7000字详细讲解区块链的革新者：以太坊

时间倒退到2013年，进入区块链世界不久后的程序员Vitalik Buterin发现了比特币的弊端，他认为，应该给比特币加上图灵完备的编程语言，这样任何人都能在上面开发去中心化应用，而不仅仅只局限于金融领域，所以，应该给区块链赋予“智能合约”的功能，由此拉开了被称为“区块链2.0”的时代。

正因为以太坊的出现，才让区块链世界开始有了更丰富的应用，也才衍生出了像DApp、NFT和DeFi这样更被大众所熟知的应用，因此，要研究区块链，我们必然绕不开研究以太坊，而CBInsights这篇深度报告，能够以比较清晰的逻辑详细为大家拆解以太坊背后的奥秘，既适合新手学习，也适合老手温故知新。

而在本报告中，CBInsights为我们带来了如下分享： 

从区块链讲解以太坊到底是什么，以及智能合约又是什么？

阐述以太坊和ETH Token究竟是什么关系？

以太坊的知名应用Dapp究竟是怎么产生的，目前应用如何？

之前被炒作的“加密猫”发展如何了，NFT是更好的应用吗？

以太坊对当前的区块链来说为什么显得至关重要，我们需要关注什么？

当前的以太坊发展遇到的瓶颈是什么，目前有什么解决方案？

以下是链集市团队完整的编译内容，供诸位了解学习，希望能对你有所启发。

我们深入研究了世界上最流行的区块链网络之一以太坊，试图用最简单的方式解释以太坊是什么，以太坊的用途和缺点，以及它与加密猫有什么关系。

最常用的开源区块链之一以太坊正在逐渐的成为主流，尤其是在NFT（绝大多数是使用以太坊标准构建的）的爆炸式普及的情况下。

截至2021年4月中旬，以太坊的市值已从2017年1月初的7.12亿美元增至2910亿美元（截止2021年4月21日）。

什么是区块链技术？

要理解以太坊，首先必须了解什么是区块链技术。

区块链技术为不受信任的各方提供了一种无需使用可信中介就可以对历史数据（或账本）达成协议（共识）的方式。历史数据很重要，因为从理论上讲数字资产和交易很容易被伪造和／或复制。

简单地说，区块链就是数据库，但其与传统数据库关键的不同之处在于所有权。公有区块链由于其分布式性质而可以去中心化，任何人都可以阅读它并且在其上进行交易，或者持有属于自己的数字账本副本，没有一个单一的中央实体可以更改过去的数据信息。

同时区块链分类中也有联盟链和私有链，但它们往往有不同的用途，例如被企业利用来跟踪供应链数据。要深入了解比特币和区块链技术，我们在下文中给出了解答。

以太坊是什么？

以太坊是一个开源的、去中心化的区块链。特别之处在于其具有内置的智能合约。智能合约的本质上是一种代码，它将协议的双方绑定在一起，并且可以在没有中介的情况下自行执行。

这一功能为它赢得了“世界计算机”的称号(技术上被称为以太坊虚拟机(EVM))，因而它的作用远不止于作为一种支付方式或一种价值存储，这是比特币无法比拟的。

EVM环境使开发人员能够在此基础上构建去中心化的应用程序，从社交媒体到游戏再到银行，比如一个不受苹果(Apple)或谷歌(Google)控制的应用商店。

然而，由于当前的计算成本，以太坊所承诺的前景和潜力仍然比它现在所实现的要更加广阔，我们将在后面讨论。

什么是智能合约？

为了说明一个智能合约。让我们假设Alice和Bob两个人在进行博弈。

Alice认为明天早上的气温将达到华氏70度，Bob认为不会。他们以0.01比特币进行下注。(在本例中，标的是比特币，但也可以使用任何其他标的。)

