【摆姿势】从哪里来：以太坊的诞生日记

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概述

区块链网络平台是为使用区块链技术开发的去中心化应用程序提供服务的基础设施。 一个简单的理解方式就是把区块链网络平台想象成一个大型的商场，去中心化应用就是这个商场里的店铺。 在这种模式下，门店只需要关心自己的运营，不需要考虑商场的维护，比如水、电、物业等。 对于商场来说，提供一些基本服务而不用担心个别商店的管理是有回报的。

在区块链网络平台中，区块链的维护是指保证区块链的唯一性（共识机制）、安全性（不可篡改）、分布式结构和区块链的治理。 在这样的平台上，开发者在开发新的去中心化应用时，不再需要从头考虑区块链的结构设计，而只需要专注于应用的开发。 这种模式正是亚当·斯密在他的《国富论》中所倡导的社会分工，可以极大地促进各方和整个经济体系的效率。

事实上，我们当前社会的经济运行的许多方面都遵循这种模式。 就拿我们最熟悉的手机来说吧。 目前主流的智能手机操作系统有两种，一种是谷歌的Android（安卓），一种是苹果的iOS。 两个系统都有应用商店，有意开发新移动应用的开发者可以参与，专注于这两个平台应用的开发，不用考虑Android或者iOS系统的维护。

所以从这个角度来说，在应用领域，区块链技术只是这种分工的升级。 在传统模式中，平台和平台上提供的服务都是中心化的，信息不对称。 仍以手机操作系统为例。 Apple负责维护iOS系统。 对于iOS系统的更新，规则由Apple制定，用户使用操作系统产生的信息也由Apple存储和处理。 用户不知道自己的信息是如何被使用的，是否被泄露等。还有一点，由于采用中心化的存储方式，一旦存储用户信息的设备出现问题，比如受到攻击，也会造成损害用户的利益。 同样，用户使用平台上的应用程序所产生的信息和数据，也由应用程序的开发者集中控制。 使用区块链技术，理论上可以解决这些问题。

对于不了解区块链的读者，下面简单介绍一下，了解的读者可以略过。

假设有一个村子，这个村子里没有货币。 对于村里的交易活动，村民们采用的是这样的方式：对于所有每隔一段时间出现的交易信息，村里都有一个广播可以把这个信息传到每个村民的耳朵里，然后村民会将此信息记录到您的帐户中。 这样，理想情况下，每个村民的账本应该是完全一样的。 在非理想情况下，比如村民篡改了自己账本上某笔交易的信息，使得所有的账本都不完全相同。 这时采用少数服从多数的原则，因为大部分人的账本都是另外一个版本，所以这个被私自篡改的版本账本是无效的。 伪造账本的唯一方法是对村里每个村民的账本进行相同的更改。 如果村子里有大量的村民，这种情况显然是不现实的。

这样，在理想情况下，账本只有一个版本。 在非理想情况下，采用少数服从多数的原则，也会有一个与大多数村民版本相同的账本。 这种独特版本的分类帐称为公共分类帐。 该公共分类账具有以下特征：

理解了上面的例子，我们就把村民节点称为村民节点，每隔一段时间出现的交易信息就称为一个区块以太坊的诞生时间，每个村民版本相同的公共账本可以理解为一个区块链。

由于采用了区块链技术，在区块链网络平台上开发的应用也具有去中心化的特点。 因此，这类应用被称为去中心化应用（Decentralized applications，DAPPs）。

在了解了区块链网络平台的基本概念后，本系列文章将介绍区块链网络平台的发展现状、存在的问题以及各平台的特点。 一般来说，我们将比特币称为区块链1.0，将以太坊称为区块链2.0，将针对以太坊中存在的问题提出解决方案的区块链网络平台称为区块链3.0，具体包括EOS、DFINITY和Cosmos等。本文主要介绍以太坊并说明Blockchain 2.0 Ethereum是如何在Blockchain 1.0 Bitcoin的基础上诞生的。

需要注意的是，由于这些平台的设计或多或少涉及到一些专业知识，本系列文章会尽量以最通俗易懂的方式向读者进行讲解，而这种方式很容易造成表述不严谨的性质，但本文只是向读者解释这些技术的原理。 对其技术细节感兴趣的读者可以查阅相关资料，或直接联系作者进行讨论。

