引言

以太坊的概念建立區(qū)塊鏈和密碼學(xué)貨幣之上，不熟悉區(qū)塊鏈和比特幣的讀者可以先去看看《比特幣的簡(jiǎn)介》和《區(qū)塊鏈技術(shù)的簡(jiǎn)介》。本文假定讀者對(duì)比特幣的運(yùn)行已有一定了解。

以太坊是什么喲？

以太坊是運(yùn)行在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上的軟件，使數(shù)據(jù)和一些叫智能合約程序，在沒(méi)有中央?yún)f(xié)調(diào)者的情況下，也可以在網(wǎng)絡(luò)中復(fù)制與處理。以太坊的愿景是創(chuàng)造一種不會(huì)停機(jī)的、抗審查的、能自我維持的去中心化世界計(jì)算機(jī)。

比特幣在世界范圍內(nèi)無(wú)數(shù)計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)了交易數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，復(fù)制和存儲(chǔ)（因此也有人稱之為 “分布式賬本”）。而以太坊則把比特幣中區(qū)塊鏈的概念加以擴(kuò)展，更進(jìn)一步，希望在世界各地的無(wú)數(shù)計(jì)算機(jī)上同等無(wú)偏地運(yùn)行計(jì)算機(jī)代碼。

比特幣實(shí)現(xiàn)了分布式的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，以太坊則用同樣的方式實(shí)現(xiàn)了分布式的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和計(jì)算。（從整體來(lái)看），以太坊就像一臺(tái)計(jì)算機(jī)，而上面運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序我們叫做 “智能合約”。（從實(shí)際上來(lái)說(shuō)），一個(gè)網(wǎng)絡(luò)參與者乃是在他的電腦上用一種叫 “以太坊虛擬機(jī)” 的操作系統(tǒng)運(yùn)行這些程序（“智能合約”）。

編者注：這樣說(shuō)更順一點(diǎn)：有無(wú)數(shù)人在自己的計(jì)算機(jī)上運(yùn)行以太坊客戶端軟件，這些電腦之間會(huì)相互通信、傳遞數(shù)據(jù)。只要這些數(shù)據(jù)符合一定的規(guī)則（“以太坊共識(shí)規(guī)則”），客戶端軟件就會(huì)按照一些規(guī)則來(lái)使用這些數(shù)據(jù)，具體來(lái)說(shuō)，就是用這些數(shù)據(jù)在 EVM（“以太坊虛擬機(jī)”）（相當(dāng)于 Windows 或者 Android）中運(yùn)行一些程序（“智能合約”），然后得出結(jié)果。有趣的是，只要大家都遵守同樣的規(guī)則并相互通信，無(wú)數(shù)節(jié)點(diǎn)得到的結(jié)果都是一樣的（“共識(shí)”）（但達(dá)成共識(shí)一般需要時(shí)間，不是瞬時(shí)達(dá)成的）。

可以參照下圖來(lái)理解：

（最下面一層是相互通信，中間一層是對(duì)這些數(shù)據(jù)達(dá)成共識(shí)，最上面一層是用這些數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用程序的運(yùn)行）

此外，這個(gè)過(guò)程還跟一個(gè)非常有意思的概念有關(guān)：“可信任計(jì)算”，指的是計(jì)算過(guò)程的可信任性。感興趣的可以看《可信任計(jì)算的黎明》。

怎么 “運(yùn)行” 以太坊呢？

你可以下載以太坊客戶端（Ethereum client）軟件。當(dāng)然咯，如果你有足夠的耐心，也可以自己寫(xiě)一個(gè)。類似于 BitTorrent 和 Bitcoin 這類軟件，以太坊客戶端會(huì)在互聯(lián)網(wǎng)中把你和其他使用相同客戶端軟件的人連接起來(lái)，這樣一來(lái)，你就可以從他們那下載以太坊的區(qū)塊鏈了。以太坊客戶端軟件還將獨(dú)立地驗(yàn)證收到的每個(gè)區(qū)塊是否符合以太坊的規(guī)則。

以太坊客戶端軟件可以用于：

· 連接以太坊的網(wǎng)絡(luò)

· 探索以太坊的區(qū)塊鏈

· 創(chuàng)建新的交易和智能合約

· 運(yùn)行智能合約

· 挖掘新區(qū)塊

編者注：所謂的 “區(qū)塊鏈” 即是一系列的交易數(shù)據(jù)，這些交易是網(wǎng)絡(luò)中所有計(jì)算機(jī)都確認(rèn)過(guò)符合（當(dāng)時(shí)的）規(guī)則并且執(zhí)行過(guò)的（“交易” 主要是指密碼學(xué)貨幣的轉(zhuǎn)賬）。而 “挖掘新區(qū)塊” 的意思就是試圖把一些數(shù)據(jù)傳播出去讓其它計(jì)算機(jī)也來(lái)執(zhí)行，之所以叫 “區(qū)塊” 是因?yàn)檫@時(shí)候這些交易是打包成一個(gè)數(shù)據(jù)塊來(lái)傳播的（別的時(shí)候，交易數(shù)據(jù)也可以獨(dú)立傳播）。

而平時(shí)我們說(shuō)的 “區(qū)塊鏈”，指的是一套讓上述系統(tǒng)（所有計(jì)算機(jī)都保存并且執(zhí)行了同樣的交易數(shù)據(jù)）得以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)（計(jì)算機(jī)交互協(xié)議）。

如此，你的計(jì)算機(jī)就化身為網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，運(yùn)作著 “以太坊虛擬機(jī)” ，并且與所有其他節(jié)點(diǎn)行為一致。在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)上，不存在主服務(wù)器，任何電腦都有平等的權(quán)力和地位。