如果Alice和Bob互不信任，他们将不得不借用受信任的第三方作为托管代理。换句话说，他们每个人都要给代理人那么多的钱，而代理人将把奖金和质押的资金分配给赢家。

在这种情况下，没有办法绕过中间人，即使使用像比特币这样的加密标的。比特币区块链也没有办法记录这个“合约”。

而以太坊提供了一个解决方案。Alice和Bob可以同意使用一些基本的代码，基于“如果，那么”之类的合约。如果温度高于华氏70度，代码将被编程为将标的支付给Alice；否则，它将支付给Bob。

然后，Alice和Bob可以把他们的“编程好的”赌约放在以太坊的区块链上。在这一点上，从技术角度来看，这个赌约是具有约束力的。

这是一个“合约”，因为Alice和Bob已经同意了它的条款，在一定程度上将代码转化为规则。它是“智能的”和“去中心化的”，因为所有参与者都持有这份合约的副本。

正如所有比特币“节点”，或系统中的参与者，都知道Alice发送给了Bob 0.01个比特币一样，所有的以太坊节点，也都知道Alice和Bob进行了这个博弈。

让我们来看看这个智能合约的实时执行情况：

Alice和Bob进行博弈，并把这个赌约放在了以太坊的区块链上。以太坊区块链上的所有“节点”现在都持有此智能合约的副本。

Alice最终是正确的——温度高于华氏70度。合约根据这一信息就“自我执行”了，便将资金发送到了Alice的帐户中。

由于所有节点都持有此智能合约的副本，因此所有节点都独立地确认合约已正确执行。这个已执行的智能合约的新状态(即，Alice作为博弈的赢家)被添加到以太坊的区块链中

整个过程被记录在以太坊之上，围绕这个博弈创造了一个“共同的历史数据”。

像这样的智能合约使以太坊如此引人注目。一份智能合约允许Alice和Bob构建一个非常小的“去中心化应用程序”，他们的博弈“自行执行”，并且不需要中间人参与。

如果我们想构建更大、更复杂的去中心化应用程序，即可以完成复杂任务的增强型智能合约，又该怎么办呢？

因此，以太坊创建了一个可以支持任何可编程用例的区块链，我们在下面的DApp中对此进行了深入的研究。这与作为支付应用程序而首创的比特币区块链完全不同。

以太坊／ETH究竟是什么？

Ether（ETH）是内置在以太坊区块链中的加密标的。

为了交易或运行去中心化应用程序，区块链的用户必须支付ETH。(比特币网络标的称为比特币，也就是BTC；同样的，用户必须使用BTC在比特币网络上进行交易)。基于以太坊的应用程序计算成本越高，运行它所需的ETH就越多。与其他加密标的一样，ETH也会被投机者拿来交易，并且可以兑换成美元或其他货币。（编者注：如果把以太坊看作是计算机，那么进行交易或者运行去中心化应用程序就需要使用这个计算机的资源，而以太坊可以看做是购买这个使用资源的费用，使用的越多，费用越高）

请注意，因为以太坊上的每一个操作都由其节点执行，计算成本很高。因此以太坊当前最好的用例是运行业务逻辑“如果这样，那么就那样。”

其他用例可能昂贵得令人望而却步。由于当前以太坊区块链的可扩展性和规模问题，更多的计算密集型程序将发现操作起来既困难又昂贵。我们稍后再深入研究。

以太坊的美元价值取决于市场的供需机制。如果投资者发现以太坊区块链有价值，开发人员正在开发更有用的去中心化应用程序，那么对以太坊的需求可能会上升，进而导致其价格上涨。相反的情况也可能发生。

最终，以太坊的价格在很大程度上取决于二级交易所，以及这些二级交易所的供需。

DApps是什么？

DApps是由智能合约管理的去中心化应用程序，而不是特定的个人或公司。一旦部署了智能合约，它就不能被更改，除非以后升级或使用新的分叉，而新的分叉将被完全分离成一个新的区块链。例如，传统银行可能能够逆转交易，但任何记录在区块链上的东西都无法逆转。

