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背景

以太幣(bi)(bi)的(de)(de)系統(tong)是(shi)使用(yong)最廣泛(fan)的(de)(de)支持完備應(ying)用(yong)開發(fa)(fa)的(de)(de)公有區塊鏈(lian)(lian)系統(tong)。與比(bi)特(te)(te)(te)幣(bi)(bi)相(xiang)比(bi)，以太幣(bi)(bi)的(de)(de)系統(tong)以太坊屬(shu)于(yu)區塊鏈(lian)(lian)2.0的(de)(de)范疇，是(shi)為了解決比(bi)特(te)(te)(te)幣(bi)(bi)網(wang)(wang)絡(luo)的(de)(de)一些(xie)問(wen)題而(er)重新設計(ji)的(de)(de)一個(ge)區塊鏈(lian)(lian)系統(tong)。比(bi)特(te)(te)(te)幣(bi)(bi)的(de)(de)設計(ji)只適合加密數(shu)字貨(huo)幣(bi)(bi)場景(jing)，不具(ju)備圖靈完備性，也缺乏保存實時狀態(tai)的(de)(de)賬戶(hu)概念(nian)，而(er)且存在 PoW 機制帶來(lai)的(de)(de)效(xiao)率和資源浪費(fei)的(de)(de)問(wen)題。比(bi)特(te)(te)(te)幣(bi)(bi)的(de)(de)區塊鏈(lian)(lian)網(wang)(wang)絡(luo)存在著(zhu)擴展(zhan)性不足的(de)(de)缺陷。隨著(zhu)比(bi)特(te)(te)(te)幣(bi)(bi)吸(xi)引(yin)越來(lai)越多(duo)開發(fa)(fa)者和技術(shu)人員(yuan)的(de)(de)注意，一些(xie)用(yong)戶(hu)嘗試(shi)使用(yong)比(bi)特(te)(te)(te)幣(bi)(bi)網(wang)(wang)絡(luo)用(yong)于(yu)其他數(shu)字貨(huo)幣(bi)(bi)或其他應(ying)用(yong)。但互聯網(wang)(wang)發(fa)(fa)展(zhan)，獨立開發(fa)(fa)出(chu)區塊鏈(lian)(lian)應(ying)用(yong)的(de)(de)難(nan)度比(bi)較大，用(yong)戶(hu)需要掌握非常多(duo)的(de)(de)軟硬件開發(fa)(fa)能力和加密算(suan)法，這使得區塊鏈(lian)(lian)的(de)(de)應(ying)用(yong)對于(yu)一些(xie)用(yong)戶(hu)來(lai)說(shuo)并(bing)沒有那(nei)么容易(yi)。