編者注：截至 2019 年 5 月，保存了完整以太坊區(qū)塊鏈的節(jié)點(diǎn)（也稱為 “全節(jié)點(diǎn)”），即上文所說(shuō)的 “無(wú)數(shù)”，約為 6000 個(gè)。因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)是開(kāi)放的，節(jié)點(diǎn)的數(shù)量也會(huì)不斷變化。

至 2019 年 10 月，以太坊全節(jié)點(diǎn)數(shù)量上升到約 7700 個(gè)。

以太坊和比特幣的相似之處

認(rèn)為理解以太坊最簡(jiǎn)單的方法是對(duì)比以太坊和比特幣（一個(gè)更簡(jiǎn)潔的系統(tǒng)）的相同點(diǎn)與不同點(diǎn)。事不宜遲，我們先說(shuō)相同點(diǎn)。

以太坊也會(huì)形成一條區(qū)塊鏈

像比特幣一樣，以太坊也會(huì)形成一條區(qū)塊鏈，區(qū)塊鏈包含著數(shù)據(jù)塊（交易數(shù)據(jù)和智能合約代碼）。某些參與者創(chuàng)建和挖出區(qū)塊后，就分發(fā)給其他參與者去驗(yàn)證（這個(gè)區(qū)塊的合規(guī)則性）。

要了解以太坊區(qū)塊鏈都記錄了什么信息，請(qǐng)看這個(gè) “區(qū)塊瀏覽器”：https://etherscan.io

每個(gè)區(qū)塊都要引用前一個(gè)區(qū)塊的哈希或者說(shuō) “數(shù)字指紋”，這樣區(qū)塊就會(huì)前后相接形成一條鏈。想了解更多區(qū)塊鏈技術(shù)的詳細(xì)介紹，請(qǐng)參閱：《區(qū)塊鏈技術(shù)的簡(jiǎn)介》

編者注：如上所述，參與者可以把一些數(shù)據(jù)組織成一個(gè) “區(qū)塊” 來(lái)傳播，其它節(jié)點(diǎn)收到區(qū)塊后會(huì)先驗(yàn)證這個(gè)區(qū)塊符不符合我們預(yù)先確定的規(guī)則，符合就執(zhí)行區(qū)塊中的交易，不符合就會(huì)拒絕該區(qū)塊：不執(zhí)行其中的交易，也不再傳播該區(qū)塊。

關(guān)于 “哈希值”，簡(jiǎn)單理解就是一個(gè)函數(shù)的結(jié)果，相同的數(shù)據(jù)輸進(jìn)函數(shù)得到的結(jié)果一定相同，不同的數(shù)據(jù)輸進(jìn)函數(shù)得到的結(jié)果幾乎可以說(shuō)一定不同（相同的概率極低），因此可以用哈希值來(lái)標(biāo)示。請(qǐng)看《Emoji 表情帶你秒懂哈希函數(shù)》

以太坊是無(wú)需許可的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)

像比特幣一樣，以太坊主網(wǎng)是開(kāi)放且無(wú)需許可的。任何人都可以通過(guò)下載的或者自己寫(xiě)的軟件來(lái)連接網(wǎng)絡(luò)，無(wú)需登錄某個(gè)網(wǎng)站、無(wú)需向任何人報(bào)備，即可開(kāi)始創(chuàng)建交易和智能合約、驗(yàn)證交易乃至挖礦（挖掘區(qū)塊）。

一般而言，人們但凡談到以太坊，指的都是這個(gè)無(wú)需許可的開(kāi)放式版本。但是，和比特幣一樣，有了以太坊客戶端軟件后，你只需稍微追加一些設(shè)置，就可以建立與公共網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立的私有網(wǎng)絡(luò)。不過(guò)，目前私有網(wǎng)絡(luò)中的代幣和智能合約還不能與公共代幣兼容。

想了解更多關(guān)于無(wú)需許可的開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)和私有權(quán)限網(wǎng)絡(luò)之間的差別，請(qǐng)閱讀：《不同類型的 “區(qū)塊鏈”》

以太坊用工作量證明（PoW）挖礦

和比特幣一樣，以太坊礦工在創(chuàng)建有效區(qū)塊時(shí)需要求出一類數(shù)學(xué)難題的一個(gè)解，求解過(guò)程無(wú)章法可言，因此必須投入大量電力用計(jì)算機(jī)不斷運(yùn)算。

以太坊的工作量證明數(shù)學(xué)難題被稱為 “Ethash”，它和比特幣的 PoW 算法稍有不同。人們使用常見(jiàn)的硬件也可以參與 Ethash 挖礦。在比特幣挖礦活動(dòng)中，專用硬件（ASIC）十分常見(jiàn)，而以太坊的 Ethash 則在設(shè)計(jì)上削減了專用硬件的效率優(yōu)勢(shì)。

編者注：具體而言，在 PoW 系統(tǒng)中，當(dāng)挖礦者把交易打包之后會(huì)形成一個(gè)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（“區(qū)塊頭”）（交易不同則這部分結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)自然不同），區(qū)塊頭中還有一些別的數(shù)據(jù)，比如創(chuàng)建區(qū)塊時(shí)的時(shí)間戳、父區(qū)塊的哈希值，等等。而區(qū)塊合規(guī)則性的要求就是區(qū)塊頭的哈希值（作為一個(gè)數(shù)值）符合一定的要求（“難度要求”）（比如比特幣協(xié)議的難度要求是哈希值開(kāi)頭的 “0” 達(dá)到一定數(shù)量）。但是，如上所言，確定數(shù)據(jù)的哈希值是確定的，沒(méi)有什么能保證僅憑上述數(shù)據(jù)可以產(chǎn)生一個(gè)符合要求的哈希值，因此出塊者要不斷改動(dòng)其中一個(gè)沒(méi)有特殊意義的數(shù)據(jù)（“區(qū)塊 nonce”），直至區(qū)塊頭的哈希值符合難度要求（否則即使傳播出去了，其它節(jié)點(diǎn)也不會(huì)接受這個(gè)區(qū)塊）。