虽然开发者也可以选择在其他的区块链上开发DApps，但现在大部分现有的DApp都是建立在以太坊上的。

当前的DApp囊括了各种用例，包括财务、存储、保险和健康。例如：

Compound，它允许用户借入和借出数字资产；

Uniswap，它允许用户通过流动性池交换加密货币；

Etherscan，它允许用户读取以太坊交易记录；

Decentraland，一个虚拟的空间，用户可以在其中买卖虚拟土地、资产、与他人互动等；

OpenSea，包括NFT在内的数字资产市场。

Insureum，该协议旨在更直接地将保险公司与用户联系在一起。

根据以太坊开发人员手册，DApps的显著特性包括：

零停机时间：一旦应用程序核心的智能合约部署到区块链上，整个网络将始终能够为希望参与合约交互的客户提供服务。因此，恶意行为者不能针对单个DApp发起拒绝服务的攻击。

隐私：不需要提供真实的身份来部署DApp或与DApp交互。

抵制审查：网络上没有一个实体可以阻止用户发起交易、部署DApp或读取区块链中的数据。

数据完整性：由于被称为“基元（primitives）”的加密算法，存储在区块链上的数据是不可更改的、无可争辩的，恶意行为者不能伪造已经公开的交易或其他数据。

不可信计算与可验证行为：智能合约可以被分析并保证以可预测的方式执行，而不需要信任一个中央权威机构，而在传统模型中并非如此。例如，当我们使用在线银行系统时，我们相信金融机构不会滥用我们的金融数据，不会篡改记录，也不会被黑客入侵。

然而，所有这些好处都取决于完善的智能合约。智能合约中的bug或漏洞很容易被黑客入侵，而且由于被记录在区块链上的特性是不变的，因此很难修复。

DApp开发的其他潜在问题包括网络拥堵（如果DApp需要太多计算能力），用户体验差（鉴于开发DApp的难度），以及在追求更多用户或开发者友好的应用程序时无意中的中心化。

2017年，以太坊钱包Parity中的一个漏洞冻结了50多万以太坊，当时价值超过1.5亿美元，现在价值超过10亿美元。

不管怎么说，每天有超过15万的活跃用户在使用总数超过3500个DApp。

许多构建在以太坊之上的团队启动了属于自己的“通证（tokens）”，在去中心化的应用程序中提供实用程序。这些是建立在以太坊之上的专门的通证（编者注：通证，意为加密的可流通的数字权益证明，可以理解为一种广泛意义上的加密货币）。

一个去中心化的应用程序的通证可能会被用来做许多事情。在大多数情况下，它在去中心化应用程序中提供实用工具，例如，专注于隐私的网络浏览器Brave使用自己基于以太坊的通证BAT，在浏览器中进行奖励和发起交易。

猫：以太坊的案例研究

2017年11月Dapper Labs推出的CryptoKitties（加密猫）是一款以可收藏的数字猫咪为中心的基于以太坊的游戏。根据其网站，每只猫都是“独一无二的，100%由你拥有；它不能被复制、带走或销毁”。游戏的“通证”是数字猫本身，用户可以用ETH来购买它们。

CryptoKitty是不可替代通证(NFT)最早的主流用途之一。

让我们来看看一只被出售的加密猫Jaguar，它以 0.0749 ETH的价格被售出。

根据它的资料，Jaguar有独特的“属性”，是一只“Gen 8”猫，或第8代猫。Jaguar的父母也有父母，这种关系可以倒推到第0代。

这些数字猫的所有权通过以太坊区块链进行跟踪，预定义的智能合约决定了每只猫独特的“遗传和身体”的特征，并允许用户购买、销售和繁殖。

据ETH Gas站的数据显示，仅运行了一周CryptoKitty就占据了以太坊区块链上所有交易量的10%以上，造成了整个生态网络的速度降低。

2018年9月，最昂贵的加密猫售价为600 ETH，相当于17.3万美元。自推出以来，已有超过4300万美元的以太坊被用于CryptoKitties，尽管自2017年以来，使用量急剧放缓。

