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尽管比特币Bitcoin和以太坊Ethereum是经常被一起提及的两个词但实际上比特币与以太坊有着很大的区别。它们唯一的共同点是以太坊也是一个在区块链之上运行的加密资产。
与比特币仅仅是一个加密货币不同以太坊还有很多其他特性。正是这些特性才使得以太坊成为了一个去中心化的超级电脑。
在理解 以太坊 之前我们必须要理解区块链是如何工作的。如果你已经了解了区块链或者读过 理解区块链终极指南可以直接进入下一节。
什么是区块链
简单点说区块链就是一个数据库。它是一个不断增长的数据库里面存储着特定类型的数据并且有着一些独特的属性
一旦数据被存储到数据库中它就永远也无法再被修改或是删除。区块链上的每一条记录都是永久存在的。
这个数据库并不是由一个单一的个人或是组织维护而是由成千上万的人在共同维护其中的每个人都有着一份数据库的拷贝。
为了理解为什么几个人能够持有一份拷贝并且能够与其他人进行同步让我们来假设现在网络里面有 10 个人每个人的面前都有一个空的文件夹并且有着一页空的纸。无论何时网络中任何一个人做了一些事情比如转账他们必须要将这件事告诉网络里面的其他人。
每个人都会在纸上记录这件事直到填满这张纸。这个时候每个人都必须通过解决一个数学难题来封装这页纸。通过解决数学难题保证了每个人手中的纸都有着同样的内容并且无法被修改。谁第一个解出了题谁就会得到一定数量的加密货币的奖励。
一旦封装完毕这一页就会被加到文件夹里面然后拿出新的一页继续重复上述过程。
随着时间不断增长这些包含了重要记录也就是交易transaction的页也就是区块block不断地被加入到文件夹链里面最终形成了数据库区块链。
区块链存储了什么
区块链可以用于存储各种类型的数据它所存储的数据赋予了区块链价值。比特币区块链存储的是金融交易因此看起来像是美元或者英镑这样的货币。除了跟美元所承载的功能以外比特币没有任何额外的功能。但是以太坊则不同。
以太坊不仅仅是一个像美元英镑或者比特币一样的货币。以太坊的目标不仅是成为一个货币更是成为下图中的事物
以太坊实际是一个巨型电脑但是它是一个非常慢的电脑 – 大概比今天的普通电脑慢上 100 倍并且非常昂贵。“以太坊电脑” 有着跟 90 年代智能手机 类似的境遇。除了一些非常简单的事情以外它几乎做不了任何事情。
这听起来好像并不怎么吸引人那么为什么以太坊还有这么多人趋之若鹜呢这是一个非常好的问题。不夸张的说以太坊正在席卷整个世界因为它是一个完全去中心化的电脑分布在世界各地。理解以太坊区块链是如何工作的就会看出它是如何承担了一个世界电脑的角色。
以太坊是如何工作的
与其他所有的区块链一样以太坊需要数以千计的人在他们的个人电脑上运行一个软件来支撑整个网络。网络中的每个节点电脑运行一个叫做以太坊虚拟机Ethereum Virtual Machine, EVM的东西。可以把 EVM 想象成是一个操作系统它能够理解并且执行用以太坊上特定的编程语言编写的软件。由 EVM 所执行的软件或者应用叫做 “智能合约Smart Contract”。
为了在这台世界电脑上做一些事情你需要进行付出一定的费用。但是你并不是付美元或者英镑这样普通的货币。而是通过叫做以太etherETH的以太坊网络原生的加密货币来支付相关费用。以太跟比特币几乎一模一样唯一不同的是它被用于支付在以太坊上执行智能合约的费用。
无论是一个人还是一个智能合约都被视作为以太坊上的用户user。一个人可以以太坊上做什么一个智能合约就可以做什么。
智能合约看起来就跟网络的其他任何人一样。它们都可以发送或者是接收以太就跟其他的货币一样。
但是智能合约又不是完全跟人类相同。跟人类用户不同的是智能合约也可以执行一个预先定义好的计算机程序来执行各种操作执行的操作可以根据事件进行触发。为了感受一下智能合约的威力让我们来考虑一个例子
智能合约的威力
假设你和我对明天的天气进行打赌我打赌明天是晴天但是你打赌是雨天。双方同意输的一方必须给赢的一方 100 美元。那么我们如何才能够做到这一点并且确保输的一方不会耍赖呢我可以想到三种不同的方式