在以太坊的路線圖上，有一個(gè)叫 Casper 的協(xié)議計(jì)劃，它一改耗電的工作量證明，搖身變?yōu)楦?jié)能的權(quán)益證明，會(huì)在以太坊未來(lái)的 “寧?kù)o（Serenity）” 版本中發(fā)布。

編者注：所謂權(quán)益證明（PoS），即是用參與者在一個(gè)資金池中的資金比重來(lái)確定 TA 的出塊概率，參與者之間不再比拼誰(shuí)先算出符合難度的哈希值，自然也就不需要投入大量電力來(lái)計(jì)算了。

自 2014 年來(lái)，以太坊核心開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)就一直在研究權(quán)益證明共識(shí)機(jī)制。截至此時(shí)（2019 年 5 月），在以太坊主網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)的權(quán)益證明方案 Casper 已基本敲定，有望于 2020 年第一季度完成部署，翻開(kāi)以太坊的全新篇章。

以太坊有一種內(nèi)置的密碼學(xué)貨幣

以太坊的代幣叫 Ether，英文縮寫(xiě)為 ETH。現(xiàn)在的市場(chǎng)已經(jīng)接受拿 ETH 與其它密碼學(xué)貨幣和主權(quán)貨幣相交換，就像接受 BTC 一樣。ETH 當(dāng)前價(jià)值約為 13 美元/ETH（2016 年 10 月）。與比特幣類似，以太坊代幣的所有權(quán)也記錄在以太坊區(qū)塊鏈上，雖然技術(shù)層面上嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，記錄的方式稍有不同。

編者注：這里的重點(diǎn)是，內(nèi)置的密碼學(xué)貨幣是隨著區(qū)塊的挖出而發(fā)放的：每出一個(gè)塊，就把（預(yù)先確定好）一定數(shù)量的密碼學(xué)貨幣發(fā)放給挖出區(qū)塊的人（“礦工”）。

上文提到很多次的 “交易”，在比特幣區(qū)塊鏈上主要是指比特幣的轉(zhuǎn)賬交易，而在以太坊上則更為多樣，主要包括 ETH 的轉(zhuǎn)賬、用戶與智能合約的交互、以及智能合約所發(fā)行代幣的轉(zhuǎn)移。

自原文成章以來(lái)，ETH 的價(jià)格已經(jīng)從 13 美元（約 87 元）開(kāi)始一路上漲，最高曾到達(dá) 1347 美元的高位（約 9000 元）（2018 年 1 月）然后逐漸下跌至 100 美元左右（2018 年 10 月），現(xiàn)又開(kāi)始逐漸回升至 250 美元（2019 年 5 月）。此外，密碼學(xué)貨幣對(duì)法定貨幣的價(jià)格幾乎每天都在大幅波動(dòng)。

準(zhǔn)備好小板凳，我們要開(kāi)啟更技術(shù)也更復(fù)雜的話題了。

以太坊的出塊時(shí)間更短

在以太坊網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)區(qū)塊之間的時(shí)間間隔大概是 14 秒，而比特幣的區(qū)塊間隔時(shí)間約為 10 分鐘。這個(gè)時(shí)間差意味著，如果你同時(shí)發(fā)了比特幣交易和以太坊交易，一般而言，把以太坊交易記錄到以太坊區(qū)塊鏈的速度要比比特幣交易記錄到比特幣區(qū)塊鏈的速度要快。我們也可以將這一點(diǎn)理解為，比特幣網(wǎng)絡(luò)每 10 分鐘寫(xiě)一次數(shù)據(jù)庫(kù)，而以太坊網(wǎng)絡(luò)每 14 秒寫(xiě)一次數(shù)據(jù)庫(kù)。

編者注：雖然在比特幣和以太坊在這一點(diǎn)上有所不同，但具備這種屬性的原理都是一樣的：它們是 PoW 系統(tǒng)。如上所述，無(wú)數(shù)計(jì)算機(jī)處在一個(gè)開(kāi)放式的網(wǎng)絡(luò)中，所有計(jì)算機(jī)都隨時(shí)可以退出，也可以隨時(shí)加入，那么這就帶來(lái)一個(gè)嚴(yán)肅的問(wèn)題：如果所有計(jì)算機(jī)各自為政，自己接收到數(shù)據(jù)就處理，那么這些計(jì)算機(jī)就不能形成 “共識(shí)”，整個(gè)系統(tǒng)也無(wú)法實(shí)現(xiàn)基本的功能（比如貨幣轉(zhuǎn)賬，因?yàn)楦饔懈饔涊d的交易歷史，誰(shuí)也無(wú)法確定某個(gè)賬戶到底有多少錢）。因此，PoW 的意義等于是說(shuō)：如果你要在這個(gè)賬本上記一筆，請(qǐng)先證明你花費(fèi)了很多計(jì)算資源。輔之以 “難度要求” 的變化，我們可以實(shí)現(xiàn)對(duì)出塊所需工作量的調(diào)整，進(jìn)而調(diào)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的出塊間隔。為什么要實(shí)現(xiàn)這種穩(wěn)定的出塊間隔可能有很多理由（比如可預(yù)期的增發(fā)數(shù)量，比如網(wǎng)絡(luò)的安全性），這里不詳細(xì)展開(kāi)了。

