原文：What is Ethereum?

以太坊是“世界計(jì)算機(jī)”冬念。這是以太坊平臺(tái)最常見的描述之一提前。但是支竹，這是什么意思旋廷？讓我們嘗試以計(jì)算機(jī)科學(xué)為重點(diǎn)的描述開始，然后嘗試通過對(duì)以太坊的功能和特性進(jìn)行更實(shí)際的分析來解讀礼搁，同時(shí)將其與比特幣和其他分布式分類帳本技術(shù)進(jìn)行比較（為簡(jiǎn)單起見饶碘，我們經(jīng)常會(huì)參考作為“區(qū)塊鏈”）。

從計(jì)算機(jī)科學(xué)的角度來看馒吴，以太坊是一個(gè)確定性但實(shí)際上無界的狀態(tài)機(jī)扎运，具有兩個(gè)基本功能; 第一個(gè)是全局可訪問的單例狀態(tài)，第二個(gè)是將更改應(yīng)用于該狀態(tài)的虛擬機(jī)饮戳。

從更實(shí)際的角度來看豪治，以太坊是一個(gè)開源的、全球分布的計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施扯罐，執(zhí)行稱為智能合約的程序负拟。它使用區(qū)塊鏈來同步和存儲(chǔ)系統(tǒng)狀態(tài)以及名為ether的加密貨幣，以計(jì)量和約束執(zhí)行資源成本歹河。

以太坊平臺(tái)使開發(fā)人員能夠構(gòu)建具有內(nèi)置經(jīng)濟(jì)功能的強(qiáng)大去中心化應(yīng)用程序掩浙。在提供持續(xù)正常運(yùn)行時(shí)間的同時(shí)，它還減少或消除了審查秸歧，第三方界面和交易對(duì)手風(fēng)險(xiǎn)厨姚。

與比特幣對(duì)比

很多人會(huì)帶著加密貨幣的先前經(jīng)驗(yàn)來到以太坊，特別是比特幣键菱。以太坊與其他開放區(qū)塊鏈共享許多共同元素：連接參與者的P2P網(wǎng)絡(luò)谬墙，狀態(tài)同步的共識(shí)算法（工作量證明），數(shù)字貨幣（ether）和全局分類賬本（區(qū)塊鏈）纱耻。

區(qū)塊鏈的組成部分

開放的公共區(qū)塊鏈的組成部分（通常）是：

• 基于標(biāo)準(zhǔn)化的“gossip”協(xié)議芭梯，連接參與者和傳播交易以及驗(yàn)證交易區(qū)塊的P2P網(wǎng)絡(luò)。
• 在狀態(tài)機(jī)中實(shí)現(xiàn)的一組共識(shí)規(guī)則弄喘。
• 以交易形式表示狀態(tài)轉(zhuǎn)換的消息玖喘。
• 根據(jù)共識(shí)規(guī)則處理交易的狀態(tài)機(jī)。
• 分布式數(shù)據(jù)庫蘑志，即區(qū)塊鏈累奈，記錄所有狀態(tài)轉(zhuǎn)換的日志贬派。
• 一種共識(shí)算法（例如，工作證明）澎媒，強(qiáng)制參與者通過共識(shí)規(guī)則進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)和約束來分散對(duì)區(qū)塊鏈的控制搞乏。
• 上面的一個(gè)或多個(gè)開源軟件實(shí)現(xiàn)。

所有或大多數(shù)這些組件通常組合在一個(gè)軟件客戶端中戒努。例如请敦，在比特幣中，參考實(shí)現(xiàn)由Bitcoin core開源項(xiàng)目開發(fā)储玫，并作為比特幣客戶端實(shí)現(xiàn)侍筛。在以太坊中，不是參考實(shí)現(xiàn)撒穷，而是有一個(gè)參考規(guī)范匣椰，黃皮書中系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述。有許多客戶端是根據(jù)參考規(guī)范構(gòu)建的端礼。

在過去禽笑，我們使用術(shù)語“區(qū)塊鏈”來表示上述所有組件，作為包含上述所有特征的技術(shù)組合的簡(jiǎn)寫參考蛤奥。然而佳镜，今天，區(qū)塊鏈這個(gè)詞已被營(yíng)銷人員和奸商所稀釋凡桥，他們希望炒作他們的項(xiàng)目邀杏，并為他們的初創(chuàng)公司獲得不切實(shí)際的估值。它本身實(shí)際上毫無意義唬血。我們需要限定符來幫助我們理解所討論的區(qū)塊鏈的特征，例如開放唤崭、公共拷恨、全球、去中心化谢肾、中立和審查制度腕侄，以確定這些組件允許的“區(qū)塊鏈”系統(tǒng)的重要新興特征。