以(yi)(yi)太(tai)幣系統以(yi)(yi)太(tai)坊(fang)(fang)的(de)(de)(de)(de)出(chu)現(xian)就(jiu)是(shi)幫(bang)助用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)戶(hu)更(geng)為(wei)(wei)容易(yi)地(di)利用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)區(qu)(qu)塊(kuai)(kuai)鏈(lian)技術進行應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)設計。按照巴(ba)特(te)(te)林(lin)的(de)(de)(de)(de)說(shuo)法，以(yi)(yi)太(tai)坊(fang)(fang)的(de)(de)(de)(de)目(mu)的(de)(de)(de)(de)是(shi)創造(zao)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)更(geng)為(wei)(wei)一(yi)(yi)(yi)(yi)般化的(de)(de)(de)(de)區(qu)(qu)塊(kuai)(kuai)鏈(lian)平(ping)(ping)臺(tai)，這(zhe)一(yi)(yi)(yi)(yi)平(ping)(ping)臺(tai)可以(yi)(yi)允(yun)許用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)戶(hu)很(hen)容易(yi)創造(zao)基(ji)于(yu)區(qu)(qu)塊(kuai)(kuai)鏈(lian)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)，避免用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)戶(hu)為(wei)(wei)創建(jian)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)新的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)而不(bu)得(de)不(bu)建(jian)立(li)(li)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)區(qu)(qu)塊(kuai)(kuai)鏈(lian)。通(tong)俗地(di)講，此(ci)前(qian)的(de)(de)(de)(de)區(qu)(qu)塊(kuai)(kuai)鏈(lian)（如(ru)比特(te)(te)幣）只是(shi)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)單(dan)一(yi)(yi)(yi)(yi)的(de)(de)(de)(de)工具或最多(duo)是(shi)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)多(duo)功能(neng)的(de)(de)(de)(de)工具組(zu)合，而以(yi)(yi)太(tai)坊(fang)(fang)則是(shi)區(qu)(qu)塊(kuai)(kuai)鏈(lian)的(de)(de)(de)(de)智(zhi)能(neng)手機(ji)，用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)戶(hu)可以(yi)(yi)利用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)智(zhi)能(neng)手機(ji)建(jian)立(li)(li)他(ta)所需(xu)要的(de)(de)(de)(de)任何“應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)” 。因此(ci)巴(ba)特(te)(te)林(lin)表示，區(qu)(qu)塊(kuai)(kuai)鏈(lian)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)并不(bu)僅(jin)限于(yu)加密貨(huo)幣，它有(you)著(zhu)巨大(da)的(de)(de)(de)(de)潛力，適用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)于(yu)各(ge)行各(ge)業(ye)，能(neng)為(wei)(wei)各(ge)企業(ye)和各(ge)種規模的(de)(de)(de)(de)組(zu)織帶來(lai)顯著(zhu)好(hao)處。通(tong)過(guo)提供這(zhe)樣(yang)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)高(gao)度泛化的(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)臺(tai)，以(yi)(yi)太(tai)坊(fang)(fang)允(yun)許用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)戶(hu)在不(bu)需(xu)要創建(jian)自(zi)有(you)區(qu)(qu)塊(kuai)(kuai)鏈(lian)的(de)(de)(de)(de)同(tong)時(shi)，建(jian)立(li)(li)使(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)廣(guang)泛的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)程序。以(yi)(yi)太(tai)坊(fang)(fang)的(de)(de)(de)(de)愿(yuan)景成為(wei)(wei)“世界計算機(ji)”：用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)戶(hu)就(jiu)像使(shi)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)計算機(ji)一(yi)(yi)(yi)(yi)樣(yang)簡(jian)單(dan)快捷建(jian)立(li)(li)基(ji)于(yu)區(qu)(qu)塊(kuai)(kuai)鏈(lian)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)，享受(shou)區(qu)(qu)塊(kuai)(kuai)鏈(lian)所帶來(lai)的(de)(de)(de)(de)分散化和安全(quan)好(hao)處。這(zhe)使(shi)得(de)以(yi)(yi)太(tai)坊(fang)(fang)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)前(qian)景廣(guang)闊。理論上(shang)，以(yi)(yi)太(tai)坊(fang)(fang)是(shi)一(yi)(yi)(yi)(yi)個(ge)(ge)通(tong)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)的(de)(de)(de)(de)平(ping)(ping)臺(tai)，可以(yi)(yi)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)于(yu)各(ge)種各(ge)樣(yang)的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)，但到為(wei)(wei)止大(da)部(bu)分的(de)(de)(de)(de)應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)都(dou)與金(jin)融有(you)關。不(bu)過(guo)，除金(jin)融應(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)(ying)用(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)(yong)程序之外，任何需(xu)要信任、安全(quan)和永(yong)久存儲的(de)(de)(de)(de)環境都(dou)可能(neng)受(shou)到以(yi)(yi)太(tai)坊(fang)(fang)平(ping)(ping)臺(tai)的(de)(de)(de)(de)巨大(da)影響(xiang)，例如(ru)資產注冊、選舉、政府管理以(yi)(yi)及物聯網(wang)等(deng)。

