官方提供的工具和以太坊專用應用開發語言 Solidity,可以很容易地開發出運行在以太坊網絡上的“去中心化”應用。

主要特點

以太坊區塊鏈底層也是一個類似比特幣網絡的P2P網絡平臺，智能合約運行在網絡中的以太坊虛擬機里。網絡自身是公開可接入，任何人都可以接入并參與網絡中數據的維護，提供運行以太坊虛擬機的資源。

與比特幣項目相比，以太坊區塊鏈的技術特點主要包括：

支持圖靈完備的只能合約，設計了編程語言 Solidity 和虛擬機 EVM

選用了內存需求較高的哈希函數，避免出現強算力礦機、礦池攻擊

叔塊激勵機制，降低礦池的優勢，并減少了區塊產生間隔（10分鐘降低到15秒左右）

采用賬戶系統和世界狀態，而不是UTXO，容易支持更復雜的邏輯

支持PoW共識算法，并計劃支持效率更高的PoS算法

核心概念

基于比特幣的核心思想，以太坊提出了許多創新的技術概念：智能合約、基于賬戶的交易、以太幣和燃料

智能合約
智能合約是以太坊中最為重要的一個概念，即以計算機程序的方式來締結和運行各種合約。

智能合約作為運行在以太坊虛擬機中的應用，可以接受來自外部的交易請求和事件，通過觸發運行提前編寫好的代碼邏輯，進一步生成新的交易和事件，可以進一步調用其他智能合約。

智能合約的執行結果可能對以太坊網絡上的賬本狀態進行更新。這些修改由于經過了以太坊網絡中的共識，一旦確認后無法被偽造和篡改

賬戶
以太坊直接用賬戶來記錄系統狀態，每個賬戶存儲余額信息、智能合約代碼和內部數據存儲等。以太坊支持在不同的賬戶之間轉移數據，以實現更為復雜的邏輯。

以太坊賬戶分為兩種類型：

合約賬戶： 存儲執行的只能合約代碼，只能被外部賬戶來調用激活

外部賬戶： 以太幣擁有者賬戶，對應到某公鑰。賬戶包括 nonce、balance、storageRoot、codeHash 等字段，由個人來控制

當合約賬戶被調用時，存儲其中的智能合約會在礦工出的虛擬機中自動執行，并消耗一定的燃料。燃料通過外部賬戶中的以太幣進行購買

交易
交易在以太坊中是指從一個賬戶到另一個賬戶的消息數據。消息數據可以是以太幣或者合約執行參數。

以太坊采用交易作為執行操作的最小單位。每個交易包括如下字段：

to : 目標賬戶地址

value ： 可以指定轉移的以太幣數量

nonce : 交易相關的字串

gasPrice ： 執行交易需要消耗的 Gas價格

startgas ： 交易消耗的最大 Gas 值

signature : 簽名信息

以太幣
以太幣是以太坊網絡中的貨幣。以太幣主要用于購買燃料，支付給礦工，以維護以太坊網絡運行智能合約的費用。

燃料
燃料（Gas），控制某次交易執行指令的上限。每執行一條合約指令會消耗固定的燃料。當某個交易還未執行結束，而燃料消耗完時，合約執行終止并回滾狀態。

主要設計

為了支持更復雜的智能合約，以太坊在不少地方進行了改進，包括交易模型、共識、對攻擊的防護和可擴展性

智能合約相關設計

運行環境
以太坊采用以太坊虛擬機作為智能合約的運行壞境。以太坊虛擬機是一個隔離的輕量級虛擬機環境，運行在其中的智能合約代碼無法訪問本地網絡、文件系統或其他進程。

對同一個智能合約來說，往往需要在多個以太坊虛擬機中同時運行多份，以確保整個區塊鏈數據額一致性和高度的容錯性。但這也限制了整個網絡的容量

開發語言
以太坊為編寫智能合約設計了圖靈完備的高級編程語言。目前Solidity是常用的以太坊合約編寫語言之一。

智能合約代碼編寫完畢后，用編譯器編譯為以太坊虛擬機專用的二進制格式（EVM bytecode），右客戶端上傳到區塊鏈中，之后在礦工的以太坊虛擬機中運行

交易模型

以太坊采用了賬戶的模型，狀態可以實時地保存到賬戶里，而無需像比特幣的UTXO模型那樣去回溯整個歷史。

共識

以太坊目前采用了基于成熟的PoW共識的變種算法Ethash協議作為共識機制。為了防止ASIC礦機礦池的算力攻擊，跟原始PoW的計算密集型Hash運算不同，Ethash執行時需要消耗大量內存，反而跟計算效率關系不大。

降低攻擊

以太坊網絡在降低攻擊方面的核心設計思想仍然是通過經濟激勵機制防止少數人作惡：

所有交易都要提供交易費用，避免DDos攻擊

程序運行指令數通過Gas來限制，所消耗的費用超過設定上限時就會被取消，避免出現惡意合約

提高擴展性

可擴展性是以太坊網絡承接更多業務量的最大制約。以太坊項目未來希望通過分片機制來提高整個網絡的擴展性。
分片：是一組維護和執行同一批智能合約的節點組成的子網絡，是整個網絡的子集。

分片前，所有節點都需要處理所有的智能合約，節點的處理能力會限制網絡的最大處理能力。分片后，同一片內的合約處理是同步的，彼此達成共識，不同分片之間則可以是異步的，可以提高網絡整體的可擴展性。

總結

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