认识以太坊

· 4574 字 · 10 分钟 · 黄国政
今日思绪

或许是因为早上将最后一份课程论文完成，我好像多出了不少干劲，中午睡了个午觉，下午全程学习 Web3。我的进度应该算是比较慢了，实习手册的阅读进度还停留在「入门导读」部分，今天一个下午的时间都用于理解「以太坊」，包括以太坊的具体含义、内容、结构、核心机制、发展演变以及价值观。但我感受到了一些专注和享受的感觉，可能有一点像是慢慢吸取知识的感觉，至少我真的开始对以太坊有了感性的认识。可能知识的积累真的需要一个过程，这才第二天。

群里的小伙伴们都很活跃，求币、提问题、相互答疑、分享自己整理的资料和输出创作的内容，这些似乎在慢慢影响我——我也想多一些参与到大家的互动之中，但无奈于自己还有很多知识不懂，但昨晚给一个忘记保存笔记的小伙伴分享了用 Typora 记录和迁移笔记的建议，今天下午为一个小伙伴解答了如何查看测试币交易记录的问题。

不过，给我触动最大的是今晚群里大家对共学积分的讨论。有的小伙伴惊叹于第二天已经有人达到了 300 分以上，一位小伙伴说好些任务时间期限是二十多天，应当在后期写才有意义——刷分便失去了学习的意义。来 Web3 不适合带着学生思维，主要还是强调主动贡献优质项目，遇到喜欢的主动研究，即使找不到工作也有收益。前面这些我都能理解，也十分认同，但他还说了一段我听不懂的：「太多十倍的机会了。百倍不好遇到，十倍真的几乎每天都有」。

以太坊是？ #

以太坊的内容 #

  • 开源的去中心化区块链平台
  • 基于区块链的去中心化计算平台
  • 原生代币是以太币
  • 构建去中心化应用（Dapps）、去中心化金融（DeFi）、非同质化代币（NFT）等生态系统的基础设施
  • 比特币之后最重要的区块链项目之一：比特币-区块链 1.0 的象征（专注货币属性）；以太坊-区块链 2.0 的代表
  • 基于智能合约——存储在区块链的可执行代码，能在满足预设条件时自动执行操作

以太坊的结构 #

生态架构 #

Layer 1（主网）+Layer 2（二层扩展解决方案）+侧链（Sidechains）

  • Layer 1（L1）
    • 以太坊主网：核心区块链，负责最终安全性与共识
    • EVM：以太坊虚拟机，执行智能合约代码
    • 账户系统：外部账户（EOA）与合约账户（CA）共同构成网路基础
  • Layer 2（L2）
    • Rollup：通过将交易批量处理后提交到 L1，以降低 Gas 费
      • Optimistic Rollup：假设交易合法，仅在争议时验证。
      • ZK Rollup：通过零知识证明验证交易，无需链上争议。
  • 侧链：独立运行的链，通过桥梁与主网交互

生态层次 #

  • 扩展层
    • 提升性能和降低成本的解决方案：
      • Layer 2 Rollups：Arbitrum、Optimism、Polygon zkEVM、zkSync Era
      • 侧链：Polygon PoS、xDAI（Gnosis Chain）
      • 状态通道：Lightning Network for Ethereum 应用层
  • 应用层
    • 用户直接交互的应用和界面
      • DeFi 应用：Uniswap（去中心化交易所）、Aave（借贷协议）、Compound（借贷协议）
      • NFT 平台：OpenSea、Foundation、SuperRare
      • 钱包应用：MetaMask、Coinbase Wallet、Rainbow
      • DAO 工具：Snapshot、Aragon、Colony
  • 协议层
    • 以太坊的核心基础设施
      • 共识层客户端：Prysm、Lighthouse、Nimbus、Teku
      • 执行层客户端：Geth、Nethermind、Erigon、Besu
      • 核心协议：EVM、状态管理、Gas 机制

以太坊的核心机制 #

账户系统 + Gas 模型 + 以太坊虚拟机（EVM）

  • 账户系统：数字身份
    • 私钥控制的外部账户（EOA）+ 智能合约代码控制的合约账户（CA）
    • 用户使用外部账户（EOA）与区块链中的其他用户的外部账户（EOA），或者与合约账户（CA）进行交互
    • 外部账户由一对密钥生成，这对密钥包括私钥和公钥
      • 私钥：我们控制账户的钥匙，必须严格保密
      • 公钥：通过加密算法生成一个唯一的地址，可拿来分享给朋友接收转账
    • 合约账户不由私钥控制，而由代码驱动
      • 部署智能合约（如 NTF 市场）后，区块链自动生成一个 CA 地址
      • 合约账户无法主动发起交易，只能通过外部账户触发
    • 账户关键词
      • Nonce：防止重复交易的计数器（EOA 记录发送次数，CA 记录创建合约次数）。
      • 余额：账户持有的 ETH 数量（单位为 Wei）。
      • CodeHash：EOA 为空哈希，CA 存储合约字节码的哈希值。
      • StorageRoot：记录账户数据的 Merkle 树根哈希（如 NFT 归属关系）。
  • Gas 模型
    • 使用 EOA 发起交易，都需要支付 Gas 「燃料费」 [1]