特點

相較(jiao)于(yu)較(jiao)大(da)多數其他加密貨幣或區塊鏈技術，以太幣的特點包括下列：

編程語言

Gavin Wood寫的《以(yi)太坊黃皮書》中定義了以(yi)太虛擬(ni)機的運作流程(cheng)。智(zhi)能(neng)合約可以(yi)專門為此開發(fa)的Solidity編程(cheng)語言寫成，或是(shi)Python的一個變體Serpent，或是(shi)LLL。以(yi)太虛擬(ni)機也可以(yi)在(zai)Mutan上運行(xing)。智(zhi)能(neng)合約之后會編譯(yi)成字節碼(ma)，然(ran)后發(fa)布在(zai)以(yi)太坊區塊鍵上。

運行效率

將所(suo)有合約(yue)存在區塊(kuai)鏈上每(mei)個結點(dian)的(de)(de)作法有好有壞。主要(yao)的(de)(de)缺點(dian)是所(suo)有的(de)(de)結點(dian)都(dou)同時要(yao)運算所(suo)有的(de)(de)合約(yue)，因此速度較(jiao)慢。開發人員正研究將數據切分（Sharding）的(de)(de)技術套(tao)用至(zhi)以(yi)太坊。2016年(nian)(nian)9月 Buterin 發表了改善可擴展性(xing)的(de)(de)企畫。截至(zhi)2016年(nian)(nian)1月，以(yi)太坊每(mei)秒可以(yi)處理(li)25個交易。

區塊多樣

存在一(yi)種區(qu)(qu)塊(kuai)—叔(shu)塊(kuai)（uncle block），用(yong)于歸納那些因為(wei)(wei)速(su)度較慢而(er)未及時被(bei)收入(ru)母鏈的(de)(de)較短區(qu)(qu)塊(kuai)鏈。這個(ge)區(qu)(qu)塊(kuai)的(de)(de)產(chan)生是(shi)因為(wei)(wei)以太(tai)幣的(de)(de)區(qu)(qu)塊(kuai)時間是(shi)20秒左右，相對于比特幣，更(geng)(geng)容易(yi)出現臨時分(fen)叉。而(er)且較短的(de)(de)區(qu)(qu)塊(kuai)時間，也使得區(qu)(qu)塊(kuai)在整個(ge)網絡中更(geng)(geng)難(nan)以充(chong)分(fen)傳播，尤其是(shi)對那些網速(su)慢的(de)(de)礦工，這是(shi)一(yi)種極大的(de)(de)不公平(ping)。為(wei)(wei)了平(ping)衡各方利(li)益，設計了這樣(yang)一(yi)個(ge)叔(shu)塊(kuai)機制(zhi)。叔(shu)塊(kuai)在全部(bu)挖掘出來的(de)(de)區(qu)(qu)塊(kuai)中占的(de)(de)比例叫叔(shu)塊(kuai)率(lv)。

技術架構

智能合約層

智(zhi)能(neng)合(he)(he)約(yue)賦予(yu)賬(zhang)本可(ke)編程(cheng)的(de)(de)特性，區(qu)塊(kuai)鏈 2.0 通過虛(xu)擬機的(de)(de)方式運行代碼實現智(zhi)能(neng)合(he)(he)約(yue)的(de)(de)功能(neng)，比如以太(tai)(tai)幣的(de)(de)以太(tai)(tai)坊虛(xu)擬機（EVM）。同(tong)時，這一(yi)層通過在智(zhi)能(neng)合(he)(he)約(yue)上添加能(neng)夠與用戶交互的(de)(de)前臺界面，形成(cheng)去中心化的(de)(de)應(ying)用（DAPP）。當然(ran)，在某些技術文檔中認為(wei)DAPP 應(ying)該(gai)在智(zhi)能(neng)合(he)(he)約(yue)層之上單獨為(wei)應(ying)用層，也是(shi)有一(yi)定道理(li)(li)，只(zhi)要不(bu)影響理(li)(li)解即可(ke)。

