背景

以太幣的系統(tǒng)是使用最廣泛的支持完備應(yīng)用開發(fā)的公有區(qū)塊鏈系統(tǒng)。與比特幣相比，以太幣的系統(tǒng)以太坊屬于區(qū)塊鏈2.0的范疇，是為了解決比特幣網(wǎng)絡(luò)的一些問題而重新設(shè)計(jì)的一個(gè)區(qū)塊鏈系統(tǒng)。比特幣的設(shè)計(jì)只適合加密數(shù)字貨幣場景，不具備圖靈完備性，也缺乏保存實(shí)時(shí)狀態(tài)的賬戶概念，而且存在 PoW 機(jī)制帶來的效率和資源浪費(fèi)的問題。比特幣的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)存在著擴(kuò)展性不足的缺陷。隨著比特幣吸引越來越多開發(fā)者和技術(shù)人員的注意，一些用戶嘗試使用比特幣網(wǎng)絡(luò)用于其他數(shù)字貨幣或其他應(yīng)用。但互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，獨(dú)立開發(fā)出區(qū)塊鏈應(yīng)用的難度比較大，用戶需要掌握非常多的軟硬件開發(fā)能力和加密算法，這使得區(qū)塊鏈的應(yīng)用對(duì)于一些用戶來說并沒有那么容易。

以太幣系統(tǒng)以太坊的出現(xiàn)就是幫助用戶更為容易地利用區(qū)塊鏈技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用設(shè)計(jì)。按照巴特林的說法，以太坊的目的是創(chuàng)造一個(gè)更為一般化的區(qū)塊鏈平臺(tái)，這一平臺(tái)可以允許用戶很容易創(chuàng)造基于區(qū)塊鏈的應(yīng)用，避免用戶為創(chuàng)建一個(gè)新的應(yīng)用而不得不建立一個(gè)區(qū)塊鏈。通俗地講，此前的區(qū)塊鏈（如比特幣）只是一個(gè)單一的工具或最多是一個(gè)多功能的工具組合，而以太坊則是區(qū)塊鏈的智能手機(jī)，用戶可以利用智能手機(jī)建立他所需要的任何“應(yīng)用” 。因此巴特林表示，區(qū)塊鏈的應(yīng)用并不僅限于加密貨幣，它有著巨大的潛力，適用于各行各業(yè)，能為各企業(yè)和各種規(guī)模的組織帶來顯著好處。通過提供這樣一個(gè)高度泛化的平臺(tái)，以太坊允許用戶在不需要?jiǎng)?chuàng)建自有區(qū)塊鏈的同時(shí)，建立使用廣泛的應(yīng)用程序。以太坊的愿景成為“世界計(jì)算機(jī)”：用戶就像使用計(jì)算機(jī)一樣簡單快捷建立基于區(qū)塊鏈的應(yīng)用，享受區(qū)塊鏈所帶來的分散化和安全好處。這使得以太坊的應(yīng)用前景廣闊。理論上，以太坊是一個(gè)通用的平臺(tái)，可以用于各種各樣的應(yīng)用，但到為止大部分的應(yīng)用都與金融有關(guān)。不過，除金融應(yīng)用程序之外，任何需要信任、安全和永久存儲(chǔ)的環(huán)境都可能受到以太坊平臺(tái)的巨大影響，例如資產(chǎn)注冊(cè)、選舉、政府管理以及物聯(lián)網(wǎng)等。

特點(diǎn)

相較于較大多數(shù)其他加密貨幣或區(qū)塊鏈技術(shù)，以太幣的特點(diǎn)包括下列：

編程語言

Gavin Wood寫的《以太坊黃皮書》中定義了以太虛擬機(jī)的運(yùn)作流程。智能合約可以專門為此開發(fā)的Solidity編程語言寫成，或是Python的一個(gè)變體Serpent，或是LLL。以太虛擬機(jī)也可以在Mutan上運(yùn)行。智能合約之后會(huì)編譯成字節(jié)碼，然后發(fā)布在以太坊區(qū)塊鍵上。