      [1] 我们在第一天的学习中知道，所谓的 Gas 燃料费就是网络服务商（矿工）挖矿后的奖励/工资。 

    • Gas Fee = Gas Limit × Gas Price
      • Gas Limit 是我们最多愿意「烧」的燃料
      • Gas Price 是每单位燃料的钱，用 Gwei 表示，1 Gwei = 0.000000001 ETH。如果网络越拥堵，Gas Price 越高。
    • Gas 存在的目的
      • 激励矿工/验证者，给的 Gas Price 越多，越愿意优先处理
      • 防止资源滥用，如果有人想让合约死循环，Gas 会用光，交易失败，系统不会被拖垮
    • 现在 Gas Price 随着 EIP-1559 的升级分成了两部分，包括基础费用和小费
  • 以太坊虚拟机
    • 代码的执行引擎
    • 用于运行智能合约的虚拟计算机，是以太坊的大脑
    • 运行在每一个节点中，确保整个网络在处理代码时结果都一致，可信任
    • 特点
      • 如真正的电脑一眼，可以执行各种逻辑（如 if 判断、循环）
      • 全球同步，每个节点/矿工都会自己执行一遍合约代码，保证结果一致
      • 隔离安全，合约在特定空间运行，不会被允许随意访问用户的数据和网络

流程：通过 EOA 发起交易 → 交易附带 GAS 参数，矿工/验证者选择打包 → EVM 执行合约代码 → Gas 费用按照 Gas Limit × Gas Price 扣除

以太坊的发展 #

共识机制：以太坊 1.0（PoW 阶段） → 以太坊 2.0 （PoS 阶段） #

我对共识机制的理解是如何决定由谁来打包交易

  1. PoW：工作量证明
  2. 运行原理：区块链是去中心化的，交易信息广播道各节点并被验证后，节点上的网络服务提供商（矿工）一般还要通过计算机算力来获得打包交易权利，成功打包区块的矿工会获得相应的代币奖励（比特币或以太币等）。
  3. 特点：算力能耗大，每秒只能处理 30 笔交易（TPS），速度慢
  1. PoS：权益证明
  2. 运行原理：质押 32 个以太币成为验证者，之后系统随机选择验证者来提议和验证区块，验证者将获得新发行的以太币和交易费用，作恶者质押的 32 个以太币会被销毁——这不正是基于人性的设置吗？从 PoW 到 PoS，代表挖矿者成为持有经济体系的利益，一旦作恶个人的利益首当其冲受到影响。
  3. 特点：能耗降低 99.95%，无需大量算力和硬件，安全度高（PoS 机制决定要篡改账本则需要付出全网 67% 的质押以太币成本）
  4. 背景：以太坊团队创建信标链以运行 PoS，初期，以太坊主网仍是以 PoW 挖矿，两链独立并行，后来进行 The Merge，共识机制插接到信标链的 PoS 系统。以太坊的实际结构也分为两层：1、执行层（相当于原主网，处理交易、智能合约）2、共识层（相当于信标链，管理验证者、确定区块顺序）

Layer 2 → EIP-4844

Layer 2 一般在链下批量处理大量交易，然后定期将交易数据打包到以太坊主网。但 L2 提交数据使用常规交易，成本高昂，引入了专门的 Blob 交易类型，数据存储成本大大降低。

EIP-4844 → ZK-Rollup

ZK-Rollup 在线下一次性处理数百笔交易，生成一个简洁「正确性证明」，以太坊只需验证该证明，无需重新执行所有交易。

数据分片 + Layer 2

以太坊价值观 #

  • 去中心化治理
    • 没有单一的控制者或权威机构
    • 社区通过公开讨论和 EIP（以太坊改进提案）机制共同决策
    • 验证者遍布全球，防止权力集中
  • 无需许可与开放性
    • 任何人都可以使用、开发、部署智能合约
    • 开源代码，透明可审计
    • 无身份、地域、财富限制的参与门槛
  • 抗审查性
    • 交易和智能合约不受政府或机构干预
    • 通过分布式验证确保网络弹性
    • 支持言论自由和经济自由
  • 密码朋克精神
    • 代码即法律：用算法和数学构建信任
    • 密码学保护隐私和自主权
    • 技术驱动的社会变革，而非政治手段
  • 公共物品导向
    • 优先考虑生态系统整体利益
    • 支持开源项目和基础设施建设
    • 通过各种资助计划推动创新
  • 可持续发展理念
    • The Merge 体现了对环境责任的承诺
    • 长期主义思维，注重技术的可持续演进
    • 平衡创新速度与网络稳定性