并非所有區(qū)塊鏈都生而平等芦疏。當(dāng)你被告知某些東西是區(qū)塊鏈時(shí)冕杠，你還沒有得到答案，而是你需要開始提出很多問題來澄清“區(qū)塊鏈”的含義酸茴。首先詢問上述組件的描述分预，然后詢問這個(gè)“區(qū)塊鏈”是否具有開放、公共等特征薪捍。

以太坊的發(fā)展

在許多方面笼痹，以太坊的目的和構(gòu)造都與之前的開放區(qū)塊鏈（包括比特幣）截然不同配喳。

以太坊的目的主要不是數(shù)字貨幣支付網(wǎng)絡(luò)。雖然數(shù)字貨幣ether對(duì)于以太坊的運(yùn)營(yíng)而言都是不可或缺的凳干，但ether是用作支付使用以太坊平臺(tái)的公用事業(yè)貨幣晴裹。

與具有非常有限的腳本語言的比特幣不同，以太坊被設(shè)計(jì)為通用可編程區(qū)塊鏈救赐，其運(yùn)行能夠執(zhí)行任意和無限復(fù)雜代碼的虛擬機(jī)涧团。比特幣的腳本語言被故意限制為對(duì)支出條件的簡(jiǎn)單真/假評(píng)估，以太坊的語言是圖靈完備经磅，這意味著它等同于可以運(yùn)行理論圖靈機(jī)可以運(yùn)行的任何計(jì)算的通用計(jì)算機(jī)泌绣。

以太坊的誕生

所有偉大的創(chuàng)新都解決了實(shí)際問題，以太坊也不例外馋贤。以太坊是在人們認(rèn)識(shí)到比特幣模型的力量赞别，并試圖超越加密貨幣應(yīng)用程序的應(yīng)用，進(jìn)入其他項(xiàng)目的時(shí)候構(gòu)思出來的配乓。但開發(fā)人員面臨一個(gè)難題：他們要么需要建立在比特幣之上仿滔，要么開始新的區(qū)塊鏈。以比特幣為基礎(chǔ)意味著生活在網(wǎng)絡(luò)的故意限制之內(nèi)并試圖找到變通方法犹芹。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的有限類型和大小似乎限制了可以作為第二層解決方案運(yùn)行的應(yīng)用程序類型崎页。程序員需要構(gòu)建僅使用有限變量集，交易類型和數(shù)據(jù)的系統(tǒng)腰埂。對(duì)于需要更多自由飒焦，更大靈活性的項(xiàng)目，啟動(dòng)新的區(qū)塊鏈?zhǔn)俏ㄒ坏倪x擇屿笼。

2013年底牺荠，年輕的程序員和比特幣愛好者Vitalik Buterin開始考慮進(jìn)一步擴(kuò)展比特幣和Mastercoin（一種將比特幣擴(kuò)展到提供基本智能合約的覆蓋協(xié)議）的功能。2013年10月驴一，Vitalik為Mastercoin團(tuán)隊(duì)提出了一種更為通用的方法休雌，即允許靈活且可編寫腳本（但不是圖靈完備）的合約取代Mastercoin的專業(yè)合約語言。雖然Mastercoin團(tuán)隊(duì)留下了深刻的印象肝断，但這個(gè)提議過于激進(jìn)杈曲，無法適應(yīng)他們的發(fā)展路線圖。

2013年12月胸懈，Vitalik開始分享一份白皮書担扑，概述了以太坊背后的理念：圖靈完備可編程和通用區(qū)塊鏈。幾十人看到了這個(gè)早期的草案趣钱，并向Vitalik提供了反饋涌献，幫助他逐步改進(jìn)提案。

本書的兩位作者都收到了白皮書的早期草稿并對(duì)其進(jìn)行了評(píng)論羔挡。Andreas M. Antonopoulos對(duì)這個(gè)想法很感興趣洁奈，并向Vitalik詢問了許多關(guān)于使用單獨(dú)的區(qū)塊鏈來強(qiáng)制執(zhí)行關(guān)于智能合約執(zhí)行的共識(shí)規(guī)則以及圖靈完備語言含義的問題间唉。Andreas繼續(xù)非常感興趣地關(guān)注以太坊的發(fā)展，但是在撰寫他的著作“精通比特幣”的早期階段利术，直到很久以后才直接參與以太坊呈野。然而，Gavin Wood博士是第一批接觸Vitalik并提供幫助他的C++編程技能的人之一印叁。Gavin成為以太坊的聯(lián)合創(chuàng)始人被冒，聯(lián)合設(shè)計(jì)師兼首席技術(shù)官。

正如Vitalik在他的"Ethereum Prehistory"中所述：

這是以太坊協(xié)議完全是我自己創(chuàng)造的時(shí)候轮蜕。然而昨悼，從現(xiàn)在開始，新的參與者開始加入這一行列跃洛。
到目前為止率触，協(xié)議方面最突出的是Gavin Wood。

...

