深入了解以太坊

一、关于以太坊

        2013年,V神发布以太坊白皮书,2014年7月开始以太币的预售,圈内人称这种代币发行叫做“币众筹”,通过为期42天的预售,以太坊团队通过预售60102216个以太币募集了3万多个比特币,另外还对预售之前参与开发的早起贡献者、长期从事项目研究的开发者,分别按照当时以太币发售总量的9.9%进行分配,所以以太坊正式发行时有7200多万个以太币。以太坊预售结束后,采用工作量证明机制POW进行挖矿,每年按照当时发行总量的26%奖励矿工。

        2014年10月,以太坊将区块链的出块时间从60秒缩减到了12秒,目前基本稳定在15秒。每个区块奖励5个以太币,虽然都是采用POW挖矿机制,但是以太坊的出块机制和比特币还是有区别的,由于以太坊的出块时间短,导致以太坊很容易形成孤块。孤块是指不在最长链上的区块,比特币的孤块没有任何区块奖励,但是在以太坊中,孤块可以被引用,被引用的孤块被成为“叔块”,他们打包的数据也会记录在区块链中。和比特币不一样,以太坊的叔块有奖励,每个叔块可以获得4.375个以太币的奖励。

        以太坊是一个可编程的,图灵完备的区块链开发平台,相当于一个去中心化的全球计算机。在一个编程系统之上,通常会有一些编译和执行的虚拟机来做支撑。JAVA有JVM,在以太坊里,也有以太坊的虚拟机EVM可以执行任意复杂的算法代码,开发者可以使用现有的JavaScript或者python等编程语言,在以太坊上创造出自己想要的应用。通过以太坊的虚拟机,可以很简便的发行数字资产、编写智能合约、建立和运行去中心化的应用、成立去中心自治组织等。

        以太币(ETH)又被成为以太坊内部的燃料,和币类数字资产不同,以太坊除了用于转账,还用于支付智能合约的费用。为了避免以太坊区块链上充斥垃圾合约和垃圾应用,在以太坊上建立和运行智能合约,必须用以太币(ETH)支付智能合约费用。例如:在以太坊区块链上转账A新创造的数字资产,需要用以太币(ETH)支付手续费,而不是A新创造的数字资产。

二、关于以太坊虚拟机

        以太坊是一个可编程的区块链,与比特币不同的是,比特币定位于一个应用,而以太坊定位于平台,可以在这个平台上利用智能合约做各种应用。这样,以太坊成为了多种不同类型去中心化区块链的平台,包括但不限于密码学货币。

        以太坊在狭义上表示一套协议,这套协议定义了去中心化应用的平台,它的核心是以太坊虚拟机EVM。与其他区块链系统一样,以太坊同样包括 了一个点对点(P2P)协议。以太坊区块链数据库由连接到网络的多个节点维护和更新,这个网络上的每个节点都运行EVM并且执行相同的指令。因此,以太坊也可以被称为“世界计算机”。这种在整个以太坊网络上进行大规模并行计算不是为了获得更高的效率。实际上这个过程是以太坊上的计算比在传统计算机上的要缓慢而且昂贵很多。每个以太坊节点运行EVM是为了在区块链中保持一致。去中心化一致性使得以太坊具有非常高的容错性,保证了零宕机,而且使存储在区块链上的数据永远不可改变以及无法审查。

三、以太坊是如何工作的

        以太坊包含了许多类似比特币的功能和技术,同时也做了某些修改和创新。比特币区块链纯粹是一个关于交易的列表,而以太坊的基础单元是账户。以太坊区块链跟踪每一个账号的状态,账号间的所有状态的转移都是价值和信息的转移。以太坊有2种账户类型:

  •     外部拥有的账户(EOA),被私钥控制且没有任何代码与之关联;
  •     合约账户,由它们的合同代码控制且有代码与之关联,且只能由一个EOA账户“激活”。

        对于大多数人来说,两者最基本的区别是外部账户是由人掌控--因为人能控制私钥,进而控制外部账户。而合约账户则是由合同代码控制的,只有当外部账户发出指令,合约账户才能进行相应的操作。广受欢迎的“智能合约”是合约账户中的代码,是一个交易发送到账号上执行的程序。用户可以通过部署代码到区块链中创建一个新合约。

        和比特币一样的是,每次交易,用户都需要支付一定小额的费用,用来维护网络安全、稳定。节点通过收集交易费用来验证整个网络。网络中的节点(矿工)接受、传播、验证和执行交易,然后整理归档这些交易,打包成一个区块,与别的矿工竞争将区块添加到区块链中,添加成功的矿工将收到奖励。通过这些措施,鼓励人们为全网提供更多的算力。

四、以太坊模型说明     

        以太坊区块链本质上是一个基于交易的状态机。在计算机科学中,状态机指的是读取一系列输入的内容,并根据这些输入转换到新的状态。



        在以太坊的状态机中,我们从“发生状态”开始。这类似于在网络上发生任何交易之前的空白状态。当交易执行时,这个起源状态转换到某种最终状态。在任何时候,这个最后的状态代表了以太坊的现状。

        以太坊的状态有数以百万计的交易。这些交易被分组为“块”。块包含一系列交易,并且每个块与其先前的块链接在一起。

        为了让一个状态转换成下一个状态,交易必须是有效的。为了让一个交易被认为是有效的,它必须要经过一个验证过程,此过程也就是挖矿。挖矿就是一组节点(即电脑)用它们的计算资源来创建一个包含有效交易的区块出来。

        任何在网络上宣称自己是矿工的节点都可以尝试创建和验证区块。世界各地的很多矿工都在同一时间创建和验证区块。每个矿工在提交一个区块到区块链上的时候都会提供一个数学机制的“证明”,这个证明就像一个保证:如果这个证明存在,那么这个区块一定是有效的。

        为了让一个区块添加到主链上,一个矿工必须要比其他矿工更快的提供出这个“证明”。通过矿工提供的一个数学机制的“证明”来证实每个区块的过程称之为工作量证明(proof of work)。

        证实了一个新区块的矿工都会被奖励一定价值的奖赏。奖赏是什么?以太坊使用一种内在数字代币—以太币(Ether)作为奖赏。每次矿工证明了一个新区块,那么就会产生一个新的以太币并被奖励给矿工。

        前面,我们定义了区块链就是一个具有共享状态的交易单机。拥有多个状态(或多个链)会摧毁这个系统,因为它在哪个是正确状态的问题上不可能得到统一结果。如果链分叉了,你有可能在一条链上拥有10个币,一条链上拥有20个币,另一条链上拥有40个币。在这种场景下,是没有办法确定哪个链才是最”有效的“。

        不论什么时候只要多个路径产生了,一个”分叉“就会出现。我们通常都想避免分叉,因为它们会破坏系统,强制人们去选择哪条链是他们相信的链。

        为了确定哪个路径才是最有效的以及防止多条链的产生,以太坊使用了一个叫做“GHOST协议(GHOST protocol.)”的数学机制。

        GHOST = Greedy Heaviest Observed Subtree

        简单来说,GHOST协议就是让我们必须选择一个在其上完成计算最多的路径。一个方法确定路径就是使用最近一个区块(叶子区块)的区块号,区块号代表着当前路径上总的区块数(不包含创世纪区块)。区块号越大,路径就会越长,就说明越多的挖矿算力被消耗在此路径上以达到叶子区块。使用这种推理就可以允许我们赞同当前状态的规范版本。




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