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區(qū)塊鏈學(xué)習(xí)之以太坊（七）

xiongzenghui / 1897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(qū)塊鏈平臺以太坊網(wǎng)絡(luò)。主要特點以太坊區(qū)塊鏈底層也是一個類似比特幣網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)平臺，智能合約運行在網(wǎng)絡(luò)中的以太坊虛擬機里。以太坊采用交易作為執(zhí)行操作的最小單位。

以太坊將比特幣針對數(shù)字交易的功能進一步進行了拓展，面向更為復(fù)雜和靈活的應(yīng)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(yīng)用，按照智能合約的約定邏輯自動執(zhí)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(yù)等問題

以太坊核心實現(xiàn)是基于比特幣網(wǎng)絡(luò)的核心思想進行了拓展，因此在很多設(shè)計特性上都與比特幣網(wǎng)絡(luò)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(qū)塊鏈平臺——以太坊網(wǎng)絡(luò)。智能合約開發(fā)者使用官方提供的工具和以太坊專用應(yīng)用開發(fā)語言 Solidity,可以很容易地開發(fā)出運行在以太坊網(wǎng)絡(luò)上的“去中心化”應(yīng)用。

主要特點

以太坊區(qū)塊鏈底層也是一個類似比特幣網(wǎng)絡(luò)的P2P網(wǎng)絡(luò)平臺，智能合約運行在網(wǎng)絡(luò)中的以太坊虛擬機里。網(wǎng)絡(luò)自身是公開可接入，任何人都可以接入并參與網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)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(qū)塊鏈的技術(shù)特點主要包括：

支持圖靈完備的只能合約，設(shè)計了編程語言 Solidity 和虛擬機 EVM

選用了內(nèi)存需求較高的哈希函數(shù)，避免出現(xiàn)強算力礦機、礦池攻擊

叔塊激勵機制，降低礦池的優(yōu)勢，并減少了區(qū)塊產(chǎn)生間隔（10分鐘降低到15秒左右）

采用賬戶系統(tǒng)和世界狀態(tài)，而不是UTXO，容易支持更復(fù)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(chuàng)新的技術(shù)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(jié)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(yīng)用，可以接受來自外部的交易請求和事件，通過觸發(fā)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(diào)用其他智能合約。

智能合約的執(zhí)行結(jié)果可能對以太坊網(wǎng)絡(luò)上的賬本狀態(tài)進行更新。這些修改由于經(jīng)過了以太坊網(wǎng)絡(luò)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(tǒng)狀態(tài)，每個賬戶存儲余額信息、智能合約代碼和內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲等。以太坊支持在不同的賬戶之間轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)更為復(fù)雜的邏輯。

以太坊賬戶分為兩種類型：

合約賬戶： 存儲執(zhí)行的只能合約代碼，只能被外部賬戶來調(diào)用激活

外部賬戶： 以太幣擁有者賬戶，對應(yīng)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(diào)用時，存儲其中的智能合約會在礦工出的虛擬機中自動執(zhí)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(shù)據(jù)。消息數(shù)據(jù)可以是以太幣或者合約執(zhí)行參數(shù)。

以太坊采用交易作為執(zhí)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(zhuǎn)移的以太幣數(shù)量

nonce : 交易相關(guān)的字串

gasPrice ： 執(zhí)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(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)運行智能合約的費用。

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

主要設(shè)計

為了支持更復(fù)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(guān)設(shè)計

運行環(huán)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(huán)境，運行在其中的智能合約代碼無法訪問本地網(wǎng)絡(luò)、文件系統(tǒng)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(qū)塊鏈數(shù)據(jù)額一致性和高度的容錯性。但這也限制了整個網(wǎng)絡(luò)的容量

開發(fā)語言
以太坊為編寫智能合約設(shè)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(qū)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(tài)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(xié)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(zhí)行時需要消耗大量內(nèi)存，反而跟計算效率關(guān)系不大。

降低攻擊

以太坊網(wǎng)絡(luò)在降低攻擊方面的核心設(shè)計思想仍然是通過經(jīng)濟激勵機制防止少數(shù)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(shù)通過Gas來限制，所消耗的費用超過設(shè)定上限時就會被取消，避免出現(xiàn)惡意合約

提高擴展性

可擴展性是以太坊網(wǎng)絡(luò)承接更多業(yè)務(wù)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(wǎng)絡(luò)的擴展性。
分片：是一組維護和執(zhí)行同一批智能合約的節(jié)點組成的子網(wǎng)絡(luò)，是整個網(wǎng)絡(luò)的子集。

分片前，所有節(jié)點都需要處理所有的智能合約，節(jié)點的處理能力會限制網(wǎng)絡(luò)的最大處理能力。分片后，同一片內(nèi)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(wǎng)絡(luò)整體的可擴展性。

總結(jié)

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