以太坊作为区块链领域的两大巨头之一，早已超越了单纯数字货币的范畴，成为一个支撑去中心化应用、智能合约和数字资产的多功能平台。本文将带你全面了解以太坊的核心概念、技术原理和生态系统。
什么是以太坊？
以太坊是一个开源的区块链平台，它不仅支持加密货币交易，更重要的是提供了一个去中心化的全球计算机环境。与比特币专注于价值转移不同，以太坊的创新在于引入了智能合约功能，为去中心化应用（DApp）的开发提供了基础。
理解以太坊的最佳方式就是将其想象成一台全球计算机——任何人都可以在上面运行程序并执行各种操作。这项创新为去中心化金融（DeFi）、现实世界资产（RWA）、去中心化物理基础设施网络（DePIN）以及非同质化代币（NFT）等应用场景奠定了基础。
以太坊的核心特性
点对点网络与去中心化账本
以太坊网络以以太币（ETH）作为其原生加密货币。与比特币类似，以太坊支持点对点（P2P）传输，允许用户无需中介即可发送和接收价值。网络通过其货币政策用ETH补偿验证者节点来维护安全。
去中心化抗审查计算机
除了简单的价值转移，以太坊网络还充当以太坊虚拟机（EVM），这是一台单一的、规范的计算机。节点可以请求EVM执行任意计算，每个参与节点都会执行这些计算以验证正确性。
这些计算请求消耗资源，并使用称为gas的计量系统进行支付。Gas费用以Ether为单位计量和支付，确保网络保持高效并防止滥用计算资源。整个操作都是抗审查的；只要有互联网连接，没有人可以阻止你与网络交互。
可靠的区块空间来源
以太坊的区块空间被认为是最可靠、最分散、最安全的数据空间之一。这种可信度源于其广泛的验证者网络和大量的货币资源。其他区块链网络可以利用以太坊的可靠区块空间，在以太坊网络内的沙盒环境中运行其操作，从而受益于以太坊的安全性和去中心化。
以太坊的主要用例
以太坊的变革潜力体现在多个方面：
- 抗审查的网络和货币：用户可以进行交易和互动，而不必担心受到中央当局的干扰
- 开放的互联网：支持去中心化应用程序的开发，促进数据和服务开放且可访问的互联网
- 去中心化金融（DeFi）基础：智能合约功能支撑着无需传统中介机构运作的各种金融服务
- 可组合的在线产品：开发人员可以构建无缝互操作的模块化应用程序，鼓励创新和协作
以太坊协议基础概念
以太币（ETH）
以太币是以太坊协议的原生加密货币，就像比特币是比特币网络的原生货币一样。但ETH的用途不仅限于价值存储；它为整个去中心化应用生态系统提供支持。
以太币的面额：Wei和Gwei
以太币可以分割成更小的单位，确保精确交易处理：
- Wei：以太币的最小单位，相当于ETH的10^-18
- Gwei：通常用于表示gas费，代表10亿Wei或10^-9 ETH
这些面额使得处理甚至非常小的面值成为可能，对执行大批量、低成本交易特别重要。
以太坊账户系统
外部拥有账户（EOA）
大多数用户通过外部拥有账户与以太坊交互，这些账户依赖于密钥对。每个EOA由一个私钥控制，提供对账户资金和交易能力的独占访问权限。
合约账户
与EOA不同，合约账户没有私钥，而是由称为智能合约的代码控制。当用户将智能合约部署到区块链时，合约账户就会被创建，并遵循合约中编码的预定义规则运行。
钱包类型
- 热钱包：连接到互联网，方便频繁交易，但安全性较低
- 冷钱包：离线存储私钥，提供增强的安全性，适合长期存储
智能合约与Solidity
智能合约是部署在以太坊区块链上的程序，一旦部署就成为具有唯一地址的合约账户。以太坊上的智能合约主要使用Solidity语言编写，这种语言的语法类似于JavaScript，使大多数开发人员都能快速上手。
以太坊代币标准
ERC-20标准
ERC-20是以太坊上最常见的代币标准，用于创建可替代代币（相同且可互换的代币）。每个ERC-20代币都遵循相同的基本原则，确保与各种基于以太坊的应用程序兼容。
ERC-721标准
ERC-721专为非同质化代币（NFT）设计，每个代币都有唯一标识符，能够代表特定资产的个人所有权。
ERC-1155标准
ERC-1155结合了ERC-20和ERC-721的功能，允许在单个合约中创建包含可替代和不可替代代币的集合。
权益证明共识机制
以太坊最初采用工作量证明（PoW）共识模型，但在2022年9月成功过渡到权益证明（PoS）系统。这一转变使以太坊更加可持续、安全和高效。
在PoS系统中，参与者通过质押至少32 ETH成为验证者，负责提出和验证新区块。这种模式通过加密经济激励确保网络安全，恶意行为将导致质押的ETH被罚没。