以太坊的區(qū)塊更小

比特幣中，區(qū)塊大小的上限以字節(jié)為單位衡量，目前為 1MB，而以太坊則用衡量智能合約計(jì)算復(fù)雜度的單位來(lái)標(biāo)示區(qū)塊的大小，這個(gè)大小被稱為 “區(qū)塊 Gas 上限”，而且區(qū)塊 Gas 上限可以逐塊變化（比特幣的區(qū)塊大小上限是一定的）。

目前，以太坊的區(qū)塊大小上限約為 1，500，000 Gas。在用戶之間（即不與智能合約交互），通過(guò) ETH 達(dá)成的基礎(chǔ)交易或支付有 21，000 Gas 的復(fù)雜度，因此，你可以把 70 單交易放進(jìn)一個(gè)區(qū)塊中（1，500，000 除以 21，000）。在今天的比特幣網(wǎng)絡(luò)中，一個(gè)區(qū)塊可以包含 1500-2000 單交易。

就數(shù)據(jù)而言，目前大多數(shù)以太坊的區(qū)塊都在 2KB 以下。

編者注：截至 2019 年 5 月 17 日，以太坊區(qū)塊的 Gas 上限已達(dá)到 800 萬(wàn) Gas。單塊數(shù)據(jù)量大小是幾十 KB。

2019 年 9 月，以太坊區(qū)塊的 Gas 上限上升到 1000 萬(wàn) Gas，單塊數(shù)據(jù)量大小是 20 多 KB。

以太坊使用 EVM 來(lái)運(yùn)行智能合約

相比于比特幣原始的腳本語(yǔ)言，以太坊上可以部署部署的代碼（“智能合約”）對(duì)開(kāi)發(fā)者而言更先進(jìn)也更友好。智能合約代碼運(yùn)行在以太坊虛擬機(jī)環(huán)境中，而網(wǎng)絡(luò)中所有的計(jì)算機(jī)都運(yùn)行著 EVM。如果你熟悉 Microsoft Excel 宏（由 Excel 運(yùn)行的代碼段），你應(yīng)該很容易理解，智能合約就是由以太坊虛擬機(jī)運(yùn)行的代碼段。

在很多資料中，人們通常把以太坊智能合約被稱為 “圖靈完備”（Turing complete）的。這意味著智能合約功能完整，可以執(zhí)行其他編程語(yǔ)言中能夠執(zhí)行的所有計(jì)算。

以太幣的發(fā)行

ETH 是怎么產(chǎn)生的呢？ETH 和 BTC 發(fā)幣最大的不同在于—— BTC 大約每 4 年發(fā)行量減半一次，而 ETH 的發(fā)行量則保持不變（也許只是在 Serenity 版本以前）。

ETH 是怎么產(chǎn)生的呢？ETH 和 BTC 發(fā)幣最大的不同在于—— BTC 大約每 4 年發(fā)行量減半一次，而 ETH 的發(fā)行量則保持不變（也許只是在 Serenity 版本以前）。

編者注：并不是保持不變。如上所述，在區(qū)塊鏈上，原生密碼學(xué)貨幣是每出塊便增發(fā)一次，這個(gè)增發(fā)數(shù)量我們稱為 “區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)”。以太坊的區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)也已經(jīng)過(guò)多次削減，在 2017 年 10 月，區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)由 5 個(gè)削減到 3 個(gè) ETH，2019 年 2 月，以太坊區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)削減為 2 個(gè)。因此，我在這里用 ETH 供應(yīng)量的實(shí)際變化圖來(lái)替代作者的原圖。

這比 Bitcoin 要復(fù)雜得多。概言之，現(xiàn)存的 ETH 幣計(jì)算公式如下：

預(yù)挖礦（Pre-mine）+ 區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)（Block rewards） + 叔塊獎(jiǎng)勵(lì)（Uncle rewards） + 叔塊引用獎(jiǎng)勵(lì)（Uncle referencing rewards）

預(yù)挖礦

在 2014 年 7 月和 8 月的眾籌中，發(fā)行的 ETH 數(shù)量約為 7200 萬(wàn)。眾籌中產(chǎn)生的 ETH 被稱為 “預(yù)挖礦”。人們決定，眾籌之后 ETH 的發(fā)行量將被限制在每年不超過(guò)眾籌總量的 25% （也就是說(shuō)，除了眾籌一次性產(chǎn)生的約 7200 萬(wàn) ETH 外，每年的 ETH 發(fā)行量不超過(guò) 1800 萬(wàn)）。

區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)

目前，挖出一個(gè)區(qū)塊可以獲得 5 個(gè)新的 ETH 。如果每 14 秒開(kāi)采一個(gè)區(qū)塊，一年有 3150 萬(wàn)秒（365x24x60x60），這意味著每年可挖出 225 萬(wàn)個(gè)區(qū)塊。225 萬(wàn) 個(gè)區(qū)塊，每區(qū)塊 5 ETH = 1130 萬(wàn) ETH /年。這符合每年產(chǎn)生不到 1800 萬(wàn)個(gè) ETH 的承諾。

叔塊獎(jiǎng)勵(lì)

