前言，下篇相對上篇主要就以太坊的區(qū)塊鏈架構(gòu)進(jìn)行總結(jié)绑榴，同時(shí)會(huì)結(jié)合同比特幣架構(gòu)的差異性進(jìn)行比對分析哪轿。
一、以太坊區(qū)塊鏈架構(gòu)及要素
以太坊的架構(gòu)基于比特幣翔怎，但同時(shí)是將區(qū)塊鏈作為了一個(gè)可編程的分布式信用基礎(chǔ)設(shè)施窃诉，并支持智能合約應(yīng)用，與僅作為虛擬貨幣支撐的比特幣區(qū)塊鏈有明顯優(yōu)化改進(jìn)赤套，基本架構(gòu)及要素參見下圖所示：
而相對比特幣的改進(jìn)主要體現(xiàn)在以下幾方面
1.前端部分
包括去中心化應(yīng)用飘痛、智能合約開發(fā)工具以及JS框架的引入，主要為解決相對比特幣更為復(fù)雜應(yīng)用場景或全新的領(lǐng)域開發(fā)容握，重點(diǎn)是對智能合約的支持宣脉。這部分會(huì)在后續(xù)關(guān)于智能合約開發(fā)的文章中講解，此處不展開說明唯沮。
這里僅簡單講一下DApp脖旱，DApp是由只能合約和客戶端代碼構(gòu)成，架構(gòu)上類似于傳統(tǒng)Web應(yīng)用介蛉，但是這里智能邏輯部分是運(yùn)行在區(qū)塊鏈上萌庆，客戶端代碼運(yùn)行在特殊瀏覽器Mist中。相對于傳統(tǒng)錢包的簡單支付業(yè)務(wù)币旧，為復(fù)雜的去中心化應(yīng)用的設(shè)計(jì)引入践险。
2.賬戶
以太坊引入了賬戶概念，可劃分為兩種類型：1）外部所有賬戶（EOA）吹菱，即一般意義上的用戶賬戶巍虫；2）合約賬戶（Contract），是一種特殊的可編程賬戶鳍刷，是代碼和數(shù)據(jù)的集合占遥，受代碼控制并由EOA賬戶激活。
如何理解外部所有賬戶和合約賬戶的基本區(qū)別输瓜？
一個(gè)EOA賬戶可以創(chuàng)建和使用自有私鑰對交易進(jìn)行簽名瓦胎，發(fā)送消息給另一個(gè)EOA賬戶或合約賬戶芬萍。兩個(gè)外部所有賬戶之間傳送的消息類似于比特幣的簡單支付交易僅為價(jià)值的轉(zhuǎn)移。但EOA賬戶到合約賬戶的消息會(huì)激活合約賬戶的代碼搔啊。
而合約賬戶可以執(zhí)行圖靈完備的計(jì)算任務(wù)柬祠，并可以在合約賬戶之間傳遞消息。調(diào)用時(shí)负芋，EOA賬戶需要提供一些參數(shù)：EOA地址漫蛔、合約的地址以及數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)部分則包括需要調(diào)用合約里的方法以及傳遞的參數(shù)旧蛾。
不同于EOA賬戶莽龟，合約賬戶不可以自己發(fā)起一個(gè)交易。相反蚜点，合約賬戶只有在接收到一個(gè)交易之后(從一個(gè)EOA賬戶或另一個(gè)合約賬戶處)轧房，為了響應(yīng)此交易而觸發(fā)一個(gè)交易拌阴。
直觀表示如下圖
3.區(qū)塊鏈管理及結(jié)構(gòu)
比特幣的區(qū)塊鏈組織是采用Merkle數(shù)將交易的哈希值按一定的算法組成二叉樹結(jié)構(gòu)绍绘，頂層節(jié)點(diǎn)哈希值相當(dāng)于整個(gè)交易清單的指紋用于驗(yàn)證交易清單。因?yàn)橐蕴灰肓藢ο鬆顟B(tài)管理（即上述賬戶）概念迟赃，除了交易清單還需要保存最新的狀態(tài)陪拘，進(jìn)而帶來了復(fù)雜的校驗(yàn)和查詢需求：
（1）以太坊的狀態(tài)包含一個(gè)鍵值表，即（地址-賬戶聲明對的變量）纤壁，變量包括余額左刽、隨機(jī)數(shù)、代碼和賬戶的存儲(chǔ)酌媒，賬戶的狀態(tài)可以經(jīng)常改變欠痴，其余額、隨機(jī)數(shù)也經(jīng)常變秒咨。
（2）新的賬戶可以被插入喇辽，健在存儲(chǔ)里也可以被插入和刪除。
（3）基于上述兩點(diǎn)雨席，需要引入一種可以在插入菩咨、更新和刪除操作后快速計(jì)算新的樹根哈希值，并不需要重新計(jì)算整棵樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)陡厘。并需要具備：樹的深度是受限的以防止拒絕服務(wù)攻擊抽米；樹的根哈希只是與樹的數(shù)據(jù)有關(guān)，而與更新的順序無關(guān)糙置。
滿足上述要求的實(shí)現(xiàn)即為Patricia樹
而在區(qū)塊鏈的區(qū)塊報(bào)頭中云茸，以太坊實(shí)現(xiàn)上則是存放了3個(gè)根哈希：1）交易的merkle根哈希值；2）狀態(tài)的根哈希值谤饭；3）收據(jù)的根哈希值（收據(jù)的作用會(huì)在后續(xù)部分講到）
直觀表示如下圖
還有一個(gè)和比特幣不一樣的地方标捺，以太坊的區(qū)塊鏈中每個(gè)區(qū)塊保存區(qū)塊鏈號和區(qū)塊難度（引出一個(gè)問題：作用是什么胖笛？）
在區(qū)塊鏈的構(gòu)建上，以太坊也采用了一個(gè)不同于比特幣的算法——GHOST算法宜岛，中文直譯為“貪婪最重觀察子樹”长踊，該算法使得以太坊的區(qū)塊鏈組織不是一個(gè)鏈條，而更像一棵樹萍倡。