通過將以太坊作為構(gòu)建可編程貨幣的平臺(tái)汇竭，以及基于區(qū)塊鏈的合約葱蝗，可以保存數(shù)字資產(chǎn)并根據(jù)預(yù)先
設(shè)定的規(guī)則將其轉(zhuǎn)移到通用計(jì)算平臺(tái)，Gavin也可以在很大程度上歸功于視覺的細(xì)微變化细燎。
這開始于重點(diǎn)和術(shù)語的微妙變化两曼，隨后越來越強(qiáng)調(diào)“Web 3”集合，將以太坊視為
一組去中心化技術(shù)的一部分玻驻，另外兩個(gè)是Whisper和Swarm悼凑，這種影響變得更強(qiáng)。

從2013年12月開始璧瞬，Vitalik和Gavin一起完善和改進(jìn)了這個(gè)想法户辫，共同構(gòu)建了成為以太坊的協(xié)議層。

以太坊的創(chuàng)始人正在考慮不是針對(duì)特定目的的區(qū)塊鏈嗤锉，而是通過編程支持各種各樣的應(yīng)用程序寸莫。這個(gè)想法是通過使用像以太坊這樣的通用區(qū)塊鏈，開發(fā)人員可以編程他們的特定應(yīng)用程序档冬，而無需引導(dǎo)P2P網(wǎng)絡(luò)，區(qū)塊鏈桃纯，共識(shí)算法等的底層機(jī)制酷誓。以太坊平臺(tái)旨在抽象這些詳細(xì)信息并為去中心化的區(qū)塊鏈應(yīng)用程序提供確定性和安全的編程環(huán)境。

就像Satoshi态坦，Vitalik和Gavin不僅僅發(fā)明了一項(xiàng)新技術(shù)一樣盐数，他們以一種新穎的方式將新發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相結(jié)合，并提供源代碼以向世界證明他們的想法伞梯。

創(chuàng)始人工作多年玫氢，建立和完善愿景帚屉。2015年7月30日，第一個(gè)以太坊區(qū)塊被開采漾峡」サ“世界計(jì)算機(jī)”開始為世界服務(wù)......

Vitalik Buterin的文章“以太坊的前史”于2017年9月出版，為以太坊最早的時(shí)刻提供了一個(gè)迷人的第一人稱視角生逸。

你可以在https://vitalik.ca/general/2017/09/14/prehistory.html上閱讀牢屋。

以太坊的四個(gè)發(fā)展階段

以太坊的誕生是第一階段的發(fā)布，名為“Frontier”槽袄。以太坊的發(fā)展計(jì)劃分為四個(gè)不同的階段烙无，每個(gè)新階段都會(huì)發(fā)生重大變化。每個(gè)階段可能包括子版本遍尺，稱為“硬分叉”截酷，以不向后兼容的方式更改功能铐懊。

四個(gè)主要發(fā)展階段是代號(hào)為Frontier屹培，Homestead，Metropolis和Serenity畸悬。中間硬分叉代號(hào)為“Ice Age”歧蕉，“DAO”灾部，“Tangerine Whistle”，“Spurious Dragon”惯退，“Byzantium”和“Constantinople”赌髓。下面列出了硬分叉發(fā)生的區(qū)塊編號(hào)：

Block #0

"Frontier" - 以太坊的初始階段，持續(xù)時(shí)間為2015年7月30日至2016年3月催跪。

Block #200,000

"Ice Age" - 引入指數(shù)難度增加的硬分叉锁蠕，促使向 Proof-of-Stake 過渡。

Block #1,150,000

"Homestead" - 以太坊的第二階段懊蒸，于2016年3月推出荣倾。

Block #1,192,000

"DAO" - 扭轉(zhuǎn)了被攻擊的DAO合約并導(dǎo)致以太坊和以太坊經(jīng)典分裂成兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)系統(tǒng)的硬分叉。

Block #2,463,000

"Tangerine Whistle" - 改變某些IO運(yùn)算的gas計(jì)算骑丸，并從拒絕服務(wù)攻擊中清除累積狀態(tài)舌仍，該攻擊利用了這些操作的低gas成本。