運(yùn)行效率

將所有合約存在區(qū)塊鏈上每個(gè)結(jié)點(diǎn)的作法有好有壞。主要的缺點(diǎn)是所有的結(jié)點(diǎn)都同時(shí)要運(yùn)算所有的合約，因此速度較慢。開發(fā)人員正研究將數(shù)據(jù)切分（Sharding）的技術(shù)套用至以太坊。2016年9月 Buterin 發(fā)表了改善可擴(kuò)展性的企畫。截至2016年1月，以太坊每秒可以處理25個(gè)交易。

區(qū)塊多樣

存在一種區(qū)塊—叔塊（uncle block），用于歸納那些因?yàn)樗俣容^慢而未及時(shí)被收入母鏈的較短區(qū)塊鏈。這個(gè)區(qū)塊的產(chǎn)生是因?yàn)橐蕴珟诺膮^(qū)塊時(shí)間是20秒左右，相對(duì)于比特幣，更容易出現(xiàn)臨時(shí)分叉。而且較短的區(qū)塊時(shí)間，也使得區(qū)塊在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中更難以充分傳播，尤其是對(duì)那些網(wǎng)速慢的礦工，這是一種極大的不公平。為了平衡各方利益，設(shè)計(jì)了這樣一個(gè)叔塊機(jī)制。叔塊在全部挖掘出來的區(qū)塊中占的比例叫叔塊率。

技術(shù)架構(gòu)

智能合約層

智能合約賦予賬本可編程的特性，區(qū)塊鏈 2.0 通過虛擬機(jī)的方式運(yùn)行代碼實(shí)現(xiàn)智能合約的功能，比如以太幣的以太坊虛擬機(jī)（EVM）。同時(shí)，這一層通過在智能合約上添加能夠與用戶交互的前臺(tái)界面，形成去中心化的應(yīng)用（DAPP）。當(dāng)然，在某些技術(shù)文檔中認(rèn)為DAPP 應(yīng)該在智能合約層之上單獨(dú)為應(yīng)用層，也是有一定道理，只要不影響理解即可。

激勵(lì)層

激勵(lì)層主要實(shí)現(xiàn)以太幣的發(fā)行和分配機(jī)制，以太幣不是數(shù)字貨幣，而是定位于平臺(tái)運(yùn)行的燃料，運(yùn)行智能合約和發(fā)送交易都需要向礦工支付一定的以太幣。以太幣可以通過挖礦獲得，礦工每挖到一個(gè)區(qū)塊固定獎(jiǎng)勵(lì) 5 個(gè)以太幣。

共識(shí)層

共識(shí)層主要實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)所有節(jié)點(diǎn)對(duì)交易和數(shù)據(jù)達(dá)成一致，以太坊采用兩種共識(shí)機(jī)制，初期采用工作量證明機(jī)制（POW），待網(wǎng)絡(luò)中的以太幣充分流通和分散后，改為采用交易速度更快、無資源消耗的權(quán)益證明機(jī)制（POS），從而有效地避免了純 POS 機(jī)制導(dǎo)致的初期權(quán)益分配不公平的情況。

網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層主要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的連接和通信，又稱“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)技術(shù)”，是沒有中心服務(wù)器、依靠用戶群交換信息的互聯(lián)網(wǎng)體系。與有中心服務(wù)器的中央網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不同，對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的每個(gè)用戶端既是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，也有服務(wù)器的功能，其具有去中心化與健壯性等特點(diǎn)。

數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層最底層的技術(shù)，是一切的基礎(chǔ)，主要實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)功能，一個(gè)是相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，另一個(gè)是賬戶和交易的實(shí)現(xiàn)與安全。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)主要基于 Merkle 樹，通過區(qū)塊的方式和鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，大多以 KV 數(shù)據(jù)庫的方式實(shí)現(xiàn)持久化，比如以太坊采用 LevelDB。賬號(hào)和交易的實(shí)現(xiàn)基于數(shù)字簽名、哈希函數(shù)和非對(duì)稱加密技術(shù)等多種密碼學(xué)算法和技術(shù)，保證了交易在去中心化的情況下能夠安全地進(jìn)行。