實(shí)際上 ETH 的發(fā)行量會(huì)稍大于1800 萬(wàn)。由于一些區(qū)塊挖得比較晚，因而沒(méi)有成為主鏈的一部分。在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，我們把這些挖得稍晚的區(qū)塊叫 “孤塊”，是完全拋棄掉的，但是在以太坊中，這些區(qū)塊被稱為 “叔塊”，而且后續(xù)區(qū)塊可以引用這些 “叔塊”。如果有人引用某個(gè) “叔塊”，就會(huì)給挖出 “叔塊” 的礦工帶來(lái) 4.375 ETH 的 “叔塊獎(jiǎng)勵(lì)”（相當(dāng)于八分之七的正常區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)）。目前，以太坊每天約產(chǎn)生 500 個(gè)叔塊，即每天有額外的 2，000 ETH 進(jìn)入流通（按這個(gè)速度，每年會(huì)額外發(fā)行約 700 萬(wàn) ETH ）。

引用叔塊的獎(jiǎng)勵(lì)

在一個(gè)叔塊后出塊的礦工，也可以得到 0.15ETH （最多引用 2 個(gè)叔塊）。

上面描述的這個(gè)模型被稱為 Ghost 協(xié)議，（Ghost 即 ”貪婪的最大權(quán)重觀察子樹(shù)“ 縮寫(xiě)）。在 Ghost 協(xié)議當(dāng)中，有效的塊是確定的，礦工也可以得到獎(jiǎng)勵(lì)。

編者注：叔塊獎(jiǎng)勵(lì)是很多朋友理解中的難點(diǎn)，確實(shí)需要不少背景知識(shí)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是：在網(wǎng)絡(luò)中，傳播區(qū)塊是需要時(shí)間的，因此某個(gè)塊挖出之后，在一定時(shí)間內(nèi)可能只有一部分節(jié)點(diǎn)收到了這個(gè)區(qū)塊，而另一些節(jié)點(diǎn)在這期間收到了另一個(gè)區(qū)塊并把它當(dāng)成了最新區(qū)塊，PoW 系統(tǒng)所用的共識(shí)算法是沒(méi)法當(dāng)下就判斷清楚哪個(gè)是主鏈的。以太坊的出塊速度比較快，這種情況可能經(jīng)常發(fā)生，因此在共識(shí)算法上安排了這種經(jīng)濟(jì)激勵(lì)來(lái)緩解這種情形——即使出現(xiàn)了叔塊，主鏈還是基本確定的。詳情請(qǐng)看《以太坊設(shè)計(jì)原理》

未來(lái)以太幣的產(chǎn)量變化

在以太坊從工作量證明（包括叔塊獎(jiǎng)勵(lì)規(guī)則）變?yōu)榈臋?quán)益證明機(jī)制時(shí)，機(jī)制的變化對(duì)發(fā)行的影響暫時(shí)還無(wú)定論。權(quán)益證明機(jī)制將使用一個(gè)名為 Casper 的協(xié)議（是的，就是那個(gè)鬼馬小精靈，誰(shuí)還敢說(shuō) cryptonerds 沒(méi)有幽默感？）。在 Casper 協(xié)議下的 ETH 發(fā)行率很可能地遠(yuǎn)低于 Ghost 協(xié)議下的發(fā)行率。

挖礦獎(jiǎng)勵(lì)

那么，礦工可以在挖礦中得到什么？

在比特幣中，每挖到一個(gè)新的區(qū)塊，礦工會(huì)得到 12.5 個(gè)比特幣（這是當(dāng)前的情形）；另外，還有打包在區(qū)塊中的交易的發(fā)起人附帶給礦工的手續(xù)費(fèi)。

在以太坊，礦工可以得到：

· 挖到一個(gè)新的區(qū)塊會(huì)獎(jiǎng)勵(lì) 5 個(gè)以太幣（或者一個(gè)叔塊會(huì)獎(jiǎng)勵(lì) 4.375 個(gè)以太幣）；

· 另外，用于引用至多兩個(gè)叔塊另外一個(gè)小獎(jiǎng)勵(lì)， （1/32 個(gè)區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)，即：每個(gè)叔塊獎(jiǎng)勵(lì) 1/32×5 ETH = 0.15625 個(gè)以太幣）；

· 交易發(fā)起者為合約運(yùn)行和轉(zhuǎn)賬而支付的 Gas 費(fèi)用

目前，每個(gè)區(qū)塊平均的 Gas 上限為 1，500，000，區(qū)塊網(wǎng)絡(luò)中每個(gè) Gas 的平均價(jià)格是 0.000000022 個(gè)以太幣，也就是說(shuō)，一個(gè)礦工可能從一個(gè)整個(gè)區(qū)塊中得到的 Gas 獎(jiǎng)勵(lì)是 0.033 個(gè)以太幣。需要注意的是，合約中的 Gas 是用流通中的以太幣支付的，而非用新創(chuàng)造的以太幣支付的。

編者注：發(fā)起交易者需要自己為交易設(shè)置 Gas 價(jià)格（即愿意為每單位 Gas 支付多少費(fèi)用），這個(gè) Gas Price 會(huì)成為礦工選擇是否打包該交易的依據(jù)之一。因?yàn)槿藗儗?duì)交易的需求不是時(shí)時(shí)都一樣的，Gas Price 也會(huì)隨當(dāng)前人們對(duì)交易上鏈需求的改變而波動(dòng)。

以太坊的其他部分：Swarm 和 Whisper

計(jì)算機(jī)需要 計(jì)算，儲(chǔ)存數(shù)據(jù) 和 交互。以太坊需要有效且穩(wěn)健的方式，才能實(shí)現(xiàn)不停機(jī)、抗審查且自我維持的去中心世界計(jì)算機(jī)這一愿景。以太坊虛擬機(jī)器僅僅是整體中的一個(gè)元件。