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以太坊

(一)产地

以太坊（Ethereum）是现阶段发展相对最成熟的，已经有开发出来的应用可以为用户提供服务。

以太坊的诞生背后其实还有一个小插曲。 我们知道，比特币是一个利用区块链设计的价值交换网络，用户可以使用比特币网络来交易比特币。 在比特币区块链中，只是（唯一的说法不严谨，比特币区块中可以加入的信息很少，比如一句话）记录交易信息，所以不能作为应用开发服务的基础平台。 以太坊的创始人 Vitalik Buterin 看到了区块链技术的潜力和比特币网络的局限性。 他曾提议比特币核心团队增加比特币网络的功能，但遭到拒绝。 于是他选择了自己开发一个平台来达到自己的目的。 这个平台就是以太坊。

以太坊和比特币最大的区别在于区块链上记录的信息。 除了交易信息，Vitalik Buterin 提出智能合约（Smart contracts）也可以记录在区块链中，以实现更复杂的功能。 对智能合约最简单直接的理解就是现实中的合约数字化。 但显然，这种理解是很粗糙的。 这里我们用一个简单的例子来说明。

假设A和B打赌，如果下周北京下雨，A给B十块钱，如果不下雨，B给A十块钱。 使用智能合约来处理投注。 A和B确认下注内容后，用自己的以太坊账户转十块钱到智能合约中（智能合约里面也有账户），然后智能合约将这二十块钱锁定。 一周后，如果这周北京下雨，智能合约会把这20块钱打到B的账户上，如果没有，就打到A的账户上。

这里，由于智能合约存储在以太坊区块链中，一旦确认，任何一方都无法修改。 这里要注意一点，以太坊是一个封闭的系统，智能合约不能自己执行。 现实世界中的信息（不管下雨与否）都是通过一种叫做 Oracle 的服务机制来读取的。 该服务可以将现实中的信息传输到以太坊网络，并将该信息作为智能合约的触发条件来执行智能合约（赌博）。 当然这个例子很简单，但是智能合约可以实现的功能更加多样。

因此，以太坊在比特币的基础上，加入了智能合约的特性，而以太坊开发的应用所能实现的功能，只限于编写智能合约开发应用的人的想象力（当然，这是只是一种理想情况。下面的说法，其实开发者还是会受到很多限制）。

(2) 帐户

如上所述，智能合约可以存储在以太坊区块链中。 以太坊上有两种账户，外部账户和合约。 外部账户由用户控制，用户可以在外部账户中存储自己的以太坊代币：Ether。 用户可以使用外部账户发送或接收消息，包括以太币转账。 合约由用户编写，一旦发布，就不再受个人用户控制，而是永久存储在以太坊区块链中。 合约包含合约内容和合约账户余额。 合约仅响应接收到的消息。 如上例，一旦合约收到投注期间北京是否会下雨的结果，就会自动执行，并将结果发送到对应的外部账户，完成转账。

以太坊上所有应用程序的运行都是由这两类账户驱动的。 外部账户可以向合约发送消息，触发合约执行； 他们还可以向其他外部帐户发送消息。 此时，只能完成转账（Ether）操作。 对于合同来说，它不受人控制，也不能自行执行。 合约的执行由接收到的消息触发，执行结果有两个方向，一个指向外部账户，如果是外部账户则执行相应的转账操作（比如我们上面的例子中，智能合约中的 20 元转到中奖者账户）另一个方向是另一个智能合约，通过这种方式可以生成新的消息，然后触发下一个智能合约。

具体来说，合约的作用可以分为四个部分：

(3) 共识机制

在我们假设的村庄例子中，我们说每隔一段时间产生的交易信息会广播到每个村民的耳朵里，然后村民会记录在自己的账本上。 但实际上在区块链中并没有这么简单。 在区块链中，一个节点接收到一笔交易信息后，该节点会将交易信息广播给其他节点。 但是，区块链中的节点可能分布在世界的任何一个角落，因此需要考虑节点之间的通信问题。 某些节点可能会因为网络延迟等因素而收不到某些交易信息，这时不同节点在同一时间段内计划打包记录在区块链中的交易信息是不同的。 发生这种情况时，以哪个节点的记录为准？