以太坊为何重要？

在最初的白皮书中，以太坊创始人Vitalik Buterin设想了三个潜在的应用分支：金融、半金融和其他应用。

金融应用程序，也被称为去中心化金融应用程序（编者注：去中心化金融，又叫Decentralized Finance，简称DeFi），主要处理传统金融机构管理的任何事务，如次级货币（sub-currencies）、衍生品、贷款、钱包和遗嘱。

目前在DeFi应用程序中锁定了56亿美元，这些应用程序基本上都是基于以太坊区块链的。其中最大的代表性应用之一MakerDAO约占16%。在MakerDAO上，用户可以锁定抵押品以生成锚定美元的稳定币。

再比如Compound，它允许用户以抵押品借入加密标的，或着锁定其资产以赚取利息。而Aave作为另一个借贷协议。一些投资者已经能够在Compound和Aave等应用程序中利用一种称为“流动性挖矿”的过程赚取高达100%的利率。

（编者注：流动性挖矿，意思是指为这些DeFi项目提供流动性时可以获得这个项目的通证，以此激励人们更多地赋能这个项目。我们可以通俗的理解为当你购买茅台时，可以获得茅台的股票，这样便会激励人们更多的去购买茅台。）

半金融应用涉及货币，但它们也有非货币方面的需求，这个类别包括保险、艺术品交易等应用程序。

例如，在保险方面，一份智能合约可以利用外部数据来确保条件得到满足，然后在不需要第三方保险的情况下适当地发放补偿，成为没有保险公司的保险产品。

最后，第三个板块将包含所有其他与传统金融无主要相关度的应用程序。包括文件存储，如去中心化的Dropbox（编者注：国外一家知名的云存储产品），以及去中心化的自治组织DAO（编者注：DAO，全称是Decentralized Autonomous Organization）。

传统的公司或组织通常有几个层次的治理，DAO则由一个分布式的利益相关者网络组成，每个利益相关者都具有一定的权力。

另一种思考方式是比特币可以帮助用户绕过银行，而以太坊则可以帮助用户绕过各种平台，从Facebook到亚马逊，再到任何数量的更复杂的中间商。

在以前，游戏开发人员或类似CryptoKitties这样的收藏品的开发者可能会在Facebook上推出Farmville（Facebook上的一款叫开心农场的游戏）风格的游戏，或者在Amazon上推出实物产品。

如今，开发者可以使用以太坊来创建自己的去中心化应用——比如CryptoKitties，而不是像以前在Facebook或者Amazon上这样做或从头开始构建自己的区块链。

CryptoKitties强调了以太坊到底是如何工作的，这个游戏是完全去中心化的，每个人都知道每只数字猫的主人。

虽然以太坊是去中心化的，但它仍然容易受到黑客攻击，任何利用工作证明（PoW）共识机制来验证其区块的区块链都是如此。虽然去中心化使得被记录的交易不能被删除，但理论上来说，黑客仍然可以以51%的攻击形式出现（编者注：51%攻击，意思是指理论上当参与记录区块链账本的人超过51%都被某个主体所掌控，这个主体便可以对区块链账本进行恶意的篡改）。

在这种攻击中，黑客占据了整个网络挖掘能力的一半以上。这种攻击是很困难的，需要巨大的代价；今天要在以太坊上发动这种攻击，每小时要花费400,000多美元。

但是bug和漏洞仍然可以进入智能合约。

2016年，一名黑客从The DAO（首批建立在以太坊上的去中心化自治组织之一）那里偷走了价值6000万美元的ETH。黑客利用了The DAO的智能合约中的一个漏洞，使当时仍处于萌芽状态的以太坊社区陷入恐慌。

最终，利益相关者以多数票通过了“硬分叉”区块链，并将其分为两个版本：一个是追溯回到没有发生黑客攻击的地方，资金被返还给了投资者（这就是所谓的以太坊ETH，现在大多数人都在用它）；另一种是直接回归到最初的区块链（现在被称为以太坊经典ETC，虽然有些人仍在使用它，但它预计会消亡）。