激勵層

激(ji)勵(li)層主要實現以太(tai)(tai)幣(bi)(bi)的(de)發行(xing)和(he)分(fen)配機制，以太(tai)(tai)幣(bi)(bi)不是數字(zi)貨幣(bi)(bi)，而是定(ding)位于平臺運行(xing)的(de)燃(ran)料，運行(xing)智能合(he)約和(he)發送交(jiao)易都需要向礦(kuang)工支付一定(ding)的(de)以太(tai)(tai)幣(bi)(bi)。以太(tai)(tai)幣(bi)(bi)可以通過(guo)挖(wa)礦(kuang)獲得，礦(kuang)工每挖(wa)到一個區塊固定(ding)獎勵(li) 5 個以太(tai)(tai)幣(bi)(bi)。

共識層

共識層主要實現(xian)全(quan)網(wang)(wang)所有節點(dian)對(dui)交易(yi)和(he)(he)數據達成一致，以太坊采(cai)(cai)用(yong)(yong)兩(liang)種共識機(ji)制，初期采(cai)(cai)用(yong)(yong)工作(zuo)量證明機(ji)制（POW），待網(wang)(wang)絡中的(de)以太幣充(chong)分流(liu)通和(he)(he)分散后(hou)，改為(wei)采(cai)(cai)用(yong)(yong)交易(yi)速度更快、無(wu)資源(yuan)消(xiao)耗的(de)權(quan)(quan)益證明機(ji)制（POS），從而有效地避免了(le)純(chun) POS 機(ji)制導(dao)致的(de)初期權(quan)(quan)益分配(pei)不公平的(de)情況(kuang)。

網絡層

網(wang)絡(luo)層主要實現網(wang)絡(luo)節點(dian)的(de)連接和(he)通信，又稱“點(dian)對點(dian)技術”，是沒有中心(xin)服(fu)務(wu)器(qi)、依(yi)靠用(yong)(yong)戶(hu)群交換信息的(de)互聯網(wang)體系。與(yu)(yu)有中心(xin)服(fu)務(wu)器(qi)的(de)中央網(wang)絡(luo)系統不同，對等網(wang)絡(luo)的(de)每個用(yong)(yong)戶(hu)端既是一個節點(dian)，也有服(fu)務(wu)器(qi)的(de)功(gong)能，其具有去(qu)中心(xin)化(hua)與(yu)(yu)健壯性(xing)等特(te)點(dian)。

數據層

數(shu)(shu)(shu)據(ju)層(ceng)最底層(ceng)的技術(shu)，是一(yi)切的基礎，主要實(shi)現(xian)了兩個功(gong)能，一(yi)個是相關(guan)數(shu)(shu)(shu)據(ju)的存(cun)(cun)儲，另一(yi)個是賬(zhang)戶和(he)(he)(he)交(jiao)易的實(shi)現(xian)與安(an)全。數(shu)(shu)(shu)據(ju)存(cun)(cun)儲主要基于(yu) Merkle 樹(shu)，通過區(qu)塊的方式(shi)和(he)(he)(he)鏈式(shi)結構實(shi)現(xian)，大多以(yi) KV 數(shu)(shu)(shu)據(ju)庫的方式(shi)實(shi)現(xian)持久化，比如以(yi)太坊采用(yong) LevelDB。賬(zhang)號和(he)(he)(he)交(jiao)易的實(shi)現(xian)基于(yu)數(shu)(shu)(shu)字簽名、哈希函數(shu)(shu)(shu)和(he)(he)(he)非對稱(cheng)加密(mi)(mi)技術(shu)等多種密(mi)(mi)碼學算法和(he)(he)(he)技術(shu)，保證了交(jiao)易在去中心化的情況下能夠安(an)全地進行。