以太坊虛擬機(jī)是能運(yùn)行合約邏輯的計(jì)算原件。

· 這種 計(jì)算 不依賴中央服務(wù)器

和 BitTorrent 一樣，Swarm 協(xié)議是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的文件共享協(xié)議，不同的是它以小額以太幣支付來(lái)激勵(lì)文件存儲(chǔ)和分享。文件被分成塊，在網(wǎng)絡(luò)參與者之間分發(fā)和存儲(chǔ)。存儲(chǔ)和傳播數(shù)據(jù)塊的節(jié)點(diǎn)可以從請(qǐng)求存儲(chǔ)和檢索服務(wù)者處得到 ETH 作為報(bào)酬。

· Swarm 協(xié)議的 文件儲(chǔ)存 不依賴于中央處理器

Whisper 是一種加密通訊協(xié)議，允許節(jié)點(diǎn)間安全地直接發(fā)送信息，還能幫助信息發(fā)送者和信息接受者屏蔽掉多余的第三方

· Whisper 協(xié)議的 通訊 也無(wú)需依賴于中央服務(wù)器

以太坊諸概念

智能合約

智能合約是儲(chǔ)存在以太坊區(qū)塊鏈上的小程序。用適量的以太幣即可激活并運(yùn)行這些程序（編者注：也可能需要其它特殊的 Token 才能激活）。更多關(guān)于智能合約的資訊，詳情請(qǐng)看：《智能合約簡(jiǎn)介》

這里有一個(gè)引自維基百科，關(guān)于智能合約的實(shí)例：

在以太坊中，你可以創(chuàng)建一個(gè)包含代碼的新帳戶，并在交易中將其上傳到以太坊的區(qū)塊鏈上，從而建立一個(gè)智能合約。

只要合約上傳成功，就會(huì)像自動(dòng)點(diǎn)唱機(jī)一樣：想要運(yùn)行合約時(shí)，只需要給它發(fā)送一個(gè)包含以太幣支付的交易，當(dāng)然可能還需要額外提供另一些信息。

每一臺(tái)挖礦電腦會(huì)用以太坊虛擬機(jī)來(lái)運(yùn)行智能合約（這是他們挖礦過(guò)程的一部分），并得出最終的輸出值。理論上，如果沒(méi)有人使壞，以太坊網(wǎng)絡(luò)上的每臺(tái)電腦都會(huì)輸出一樣的結(jié)果，因?yàn)橛脩舳歼\(yùn)行著包含相同信息的智能合約代碼。

挖出區(qū)塊后，獲勝的礦工會(huì)向網(wǎng)絡(luò)的其他用戶公布挖到的塊，其他礦工紛紛驗(yàn)證并在得到相同的結(jié)果后，把該區(qū)塊塊放到他們的區(qū)塊鏈中。這就是更新以太坊的區(qū)塊鏈狀態(tài)的方式。

賬戶

在比特幣中，人們把儲(chǔ)存比特幣的地方稱為 “地址（address）”，它就像銀行賬戶，只不過(guò)存的是比特幣。在以太坊中，用于儲(chǔ)存以太幣的叫 “賬戶（accounts）”，賬戶有兩種：

· 只儲(chǔ)存著以太幣的賬戶，這和比特幣的地址差不多。它有時(shí)也會(huì)被稱作 “外部賬戶”（EOA）。這種賬戶都會(huì)有相應(yīng)的私鑰，私鑰持有者可以用私鑰來(lái)簽發(fā)該賬戶的交易。

這里有一個(gè)儲(chǔ)存以太幣的賬戶的例子：https://etherscan.io/address/0x2d7c76202834a11a99576acf2ca95a7e66928ba0

· 存有代碼（并可能存儲(chǔ)著 ETH 或其它 Token）的賬戶。只要存適量的以太幣進(jìn)去，這些智能合約就會(huì)生效。智能合約上傳后，其代碼就一直保存在以太坊區(qū)塊鏈上，等待著被激活使用。

合約賬戶的例子，如下：https://etherscan.io/address/0xcbe1060ee68bc0fed3c00f13d6f110b7eb6434f6#code

叔塊和孤塊：差一點(diǎn)就上主鏈的塊

以太坊的區(qū)塊生成率遠(yuǎn)高于比特幣的區(qū)塊生成率（以太坊種每小時(shí)可生成 250 個(gè)區(qū)塊 vs 比特幣中每小時(shí)可生成 6 個(gè)區(qū)塊）。區(qū)塊生成得越快，“區(qū)塊沖突” 的概率就會(huì)上升，即：許多有效的區(qū)塊幾乎同時(shí)生成，但是它們之中，僅有一塊可以放在主鏈中。從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，盡管這些未上主鏈的區(qū)塊包含的交易都是真實(shí)的，但是這些數(shù)據(jù)不能被認(rèn)定為主鏈的一部分。

在比特幣協(xié)議中，這類未上主鏈的區(qū)塊被稱為 “孤塊”，孤塊不是主鏈的組成部分，而且也不會(huì)被主鏈上的區(qū)塊引用。

而在以太坊中，這些區(qū)塊被稱為 “叔塊”，后續(xù)一段距離內(nèi)的區(qū)塊可以引用叔塊（詳見(jiàn)上文 “以太幣的發(fā)行” 部分）。雖然叔塊中的數(shù)據(jù)最終也不會(huì)派上用場(chǎng)（即叔塊上的交易不會(huì)得到執(zhí)行），挖出叔塊的礦工還是可以獲得稍小一些的區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)。