以太坊与比特币的比较 #

如前所述，比特币是区块链 1.0 的象征，而以太坊被定位为区块链 2.0 的代表，如果要比较区块链 1.0 和 区块链 2.0，可以具体从比特币和以太坊之间的比较开始。

比特币 以太坊
性质、目标、定位 区块链 1.0，去中心化数字货币，强调作为「数字黄金」的存储价值，总量 2100 万 区块链 2.0，去中心化平台，支持智能合约
共识机制 PoW，工作量证明，算力成本 PoS，权益证明
交易速度 每 10 分钟生成一个区块，交易确认慢 区块时间 12 秒，交易确认更快
技术栈 脚本语言有限，仅支持简单的交易验证逻辑 有完备的编程语言，如 Solidity，可开发复杂智能合约
经济模型 总量固定，强调抗通胀属性 供应灵活，通过 EIP-1559 等机制可能呈现通缩趋势

Bruce 讲解 Web3 运行原理 #

Bruce 今晚对 Web3 做了全面的基本介绍，信息量很大，但感觉挺多信息可以和这两天在实习手册上阅读到的信息对应上，有一定的熟悉度。但我想我可能还是需要观看回放来做一个系统和全面的重新梳理，今晚就先写下自己印象最为深刻的——主要是「私钥的重要性」和「Web3 的价值」

不过在此之前，可以从技术的层面来一句话概括：Web3 就是用私钥签名证明你是谁，用共识网络保证账本可信，用智能合约让规则自动执行。对了，Bruce 还分享了一个很有意思的网站，里面以动画的形式来呈现区块链去中心化分布式的运行过程。

私钥很安全，是不可重置的密码，丢了就永远丢了，只能换钱包。区块链不认识我们是谁，只认识谁能签名。大部分资产被盗取，不是链被攻破，而是私钥、助记词泄露。一般来说，私钥都很长也很复杂，因此往往会借助助记词来帮助记忆。

wachi 补充了一段信息：

助记词是钱包，私钥是钱包里个夹层
助记词可以推出很多私钥
私钥推不出助记词

借由 Web3 中私钥的特性，可以联系到 Web3 中的社会学视角 [2]

[2] 经济学视角：激励设计保证安全与可持续（Gas、质押、惩罚）；密码学视角：签名、哈希、ZK提供可信基础 

——私钥象征一种个人主权，无需第三方许可即可拥有自己的账户、账号，Web3 追求的是一种去中心化治理和共识的形成，探讨权力的重新分配，关乎于数字资产与权利自我控制、无许可、抗审查、公开可信。关于这一点，有一位同学向 Bruce 老师提问，问的问题也可以说是我这个纯粹小白好奇的，即 Web3 到底想做些什么呢，好像听起来难免有噱头的感觉，要颠覆 Web2.0 吗？或者说就是在金融那一领域比较火，是要炒币？

针对这一问题，Bruce 的回答是 Web3 并不追求颠覆 Web2.0，它更想追求的是提供一个构建未来数字世界的重要基础，比如带来一些以严苛的审查机制和权力垄断特点出名 Web2.0 所缺乏的新机制，解决相关信任问题。比如在亚非拉一些地区的人们无法使用某些货币完成支付，如何让他们可以用到 Web3 的技术完成支付？还有我们的群聊之前由于进行技术讨论也会被封禁，Web3 也是想探索一种可以不被完全控制的方式。

不过需要指出的是，当下 Web3 领域确实分出不同的人，一拨人被称为 Degen，他们投机、炒币、搞噱头发币，而另一拨人则被称为 Regen，他们考虑的是 Web3 的可持续性，到底可以让 Web3 的理念和技术如何落地，做出实际的事情——「选择做什么样的人，选择和什么样的人待在一起」。

Tips：

  • 开源的 Web3 一般不被认为是作恶的。
  • 关于钱包的安全建议：
    • 热钱包：日常高频使用的存放少量资产，不同钱包使用不同的助记词创建
    • 冷钱包：用于储蓄和转账，减少交互和使用
    • 周期性第创建新钱包进行资产转移
    • 很多资深人士的做法是将资产放入硬件钱包，每次需要对外交互的时候，都重新创建一个新钱包，用完即废
#Web3