Block #2,675,000

"Spurious Dragon" - 一個(gè)解決更多拒絕服務(wù)攻擊媒介的硬分叉通危，以及另一種狀態(tài)清除铸豁。此外，還有重播攻擊保護(hù)機(jī)制菊碟。

現(xiàn)在的狀態(tài)

我們目前處于“Metropolis”階段节芥，計(jì)劃作為代號(hào)為Byzantium和Constantinople的兩個(gè)硬分叉。Byzantium于2017年10月生效，預(yù)計(jì)到2018年中期Constantinople头镊。

Block #4,370,000

"Metropolis Byzantium" - Metropolis是以太坊的第三個(gè)階段蚣驼，目前在撰寫本書時(shí)，于2017年10月推出.Byzantium是Metropolis的兩個(gè)硬分叉中的第一個(gè)相艇。

未來的計(jì)劃

在Metropolis'Byzantium硬叉之后颖杏，還有一個(gè)為Metropolis計(jì)劃的硬叉。大都會(huì)之后是以太坊部署的最后階段厂捞，代號(hào)為Serenity输玷。

Constantinople

Metropolis階段的第二部分，計(jì)劃于2018年中期靡馁。預(yù)計(jì)將包括切換到混合POW/POS共識(shí)算法欲鹏，以及其他變更。

Serenity

以太坊的第四個(gè)也是最后一個(gè)階段臭墨。Serenity尚未有計(jì)劃的發(fā)布日期赔嚎。

以太坊：通用區(qū)塊鏈

原始區(qū)塊鏈（比特幣的區(qū)塊鏈）跟蹤比特幣的單位狀態(tài)及其所有權(quán)。你可以將比特幣視為分布式共識(shí)狀態(tài)機(jī)胧弛，其中交易導(dǎo)致全局狀態(tài)轉(zhuǎn)換尤误，從而改變硬幣的所有權(quán)。狀態(tài)轉(zhuǎn)換受到共識(shí)規(guī)則的約束结缚，允許所有參與者在挖掘幾個(gè)區(qū)塊之后（最終）收斂于系統(tǒng)的共同（共識(shí)）狀態(tài)损晤。

以太坊也是一個(gè)分布式狀態(tài)機(jī)。但是红竭，以太坊不僅僅跟蹤貨幣所有權(quán)狀態(tài)尤勋，而是跟蹤通用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。一般來說茵宪，我們指的是任何可以表示為鍵值元組的數(shù)據(jù)最冰。鍵值數(shù)據(jù)存儲(chǔ)只存儲(chǔ)由某個(gè)鍵引用的任意值。例如稀火，存儲(chǔ)值“Mastering Ethereum”暖哨，由“Book Title”鍵引用。在某些方面凰狞，這與通用計(jì)算機(jī)使用的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（RAM）的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模型具有相同的目的篇裁。以太坊有記憶它存儲(chǔ)代碼和數(shù)據(jù)，并使用以太坊區(qū)塊鏈來跟蹤內(nèi)存隨時(shí)間的變化情況赡若。與通用存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)一樣茴恰，以太坊可以將代碼加載到其狀態(tài)機(jī)中并運(yùn)行該代碼，將結(jié)果狀態(tài)更改存儲(chǔ)在其區(qū)塊鏈中斩熊。與通用計(jì)算機(jī)的兩個(gè)關(guān)鍵區(qū)別在于，以太坊狀態(tài)變化由共識(shí)規(guī)則控制伐庭，并且狀態(tài)全局分布在共享分類賬上粉渠。以太坊回答了這樣一個(gè)問題：“如果我們能夠跟蹤任意狀態(tài)并對(duì)狀態(tài)機(jī)進(jìn)行編程分冈，創(chuàng)建一個(gè)在共識(shí)下運(yùn)行的全球計(jì)算機(jī)怎么辦？”霸株。

以太坊的組成部分

在以太坊中雕沉，描述的區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的組件更具體地說：

P2P網(wǎng)絡(luò)

以太坊在以太坊主網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行，該網(wǎng)絡(luò)可在TCP端口30303上尋址去件，并運(yùn)行一個(gè)名為DΞVp2p的協(xié)議坡椒。

共識(shí)規(guī)則

以太坊的共識(shí)規(guī)則，在參考規(guī)范中定義尤溜。

交易

以太坊交易是網(wǎng)絡(luò)消息倔叼，包括（其中包括）發(fā)送者，接收者宫莱，值和數(shù)據(jù)的有效載荷丈攒。

狀態(tài)機(jī)

以太坊狀態(tài)轉(zhuǎn)換由以太坊虛擬機(jī)（EVM）處理，這是一個(gè)執(zhí)行字節(jié)碼（機(jī)器語言指令）的基于堆棧的虛擬機(jī)授霸。稱為“智能合約”的EVM程序是用高級(jí)語言編寫的（例如Solidity）巡验，并編譯為字節(jié)碼以便在EVM上執(zhí)行。