去中心化应用（DApp）与DeFi
去中心化应用
DApp在以太坊区块链上运行，利用其去中心化基础设施提供无需集中控制的服务。DApp在以太坊虚拟机中执行，通过智能合约实现可编程性。
去中心化金融（DeFi）
DeFi是建立在区块链网络上的金融应用生态系统，无需传统中介机构即可运行。截至2024年11月，以太坊DeFi生态系统中的总锁定价值（TVL）已达到约1920亿美元，创下15个月以来的最高水平。
DeFi的意义在于创建开放、无需许可且透明的金融系统，任何有互联网连接的人都可以访问。
以太坊区块结构
以太坊区块包含交易批次、基本数据和对先前区块的引用，形成连续且可验证的信息链。每个区块都包含：
- 交易数据：记录区块中包含的所有交易
- 状态数据：跟踪每个账户的余额和智能合约的状态
- 区块头：包含父哈希、状态根、交易根等元数据
以太坊的层结构
以太坊主网分为三个核心层：
数据可用性层
确保所有参与者都可以访问交易数据，保持透明度并防止数据被恶意隐藏。
共识层
协调权益证明共识机制，验证者就区块链的当前状态达成一致。
执行层（EVM）
处理智能合约和交易的实际执行，管理智能合约逻辑并更新账户余额。
以Rollup为中心的可扩展路线图
为了解决可扩展性三难困境（同时实现可扩展性、安全性和去中心化），以太坊采用了以Rollup为中心的路线图。这一方案将可扩展性功能转移到新的层，同时保持主网的安全和分散。
第2层解决方案（L2）是独立的区块链网络，与以太坊协同工作，高效执行交易，同时利用以太坊的安全性和数据可用性。这些L2提供了一个可扩展的框架，实现高交易吞吐量、降低成本和增强用户体验。
Proto-Danksharding与Danksharding
2024年3月，以太坊实施了Dencun升级，引入了EIP-4844（Proto-Danksharding）。这一改进将第2层解决方案的成本降低了近90%，显著提高了生态系统的可扩展性和效率。
完整的Danksharding愿景将进一步把每个区块的blob限制从6个增加到64个，大幅增加网络数据容量并降低交易成本。
以太坊未来发展路线
以太坊的演进由一系列社区主导的提案（EIP）引导。未来值得期待的升级包括：
账户抽象
旨在使以太坊上的用户交互更加灵活、高效和用户友好，允许用户通过可编程功能自定义账户。
提议者与构建者分离（PBS）
通过划分验证者的核心职责来提高安全性和可扩展性，专门解决最大可提取值（MEV）等安全问题。
Pectra升级
计划于2025年初推出的重要升级，将引入账户抽象、智能合约效率改进、验证者质押增强等功能。
常见问题
以太坊和比特币有什么区别？
比特币主要设计为数字货币和价值存储系统，而以太坊是一个可编程的区块链平台，支持智能合约和去中心化应用。比特币专注于安全的价值转移，而以太坊提供了更广泛的功能和应用场景。
什么是以太坊Gas费？
Gas费是以太坊网络上执行交易或智能合约操作所需支付的费用。它衡量交易所需的计算工作量，以Ether的形式支付给验证者。Gas费用由网络需求和计算复杂度决定。
如何参与以太坊质押？
要成为以太坊验证者，需要质押至少32 ETH。用户可以通过各种质押服务参与，包括流动性质押协议如Lido和Rocket Pool，这些协议允许用户质押任意数量的ETH并获得流动性质押代币。
以太坊是通缩货币吗？
以太坊采用独特的供应机制，既有通货膨胀的因素（新区块铸造新ETH），也有通货紧缩的因素（部分gas费被销毁）。只有当销毁的ETH数量超过铸造的数量时，以太坊才会出现通货紧缩，这种情况发生在网络高需求时期。
什么是以太坊第2层解决方案？
第2层解决方案是构建在以太坊主网之上的独立区块链网络，它们处理交易执行，但将数据和安全性依赖主网。这些方案包括Optimistic Rollups和ZK-Rollups等，旨在提高交易吞吐量和降低费用。
如何安全地存储以太坊？
用户可以选择热钱包（便于频繁交易）或冷钱包（更安全，适合长期存储）。重要的是要保护好私钥和助记词，使用硬件钱包存储大额资产，并确保从官方渠道下载钱包软件。
总结
以太坊已经从单一区块链发展成为一个复杂的生态系统，支持各种应用程序、资产和用户。其架构的复杂性和广泛的研究投入使其成为最通用的区块链解决方案，适应性强且功能全面。
如今，以太坊更接近于体现互联网本身的结构——一个庞大、互联的网络，涵盖各种资产、应用程序和社区。它已经不仅仅是一个区块链，而是支撑更广泛Web3.0生态系统的核心平台，持续扩展并对数字世界产生深远影响。