以太坊有什么问题？

为了使以太坊工作，许多参与者需要持有最新的副本。这意味着同一数据库由数千个节点保存。这是相当低效的。

让我们对比一下云计算：云计算允许多个节点在单个数据库上交互。这些节点不需要保存它们自己的数据库的私有副本。

以太坊以及一般的区块链技术通常实行的是相反的方式。所有节点都必须持有一份以太坊区块链的副本。到2020年4月，运行一个完整的以太坊存档节点需要4TB的空间。相比之下，笔记本电脑通常提供256 GB、512 GB或最多1TB的内部存储。

此外，以太坊节点不断收到以太坊区块链的最新 "状态 "的更新。由于节点分布在世界各地，区块往往具有较高的延迟（数据在网络中移动所需的时间）。

因此，以太坊是一种相对较慢的去中心化计算机。每一个节点都需要一段时间来处理每一项事务，以太坊的最大交易速度为每秒20笔左右。相比之下，Visa每秒可以处理超过1500笔的交易。

综合来看，以太坊的规模和交易速度使其难以扩展。从长远的角度来看，再次考虑到曾经CryptoKitties在以太坊区块链上的所有事务中占了10%以上。这本身并不是一个问题，但这种流量通常会减慢以太坊区块链的速度。

另一个最令人关注的问题是PoW共识机制对环境的巨大影响。根据Digiconomist的数据，截至2021年4月，仅以太坊网络的年碳排放量就达到了17.6兆吨的二氧化碳——相当于危地马拉的碳排放量——而它消耗的电能超过37太瓦时，这与保加利亚的电力消耗相当。

虽然单个交易不会增加能源消耗，但整个基于PoW的区块链的碳排放仍然是一个备受争议的低效率问题。

作为回应，有些人反对把每一笔交易对环境的直接影响等同于基本层排放的想法。虽然许多交易仍然发生在主链上，但是Layer 2应用程序的目标是提供更多可扩展的交易，这些交易是在主链之外的，可以提高交易速度和降低成本。

（编者注：Layer 2是相对于Layer 1的下一层级，以太坊就是Layer 1层，当其上的交易太多造成拥堵时，可以把其中的许多交易交给下一层级的Layer 2来处理，再将处理结果返回到Layer 1层的以太坊上，这样就达到了提高交易速度和降低成本的效果）

下一步 Ethereum 2.0

以目前的形式来看，以太坊遇到了许多问题。

根据其自身的说法，“高需求正在推高交易费用，这使得以太坊对普通用户来说非常昂贵。运行以太坊客户端所需的磁盘空间正在快速增长。而保障太坊安全且去中心化的基础的工作证明共识算法，对环境有很大的影响。”

尽管如此，以太坊的前景仍然乐观。

Ethereum 2.0是旨在使区块链更可有扩展性、更安全和更可持续的升级版本，这是社区自2014年以来一直在努力的愿景。

2020年12月，以太坊社区发布了Ethereum 2.0的第一次升级：信标链，它向网络引入了被以太坊开发者认为比工作量证明（PoW）挖矿更具可持续性和安全性的权益证明（PoS）。

同时分片链将数据库拆分为新的链，从而减少网络拥塞，并增加每秒可以处理的交易数。分片链预计将在2021年运行。

完成Ethereum 2.0的最后一步，也就是所谓的对接，将把当前以太坊区块链与先前的2.0升级合并在一起，并预计将在2021年至2022年之间交付。

Ethereum 2.0愿景多年来不断的发展，但随着更多实际的应用程序的发展，人们对该平台的信念也随之增长。虽然市场价值的问题仍然悬而未决，但许多人仍然乐观地认为，更大的可扩展性将推动使用和需求，这可能会推动以太坊实现它自己的世界计算机的理想。