4.工作量證明及收益
按照比特幣的挖礦設(shè)計(jì)難度身弊，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生新區(qū)塊的速度被動(dòng)態(tài)控制在10分鐘左右，并且工作量證明僅是依靠CPU的計(jì)算難度來決定列敲。而以太坊的pow（工作量證明）算法經(jīng)過優(yōu)化相比較比特幣的工作量證明相對簡單且更為靈活阱佛。首先，新區(qū)塊的產(chǎn)生被控制在每次15s左右戴而，同時(shí)以太坊的工作量證明機(jī)制加入了內(nèi)存難度凑术，該特點(diǎn)具有抵抗針對單哈希優(yōu)化的ASIC挖礦機(jī)屬性，避免了算力局部集中化的風(fēng)險(xiǎn)所意。
而在礦工的收益方面淮逊，以太坊的獎(jiǎng)勵(lì)制度也要復(fù)雜一些。類似比特幣以太坊在產(chǎn)生一個(gè)新的區(qū)塊時(shí)會(huì)獲取一定的靜態(tài)收益（5個(gè)以太幣）扶踊，礦工還可以依靠交易用戶支付的“燃料”來獲取收益泄鹏，此外還會(huì)獲得一個(gè)產(chǎn)生“叔區(qū)塊”包含入鏈的額外獎(jiǎng)勵(lì)。
這里有必要對“燃料”和“叔區(qū)塊”做一下解釋：
“燃料”——以太坊具有圖靈完備屬性秧耗，在此基礎(chǔ)上存在對無限循環(huán)和跳轉(zhuǎn)指令惡意使用的使用的可能备籽，為了防止針對系統(tǒng)的惡意攻擊，規(guī)定需要每個(gè)交易給出最大的計(jì)算步驟分井，同時(shí)交易人需要支付一定的交易費(fèi)用給與礦工將交易加入?yún)^(qū)塊车猬，該費(fèi)用即為“燃料”〕呙“燃料”決定了交易能否有效執(zhí)行珠闰，如果交易中的實(shí)際運(yùn)行超過了最大計(jì)算步驟則燃料耗盡，交易終止同時(shí)交易費(fèi)用歸屬挖到塊區(qū)的礦工所有缩麸。
“叔區(qū)塊”——也稱為“廢塊”铸磅，是指符合以太坊難度條件產(chǎn)生的區(qū)塊，但是該區(qū)塊里的交易未被確認(rèn)而失效杭朱，這種情況通常發(fā)生在A阅仔、B礦工同時(shí)產(chǎn)生符合條件的區(qū)塊，之后因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)延遲確認(rèn)及區(qū)塊重組導(dǎo)致一方區(qū)塊無效時(shí)出現(xiàn)弧械“司疲“叔區(qū)塊”的引入一方面完善了因?yàn)橐蕴痪W(wǎng)絡(luò)每15s一次更新可能產(chǎn)生大量非區(qū)塊的算力浪費(fèi)的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償，另一方面增強(qiáng)了整個(gè)區(qū)塊量的安全性刃唐，使攻擊者不易模擬帶有廢塊的區(qū)塊鏈主鏈羞迷。
5.圖靈完備界轩、EVM（以太坊虛擬機(jī)）和高級語言
以太坊相比比特幣的創(chuàng)新即引入圖靈完備，進(jìn)而使智能合約的應(yīng)用成為可能衔瓮。同時(shí)浊猾，還具備一個(gè)基礎(chǔ)計(jì)算環(huán)境——以太坊虛擬機(jī)，合約代碼的執(zhí)行均在EVM上進(jìn)行热鞍。
同時(shí)葫慎，以太坊提供高級語言便于編寫智能合約，最終高級語言會(huì)被編譯成為EVM中執(zhí)行的EVM字節(jié)碼薇宠，并部署在以太網(wǎng)區(qū)塊鏈上偷办。目前有提供三種編程語言：
1）Solidity，類似JavaScript語言
2）Serpent澄港，類似Python語言椒涯，整合了低級語言的效率及易用性
3）LLL（Lisp like language），是一個(gè)像Lisp的語言回梧，設(shè)計(jì)簡約有些象匯編語言
6.合約執(zhí)行及事件
以太坊上的合約執(zhí)行是在區(qū)塊驗(yàn)證時(shí)被交易觸發(fā)的废岂，通常是接收到外部賬戶消息所激活，其執(zhí)行過程是異步的漂辐，即沒有返回值無法直接獲知結(jié)果泪喊。因此合約與外部的通信是通過日志事件實(shí)現(xiàn)的，該日志事件是交易執(zhí)行時(shí)產(chǎn)生的收據(jù)一部分髓涯。
而以太坊中的事件是一個(gè)日志和事件監(jiān)測協(xié)議的抽象，日志的記錄中提供合約的地址哈扮、一組最多4個(gè)議題和一些任意長度的二進(jìn)制數(shù)據(jù)纬纪。事件可以利用現(xiàn)有ABI（Application Binary Interface）功能解析日志記錄。
總結(jié)：比特幣滑肉、以太坊的架構(gòu)分析是建立在對系統(tǒng)構(gòu)成要素及基本概念包各、相互之間作用的基礎(chǔ)之上，其中涉及諸多的工作原理靶庙、流程等內(nèi)容都未深入展開及說明问畅，后續(xù)文章中會(huì)針對各主要流程及原理進(jìn)行闡述。
附參考文章：