这自然会导致记账权的问题。 在传统情况下，有一个权力中心点，所有节点都服从中心点的指挥。 但是我们说过，区块链最大的特点之一就是去中心化，即每个节点都有话语权，没有权力中心。 这时候就需要一种“绝对公平”的机制来产生记账人，所有节点在每一轮中都以记账人记录的交易信息为准。

有很多方法可以解决这个簿记员问题。 以太坊采用的方式与比特币相同，都是工作量证明（Proof of work）机制。 工作量证明机制是指每个节点通过“付出了多少努力”来决定谁是记账人来解决这个问题。 简单来说，在每一轮中，都有一个没人知道的数字，每个节点都需要“猜”这个数字是什么，第一个猜到这个数字的人将获得本轮记账。 那力量。 每一轮的数字都不一样，没有人能提前知道是什么数字，也很难猜到这个数字。 每个节点解数没有捷径可走，只能逐一尝试。 这样的机制对每个节点来说都是“绝对公平的”。 作为对他们辛勤工作的回报，每一轮的簿记员都会获得一定数量的代币奖励。 值得注意的是，这个声明是为了让读者了解这个机制。 其实机制的设计涉及到密码学的知识，这里暂且不展开。

这里我们还需要注意几点。

首先，我们上面提到需要共识是因为节点之间存在网络延迟，这会导致每个人在一段时间内获得不同的交易信息。 其实，更重要的是，我们需要考虑到“坏人”的存在。 例如，在一个村庄的例子中，由于假设没有货币，村民可能会“谈论它”。 在公共账本（即所有村民的共识）中，这个村民只有100元，但他/她可能会说他/她有100元给不同的村民，然后向一个村民点菜100元，而与此同时，另一位村民订购了价值100元的衣服。 这时，看到不同交易的村民可能会在他们的账本上记录不同的交易。 这个问题就是“双重支出”。 通过这种记账权的竞争，我们可以保证一笔钱最终被所有村民认可的交易活动只有一次。

第二，在这样的分布式网络中，当可能存在“坏人”时，各个节点达成共识的问题称为“拜占庭将军问题（Byzantine general problem）”。 在这样一个不可靠的系统中达成可靠共识的机制/算法被称为“拜占庭容错”。

第三，引用了上述问题中提到的“绝对公平”。 这是因为不同的节点使用不同的设备来猜测每一轮的随机数，使得设备最好的节点获得记账权的机会最大。 越大，如果大部分机会都被一个节点占据，那么去中心化就不会这么“去中心化”了。

第四，解决记账权问题的共识机制有很多，大体分为三类：除了比特币和以太坊中的工作量证明之外，还有Proof of stake和Delegate proof of stake。 赌注）。 关于这部分，我们后面会详细介绍。

(4) 交易费用

在共识机制中，我们说过，作为对争夺记账权所付出努力的补偿，每一轮的记账人都可以获得一定数量的代币奖励。 节点获得的代币奖励有什么用？ 如果这种虚拟代币奖励没有实际效用，节点将不会努力争夺代币的记账权，维护每一轮交易信息的共识。

在账户中，我们提到以太坊中的合约其实就是一种账户。 用户编写智能合约后，将发布到区块链网络，智能合约通过共识机制上链。 但是当这个智能合约真正执行时，需要消耗一定的gas。 也就是说，智能合约的执行不是免费的。 如果是转让合同以太坊的诞生时间，用户需要为转让支付一定的手续费。 当智能合约超出转让范围时，例如开发者通过编写智能合约开发应用程序为用户提供服务。 那么这个应用程序在以太坊网络上运行时需要支付gas费用。

而这个燃料费和节点竞争记账权获得的奖励是一样的，都是代币。 这样就产生了对代币的需求，供求机制共同决定了代币的市场价值。 因此，如果使用以太坊网络平台开发更多的应用程序，应用程序的执行将增加对燃料的需求，从而增加代币的价值。 所以从这个角度来说，以太坊等区块链网络平台都在试图构建一个完整的经济体系。

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总结

通过以上介绍，我们知道比特币是一种基于区块链技术的价值传递系统。 在比特币系统中，每个节点都可以通过比特币区块链完成转账交易。 而以太坊将这种转账交易升级为智能合约处理。 在包含转账交易功能的同时，还增加了智能合约的组件，使得以太坊可以实现更复杂的由智能合约决定的功能。