Blockchain

以太坊的區(qū)塊鏈作為數(shù)據(jù)庫（通常是Google的LevelDB）本地存儲(chǔ)在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上碘耳，該數(shù)據(jù)庫包含稱為Merkle Patricia Tree的序列化哈希數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的交易和系統(tǒng)狀態(tài)显设。

共識(shí)算法

以太坊目前使用名為Ethash的Proof-of-Work算法，但有計(jì)劃在不久的將來過渡到代號(hào)為Casper的Proof-of-Stake系統(tǒng)辛辨。

客戶端

以太坊有幾種可互操作的客戶端軟件實(shí)現(xiàn)捕捂，其中最突出的是Go-Ethereum（Geth）和Parity。

進(jìn)一步參考

以太坊黃皮書：https://ethereum.github.io/yellowpaper/paper.pdf
“Beige Paper”：用不太正式的語言為更廣泛的受眾重寫“黃皮書”：https://github.com/chronaeon/beigepaper
DΞVp2p網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：https://github.com/ethereum/wiki/wiki/%C3%90%CE%9EVp2p-Wire-Protocol
以太坊虛擬機(jī)Awesome List：https://github.com/ethereum/wiki/wiki/Ethereum-Virtual-Machine-(EVM)-Awesome-List
LevelDB數(shù)據(jù)庫（最常用于存儲(chǔ)區(qū)塊鏈的本地副本）：http://leveldb.org
Merkle Patricia Trees：https://github.com/ethereum/wiki/wiki/Patricia-Tree
Ethash工作證明共識(shí)算法：https://github.com/ethereum/wiki/wiki/Ethash
Casper Proof-of-Stake v1實(shí)施指南：https://github.com/ethereum/research/wiki/Casper-Version-1-Implementation-Guide
Go-Ethereum（Geth）客戶：https://geth.ethereum.org/
Parity以太坊客戶：https://parity.io/

以太坊和圖靈完備性

一旦你開始閱讀以太坊愉阎，你會(huì)立即聽到“圖靈完備”一詞绞蹦。他們說，以太坊與比特幣不同榜旦，是“圖靈完備”幽七。這到底是什么意思呢？

術(shù)語“圖靈完備”以英國(guó)數(shù)學(xué)家艾倫·圖靈（Alan Turing）的名字命名溅呢，他被認(rèn)為是計(jì)算機(jī)科學(xué)之父澡屡。1936年，他創(chuàng)建了一個(gè)計(jì)算機(jī)的數(shù)學(xué)模型咐旧，該計(jì)算機(jī)由一個(gè)操縱符號(hào)的狀態(tài)機(jī)組成驶鹉，通過在順序存儲(chǔ)器上讀取和寫入它們（類似于無限長(zhǎng)的磁帶）。通過這種結(jié)構(gòu)铣墨，Alan Turing繼續(xù)提供數(shù)學(xué)基礎(chǔ)來回答（否定的）關(guān)于通用可計(jì)算性的問題室埋，這意味著是否所有問題都是可解決的。他證明了存在一些無法計(jì)算的問題。具體來說姚淆，他證明了停機(jī)問題（試圖評(píng)估程序是否最終會(huì)停止運(yùn)行）是不可解決的孕蝉。

Alan Turing進(jìn)一步將系統(tǒng)定義為Turing Complete，如果它可用于模擬任何圖靈機(jī)腌逢。這種系統(tǒng)稱為通用圖靈機(jī)（UTM）降淮。

以太坊能夠在稱為以太坊虛擬機(jī)的狀態(tài)機(jī)中執(zhí)行存儲(chǔ)程序，同時(shí)向內(nèi)存讀取和寫入數(shù)據(jù)搏讶，使其成為圖靈完備系統(tǒng)佳鳖，因此成為通用圖靈機(jī)∶教瑁考慮到有限存儲(chǔ)器的限制系吩，以太坊可以計(jì)算任何可由任何圖靈機(jī)計(jì)算的算法。

以太坊的突破性創(chuàng)新是將存儲(chǔ)程序計(jì)算機(jī)的通用計(jì)算體系結(jié)構(gòu)與去中心化的區(qū)塊鏈相結(jié)合吓笙，從而創(chuàng)建分布式單狀態(tài)（單例）世界計(jì)算機(jī)淑玫。以太坊程序“無處不在”，但產(chǎn)生一個(gè)共識(shí)狀態(tài)面睛，由共識(shí)規(guī)則保證絮蒿。