這促成了兩個(gè)重要結(jié)果：

這會(huì)激勵(lì)礦工保持挖礦動(dòng)力，即使挖出的區(qū)塊不能上主鏈（因?yàn)楦咚俚膮^(qū)塊生成率生成了更多的孤塊和叔塊）

承認(rèn)創(chuàng)建叔塊所花費(fèi)的能源還可以提高區(qū)塊鏈的安全性

編者注：總而言之，Ghost 是快速出塊過(guò)程中的一種保護(hù)措施，讓沒(méi)有挖到主鏈塊的礦工也不至于承受大量損失，有動(dòng)力去維護(hù)主鏈。

Gas 和 Gas Price

激活一個(gè)智能合約時(shí)，你等于是請(qǐng)求整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的所有礦工都來(lái)執(zhí)行合約中的計(jì)算工作。這會(huì)花費(fèi)礦工的時(shí)間和能源，用戶理所當(dāng)然得給他們報(bào)酬。Gas 就是支付服務(wù)費(fèi)的機(jī)制。

手續(xù)費(fèi)一般是一筆小額的以太幣，想要運(yùn)行合約，就需要給礦工支付來(lái)讓他們工作。這類似于給自動(dòng)點(diǎn)唱機(jī)投幣。

付款項(xiàng)（單位：以太幣）= 實(shí)際使用的 Gas 數(shù)量（單位：Gas）* Gas 價(jià)格（單位：以太幣/Gas）

Gas 數(shù)量

智能合約越復(fù)雜（計(jì)算步驟的數(shù)量和類型、儲(chǔ)存量的大小等），完成合約運(yùn)行所需的 Gas 就越多。還用投幣點(diǎn)唱機(jī)來(lái)類比的話，就好比點(diǎn)的歌越久，唱得越大聲，需要支付的費(fèi)用就越多。

Gas 價(jià)格

雖然合約的復(fù)雜程度各有差別，但運(yùn)行具體一個(gè)合約所需的 Gas 數(shù)量是固定的，（手續(xù)費(fèi)大小差異主要來(lái)源于 Gas 價(jià)格），而 Gas 價(jià)格是由希望運(yùn)行合約的人在請(qǐng)求運(yùn)行合約時(shí)所指定的（有點(diǎn)像比特幣的交易費(fèi)用）。礦工會(huì)看開(kāi)出的 Gas 價(jià)格高低來(lái)決定他們?cè)覆辉敢膺\(yùn)行合約。如果想讓礦工運(yùn)行合約，開(kāi)出高價(jià)就好。可以說(shuō)，Gas 市場(chǎng)是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的拍賣場(chǎng)，就看用戶愿意為運(yùn)行智能合約付出多大成本了。

為什么需要 Gas 機(jī)制？

運(yùn)行智能合約需要花費(fèi) Gas/以太幣/金錢，有效防止了人們隨意激活合約，從而避免了在免費(fèi)運(yùn)行的情況下可能出現(xiàn)的類似垃圾交易擁堵網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題。

編者注：這里沒(méi)有言明的一點(diǎn)是，其實(shí)交易的 Gas 數(shù)量和 Gas 價(jià)格都是可以由用戶自由調(diào)整的。如果沒(méi)有給夠 Gas 數(shù)量，無(wú)法完成合約中的計(jì)算，那么系統(tǒng)會(huì)完全回退，就當(dāng)這筆交易沒(méi)有發(fā)生過(guò)，雖然 Gas 費(fèi)用還是會(huì)全部交給礦工；如果給的 Gas 數(shù)量太多，那么完成相關(guān)計(jì)算后，剩余的 Gas 費(fèi)用會(huì)自動(dòng)退還給發(fā)起交易的賬戶。

以太幣的單位

好比于一美元可以分成 100 美分，一比特幣可以分成 100，000，000 sataoshi，以太幣也有專有的單位命名規(guī)則。

以太幣最小的單位是 wei ，每一以太幣等于 1000，000，000，000，000，000 wei，還有其他單位，如：Finney、Szabo、Shannon、Babbage 和 Ada。這些命名都來(lái)源于為密碼學(xué)貨幣和網(wǎng)絡(luò)作出卓越貢獻(xiàn)的科學(xué)家。

Wei 和 Ether 是兩種最常見(jiàn)的貨幣面額。

智能合約的語(yǔ)言：Solidity / Serpent， LLL

智能合約有三種通用語(yǔ)言，都可編譯成智能合約并在以太坊虛擬機(jī)上運(yùn)行。這三種語(yǔ)言分別是：

Solidity ——類似 Javascrip 的語(yǔ)言，是目前最流行的、具有強(qiáng)大功能的智能合約的腳本語(yǔ)言。

Serpent ——類似 Python 的語(yǔ)言，在以太坊發(fā)展早期比較常用。

LLL——類似于 Lisp，僅用于較為早期的語(yǔ)言編寫(xiě)中。LLL 或許是最難編寫(xiě)的語(yǔ)言。

編者注：截至今日（2019 年 5 月 17 日），Solidity 已經(jīng)成為以太坊生態(tài)中最常用的合約編程語(yǔ)言。而其余兩種語(yǔ)言很少有人使用，甚至已經(jīng)被棄用。此外，以太坊正在研究將以太坊虛擬機(jī) EVM 升級(jí)為 eWASM，而 WebAssembly 支持很多高級(jí)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)，有望進(jìn)一步加強(qiáng)以太坊合約編寫(xiě)的友好性和安全性。

另，有人指出不應(yīng)該先入為主地認(rèn)為 Solidity 與 Javascript 很相似，這樣在學(xué)習(xí)過(guò)程中會(huì)陷入很多誤區(qū)。