最简单的方式是信任对方。如果我们是老朋友了那么信任对方是非常容易的。我知道你住哪儿你也知道关于我的各种糗事。但是如果我们是完全不认识的陌生人事情就会变得复杂的多。我没有理由去信任你你也没有理由去信任我。
另一个貌似可行的方案是将我们的赌约正式形成一个有法律效力协议。我们双方签署一个定义了赌约所有细节的协议 – 包括如果输的一方违反协议会怎样。
这个协议将会使得我们有义务付给赢的一方但是它没有任何实用性因为通过合法途径强制协议执行的成本要比这个赌约的价值高得多。
我们可以找一个双方都信得过的朋友然后各给这个朋友 100 美元进行保管。第二天他会检查天气然后把全部的 200 美元给打赌赢的一方。非常简单和方便除了有一点如果这个双方都信任的朋友把钱卷走了怎么办
现在我们有了三种不同的方案来实施赌约但是每种方案都有缺点
因为是陌生人所以我们无法信任彼此。
强制执行一个协议是如此的昂贵以至于不具有任何实用性。
求助一个共同的朋友同样又会遇到信任的问题。
以太坊的智能合约就是为了解救这个问题。一个智能合约就像是可信赖的共同的朋友只不过是用代码写的而已。我们可以在以太坊上写一个合约这个合约从我们双方获得 100 美元的输入然后在第二天通过开放的天气 API 来检查天气并将所有的以太转给赢的一方。
一个合约写好以后就无法再被编辑或者修改。因此你可以保证无论合约的内容是什么它都会无条件执行。
但是智能合约是如何执行跟区块链又有什么关系呢
智能合约是如何与区块链关联的
无论智能合约何时被执行它都会在一个区块上被记录为一个交易。概括来讲一笔以太坊上的交易看起来就像是这样
除了最后的 Data其他字段相信大家一眼就能看出来是干什么的。也正是这个 data 字段才使得以太坊与众不同。data 用于记录智能合约的创建和执行就像记录交易一样。在以太坊区块链上任何一个块都可能包含以下三种交易
这些普通交易就像是比特币交易。如果你直接发送以太给你的朋友那么 data 字段就是空的这样的交易就是普通交易。
如果一笔交易中没有接收方这意味着此次交易是用 data 字段的内容在网络中创建一个智能合约。data 字段包含了代码这些代码就像是网络中的其他用户一样。
无论何时只要一个用户或是一个智能合约想要执行一个智能合约他/她/它 都会创建一个智能合约的交易并在 data 字段放置执行指令。
与其他区块链一样无论上面提到的三种事件何时发生都会被公布到网络中并且网络中的每个人都会对它进行记录。除了记录每个节点还会执行智能合约来使得他们的 EVM 状态与网络的其他部分同步。
每个节点都执行软件的一部分因此使得整个网络像一个巨大但是缓慢的分布式电脑。每次无论多么小的执行都会被记录到区块链上永久存在。
等一下Gas 是什么东西
如果用户想要使用和执行智能合约就必须要为执行该智能合约付出一定费用。这笔费用是给了实际花费了内存存储计算和电力等资源来执行合约的节点。
为了计算智能合约的费用合约中的每条语句都有收费标准。比如如果执行的语句用到了节点的内存这个语句会有一个价格。如果执行一个语句用到了节点的硬盘存储这些语句又是另一个价格。在这里定义成本的单位就叫做 Gas。最终Gas 会通过汇率转换成以太ETH。
无论何时执行一个智能合约你都必须要定义一个可以花费的 Gas 的最大值。当智能合约执行完成或是达到了 Gas 的限额就会停止执行。这是为了避免在智能合约中出现无限循环防止出现一些反复执行的语句导致程序停滞。
因为程序员的一些错误很可能会导致这样的事情发生。所以每次重复执行时都会消耗掉一些分配的 Gas因此使得不会出现无限循环这样的事情。没有必要因为程序员的错误导致一个节点在执行时崩溃。使用 Gas 就解决了这个问题。
这就是以太坊
以太坊不仅仅是一个用于交易的加密货币它的实际价值在于其目的 – 以太坊的目的是为了让人们使用由几千个节点支撑的分布式世界电脑。
当然由于每条语句必须被网络的中每个节点所执行去中心化的分布式电脑会变得很慢而且很贵。不过这里所说的慢是跟谁相比较呢是跟更快但是由中心化控制的服务器。
为了能够享受中心化电脑带来的低成本我们交出了我们的控制权。但是如果中心化服务器宕机或是被黑客攻击那么所有与它连接的客户端都会挂掉。而一个去中心化的分布式电脑只有在每个节点都停止工作的情况下才会挂掉。换句话说这使得它永远不会宕机。无论在哪里只要有网络就有以太坊。