圖靈完備性作為“特征”

聽說以太坊是圖靈完備，你可能會(huì)得出結(jié)論叁鉴，這是一個(gè)在圖靈不完整的系統(tǒng)中某種程度上缺乏的功能土涝。相反，它恰恰相反幌墓。需要非常集中精力來約束系統(tǒng)但壮，使其不是圖靈完備。即使是最簡(jiǎn)單的狀態(tài)機(jī)常侣，也會(huì)出現(xiàn)圖靈完備性蜡饵。實(shí)際上，已知的最簡(jiǎn)單的圖靈完備狀態(tài)機(jī)（Rogozhin胳施，1996）有4個(gè)狀態(tài)并使用6個(gè)符號(hào)溯祸，狀態(tài)定義只有22個(gè)指令長(zhǎng)。

圖靈完備性不僅可以在最簡(jiǎn)單的系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)舞肆，而且被設(shè)計(jì)為受限制的系統(tǒng)使得它們是圖靈不完備的焦辅，通常被發(fā)現(xiàn)是“意外圖靈完備”。圖靈不完備的約束系統(tǒng)設(shè)計(jì)起來比較困難椿胯，必須小心維護(hù)才能保持圖靈不完備筷登。

可以在此處找到“意外圖靈完備”系統(tǒng)的有趣參考：http://beza1e1.tuxen.de/articles/accidentally_turing_complete.html

以太坊是圖靈完備的事實(shí)意味著任何復(fù)雜程序都可以在以太坊中計(jì)算出來。但這種靈活性帶來了一些棘手的安全和資源管理問題哩盲。

圖靈完備性的含義

圖靈證明前方，你無法通過在計(jì)算機(jī)上模擬程序來預(yù)測(cè)程序是否會(huì)終止狈醉。簡(jiǎn)單來說，我們無法在不運(yùn)行程序的情況下預(yù)測(cè)程序的路徑惠险。圖靈完備系統(tǒng)可以在“無限循環(huán)”中運(yùn)行舔糖，這是一個(gè)術(shù)語（過度簡(jiǎn)化）用于描述不終止的程序。創(chuàng)建一個(gè)運(yùn)行永不結(jié)束的循環(huán)的程序是微不足道的莺匠。但是由于起始條件和代碼之間的復(fù)雜交互，無意中永無止境的循環(huán)可以在沒有警告的情況下出現(xiàn)十兢。在以太坊中趣竣，這提出了一個(gè)挑戰(zhàn)：每個(gè)參與節(jié)點(diǎn)（客戶端）必須驗(yàn)證每個(gè)交易，運(yùn)行它調(diào)用的任何智能合約旱物。但正如圖靈所證明的那樣遥缕，以太坊無法預(yù)測(cè)智能合約是否將終止，或者它將運(yùn)行多長(zhǎng)時(shí)間而不實(shí)際運(yùn)行（可能永遠(yuǎn)運(yùn)行）宵呛。無論是偶然的单匣，或者有目的的，可以創(chuàng)建智能合約宝穗，使其在節(jié)點(diǎn)嘗試驗(yàn)證它時(shí)永遠(yuǎn)運(yùn)行户秤，實(shí)際上是拒絕服務(wù)攻擊。當(dāng)然逮矛，在需要一毫秒驗(yàn)證的程序和一個(gè)永遠(yuǎn)運(yùn)行的程序之間存在無限范圍的令人討厭的資源占用鸡号、內(nèi)存膨脹、CPU過熱程序须鼎，這些程序只會(huì)浪費(fèi)資源鲸伴。在世界計(jì)算機(jī)中，濫用資源的程序會(huì)濫用世界資源晋控。如果無法預(yù)先預(yù)測(cè)資源使用情況汞窗，以太坊如何限制智能合約使用的資源？

為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)赡译，以太坊引入了一種稱為gas的計(jì)量機(jī)制仲吏。當(dāng)EVM執(zhí)行智能合約時(shí)，它會(huì)仔細(xì)考慮每條指令（計(jì)算捶朵，數(shù)據(jù)訪問等）蜘矢。每條指令都有一個(gè)以gas為單位的預(yù)定成本。當(dāng)交易觸發(fā)智能合約的執(zhí)行時(shí)综看，它必須包含一定量的gas品腹，用于設(shè)置運(yùn)行智能合約時(shí)可以消耗的計(jì)算上限。如果計(jì)算消耗的gas量超過交易中可用的gas红碑，則EVM將終止執(zhí)行舞吭。gas是以太坊用來允許圖靈完備計(jì)算同時(shí)限制任何程序可以消耗的資源的機(jī)制泡垃。