以太坊軟件：geth， eth， pyethapp

以太坊的官方客戶端都是開(kāi)源的，因此你可以看到背后的代碼，還可以拿來(lái)調(diào)整一下創(chuàng)建自己的客戶端。最流行的客戶端如下：

geth（用 Go 編寫(xiě)）https://github.com/ethereum/go-ethereum

eth（用 C++ 編寫(xiě)）https://github.com/ethereum/cpp-ethereum

pyethapp（用 Python 編寫(xiě)）https://github.com/ethereum/pyethapp

以上都是基于命令行的程序（就是那種在黑色背景上的綠色文字），因此要想使用圖形界面就需要使用別的軟件。目前官方最流行的圖形界面軟件是 Mist（https://github.com/ethereum/mist）。Mist 以 geth 和 eth 為內(nèi)核。

也就是說(shuō)，geth 和 eth 是底層難看的代碼，而 Mist 就是運(yùn)行其上的漂亮界面。

編者注：2019 年 3 月，Mist 項(xiàng)目停止運(yùn)營(yíng)，團(tuán)隊(duì)拆分并轉(zhuǎn)向不同領(lǐng)域。而以太坊生態(tài)中最常見(jiàn)的兩款客戶端 Geth 和 Parity·Ethereum 也已發(fā)展得相當(dāng)不錯(cuò)，都已有了完備的圖形界面。

足跡：以太坊之大事年表

2013 年底，Vitalik Buterin 在白皮書(shū)中論述了 “以太坊” 這一概念。2014 年 4 月，Gavin Wood 博士在黃皮書(shū)中進(jìn)一步地闡發(fā)了這個(gè)概念。自此，以太坊的開(kāi)發(fā)就由一個(gè)開(kāi)發(fā)者社區(qū)來(lái)管理了。

同年的 7 月和 8 月，以太坊為開(kāi)發(fā)眾籌，其開(kāi)放式主網(wǎng)于 2015 年 7 月 30 日上線。

以太坊的眾籌

2014 年 7 月至 8 月期間，開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)通過(guò)在線銷售 ETH 代幣獲得資金——人們可以用比特幣來(lái)購(gòu)買 ETH ，當(dāng)時(shí)的兌換比率為 2000 ETH ： 1 BTC（到 2016 年 1 月，在開(kāi)放市場(chǎng)中1 BTC 可以兌換 50 ETH）。

參與眾籌的人可以用比特幣賬戶支付，然后收到一個(gè)包含相應(yīng)數(shù)量以太幣的錢包。更多關(guān)于技術(shù)方面的信息，請(qǐng)參看以太坊博客：https://blog.ethereum.org/2014/07/22/launching-the-ether-sale/

在此期間，以太坊團(tuán)隊(duì)售出了 6000 多萬(wàn)以太幣，收到了 31500 多的比特幣，當(dāng)時(shí)價(jià)值約 1800 萬(wàn)美元。團(tuán)隊(duì)又挖出了 20%（1200 萬(wàn) ETH）用于支持開(kāi)發(fā)和以太坊基金會(huì)。

軟件發(fā)布代號(hào)：Frontier / Homestead / Metropolis / Serenity

以太坊軟件的命名很有意思哦。

Olympic（測(cè)試網(wǎng)絡(luò)）：在 2015 年 2 月發(fā)布，測(cè)試發(fā)布時(shí)，其代幣并不是真的以太幣。如今，測(cè)試網(wǎng)仍然與主活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)并行，以便開(kāi)發(fā)人員測(cè)試代碼。

Frontier：在 2015 年 7 月 30 日發(fā)布，F(xiàn)rontier 是首個(gè)可以挖礦、開(kāi)發(fā)、運(yùn)行合約的在線版本。

Homestead：于 2016 年 3月 14 日發(fā)布，有一些協(xié)議的更改，更加穩(wěn)定。

Metropolis：未發(fā)布——從命令行界面升級(jí)到圖形界面。

Serenity：未發(fā)布——從工作量證明升級(jí)到權(quán)益證明（Casper）。

編者注：上述代號(hào)也被認(rèn)為是以太坊的路線圖和發(fā)展的不同階段。在原文成章的時(shí)候（2016 年 10 月），Metropolis（“大都會(huì)”）階段還未發(fā)布。2017 年 10 月，Metropolis 的第一階段 Byzantine（“拜占庭”）發(fā)布；2019 年 2 月，Metropolis 第二階段 Constantinople（“君士坦丁堡”）發(fā)布，并且，有望于 2020 年第一季度進(jìn)入 Serenity 的第一階段。

總結(jié)

以太坊開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)致力于建立一個(gè)不會(huì)停機(jī)、抗審查和去中心的世界計(jì)算機(jī)，能運(yùn)行計(jì)算、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)并允許交互。

以太坊有一個(gè) 公開(kāi)、無(wú)需許可的開(kāi)源版本，其代碼副本已被采用并改編為私人網(wǎng)絡(luò)。公有版本和私人網(wǎng)絡(luò)要解決的是不同的問(wèn)題。

盡管目前的技術(shù)尚未成熟，但是，我們相信經(jīng)過(guò)越來(lái)越多人使用、測(cè)試、發(fā)展并在以太坊上開(kāi)發(fā)軟件，它會(huì)發(fā)展得越來(lái)越穩(wěn)健。

在區(qū)塊鏈?zhǔn)澜缋铮蕴皇亲钫駣^人心的的技術(shù)之一，未來(lái)的發(fā)展值得我們?nèi)テ诖?br /> 責(zé)任編輯；zl