2015年，攻擊者開發(fā)了EVM指令羡鸥，其成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于應(yīng)有的成本蔑穴。這允許攻擊者創(chuàng)建使用大量?jī)?nèi)存的交易并花費(fèi)幾分鐘來驗(yàn)證。為了解決這一攻擊惧浴，以太坊不得不改變其gas核算公式存和，以便在向后不兼容（硬分叉）變化中獲得某些指令。但是衷旅，即使進(jìn)行了這項(xiàng)更改捐腿，以太坊客戶也必須跳過驗(yàn)證這些交易或浪費(fèi)數(shù)周時(shí)間來驗(yàn)證這些交易。

從通用區(qū)塊鏈到去中心化應(yīng)用（DApps）

以太坊開始作為一種制作通用區(qū)塊鏈的方法柿顶，該區(qū)塊鏈可以被編程用于各種用途茄袖。但很快，以太坊的愿景擴(kuò)展到成為去中心化應(yīng)用程序（DApps）編程的平臺(tái)嘁锯。DApps代表了比“智能合約”更廣泛的視角宪祥。DApp至少是智能合約和Web用戶界面。更廣泛地說家乘，DApp是一個(gè)基于開放蝗羊、去中心化、p2p基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)構(gòu)建的Web應(yīng)用程序烤低。

DApp至少由以下組成：

• 區(qū)塊鏈上的智能合約肘交。
• Web前端用戶界面。

此外扑馁，許多DApps還包括其他去中心化的組件涯呻，例如：

• 去中心化（P2P）存儲(chǔ)協(xié)議和平臺(tái)。
• 去中心化（P2P）消息傳遞協(xié)議和平臺(tái)腻要。

發(fā)展萬維網(wǎng)

2004年，“Web 2.0”這個(gè)術(shù)語變得突出顷编，描述了Web向用戶生成內(nèi)容戚炫，響應(yīng)式界面和交互性的演變。Web 2.0不是技術(shù)規(guī)范媳纬，而是描述Web應(yīng)用程序新焦點(diǎn)的術(shù)語双肤。

DApps的概念旨在使萬維網(wǎng)進(jìn)入下一個(gè)自然發(fā)展階段施掏，將對(duì)等協(xié)議的去中心化引入Web應(yīng)用程序的各個(gè)方面。用于描述這種演變的術(shù)語是Web 3茅糜，意思是Web的第三個(gè)“版本”七芭。Web 3首先由Gavin Wood提出，代表了Web應(yīng)用程序的新愿景和重點(diǎn)：從集中擁有和托管應(yīng)用程序到基于去中心化協(xié)議的應(yīng)用程序蔑赘。

在后面的章節(jié)中狸驳，我們將探索以太坊web3.js JavaScript庫，它將瀏覽器中運(yùn)行的JavaScript應(yīng)用程序與以太坊區(qū)塊鏈聯(lián)系起來缩赛。web3.js庫還包括一個(gè)名為Swarm的P2P存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)接口和一個(gè)名為Whisper的P2P消息服務(wù)锌历。通過在Web瀏覽器中運(yùn)行的JavaScript庫中包含這三個(gè)組件，開發(fā)人員可以使用完整的應(yīng)用程序開發(fā)套件來構(gòu)建web3 DApp：

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圖1. Web3：一套去中心化的應(yīng)用程序組件峦筒，用于Web的下一代發(fā)展

以太坊的發(fā)展文化

到目前為止，我們已經(jīng)討論過以太坊的目標(biāo)和技術(shù)與之前的其他區(qū)塊鏈有何不同窗慎，比如比特幣物喷。以太坊也有著截然不同的發(fā)展文化。

在比特幣中遮斥，開發(fā)遵循保守原則：所有變更都經(jīng)過仔細(xì)研究峦失，以確保沒有任何現(xiàn)有系統(tǒng)中斷。在大多數(shù)情況下术吗，只有在向后兼容時(shí)才會(huì)實(shí)施更改尉辑。允許現(xiàn)有客戶“選擇加入”，但如果他們決定不升級(jí)较屿，則會(huì)繼續(xù)運(yùn)營(yíng)隧魄。

相比之下，在以太坊隘蝎，發(fā)展文化的重點(diǎn)是速度和創(chuàng)新购啄。口頭禪是“快速行動(dòng)嘱么，破壞事物”狮含。如果需要進(jìn)行更改，則會(huì)實(shí)現(xiàn)更改曼振，即使這意味著使先前的假設(shè)無效几迄，破壞兼容性或強(qiáng)制客戶端更新。以太坊的發(fā)展文化的特點(diǎn)是快速創(chuàng)新冰评，快速發(fā)展和愿意參與實(shí)驗(yàn)映胁。

這對(duì)您作為開發(fā)人員意味著，您必須保持靈活性并準(zhǔn)備好重建您的基礎(chǔ)架構(gòu)集索，因?yàn)橐恍┗炯僭O(shè)會(huì)發(fā)生變化屿愚。不要假設(shè)任何東西是靜態(tài)的或永久的汇跨。以太坊開發(fā)人員面臨的一大挑戰(zhàn)是，將代碼部署到不可變的分類帳本與仍在快速發(fā)展的開發(fā)平臺(tái)之間存在固有的矛盾妆距。你不能簡(jiǎn)單地“升級(jí)”智能合約穷遂。您必須準(zhǔn)備好部署新的，遷移用戶娱据、應(yīng)用程序和資金蚪黑，然后重新開始。

具有諷刺意味的是中剩，這也意味著無法實(shí)現(xiàn)構(gòu)建具有更多自主權(quán)和更少集中控制的系統(tǒng)的目標(biāo)忌穿。在未來幾年內(nèi)，自主權(quán)和去中心化需要在平臺(tái)上獲得比在以太坊中更多的穩(wěn)定性结啼。為了“發(fā)展”平臺(tái)掠剑，您必須準(zhǔn)備好廢棄并重新啟動(dòng)智能合約，這意味著您必須對(duì)它們保持一定程度的控制郊愧。

但是朴译，從積極的方面來看，以太坊正在快速前進(jìn)属铁∶呤伲“自行車掉鏈子”的機(jī)會(huì)很少 - 這種表達(dá)意味著爭(zhēng)論一些細(xì)節(jié)，例如如何在建筑物后面建造自行車棚焦蘑。如果你開始自行車掉鏈子盯拱，你可能會(huì)突然發(fā)現(xiàn)開發(fā)團(tuán)隊(duì)的其他人改變了計(jì)劃，并放棄了自行車例嘱，轉(zhuǎn)向自主氣墊船狡逢。以太坊中的神圣原則，最終標(biāo)準(zhǔn)或固定界面非常少拼卵。

最終甚侣，以太坊核心協(xié)議開發(fā)將變慢并且其接口將變得固定。但與此同時(shí)间学，創(chuàng)新是驅(qū)動(dòng)原則殷费。你最好跟上，因?yàn)闆]有人會(huì)為你減速低葫。

為什么要學(xué)習(xí)以太坊详羡？

區(qū)塊鏈的學(xué)習(xí)曲線非常陡峭，因?yàn)樗鼈儗⒍鄠€(gè)學(xué)科組合成一個(gè)領(lǐng)域：編程嘿悬、信息安全实柠、密碼學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)善涨、分布式系統(tǒng)窒盐、p2p網(wǎng)絡(luò)等草则。以太坊使這一學(xué)習(xí)曲線不那么陡峭，所以你可以快點(diǎn)開始吧蟹漓。但是炕横，在一個(gè)看似簡(jiǎn)單的環(huán)境的表面之下，還有更多葡粒。當(dāng)你學(xué)習(xí)并開始更深入地思考時(shí)份殿，總會(huì)有另一層復(fù)雜性和奇跡。

以太坊是學(xué)習(xí)區(qū)塊鏈的絕佳平臺(tái)嗽交，它正在建立一個(gè)龐大的開發(fā)者社區(qū)卿嘲，比任何其他區(qū)塊鏈平臺(tái)都要快。除了任何其他區(qū)塊鏈夫壁，以太坊是為開發(fā)人員構(gòu)建的區(qū)塊鏈拾枣。熟悉JavaScript應(yīng)用程序的開發(fā)人員可以進(jìn)入以太坊并開始非常快速地生成工作代碼盒让。在以太坊的頭幾年放前，通常會(huì)看到T恤宣布你可以用五行代碼創(chuàng)建一個(gè)token。當(dāng)然糯彬，這是一把雙刃劍。編寫代碼很容易葱她，但編寫好的代碼和安全代碼非常困難撩扒。

這本書會(huì)教你什么？

這本書潛入以太坊并檢查每個(gè)組成部分吨些。你將從一個(gè)簡(jiǎn)單的交易開始搓谆，剖析它的工作原理，建立一個(gè)簡(jiǎn)單的合同豪墅，使其更好泉手，并通過以太坊系統(tǒng)跟隨它的旅程。

你將了解以太坊的工作原理偶器，以及它為何如此設(shè)計(jì)斩萌。你將能夠理解每個(gè)部分的工作原理，以及它們?nèi)绾谓M合在一起以及原因屏轰。