区块链与数字货币课件第四章以太坊公链

目录 CONTENTSCONTENTS 以太坊概述 以太坊基本概念 去中心化金融 Ethereum 2.001 以太坊 Ethereum（英文Ethereum）是一个开源的具有智能合约功能的公有区块链平台，通过它的加密货币以太坊（Ether，简称“ETH”）提供了一个去中心化的以太坊虚拟机（EthereumVirtualMachine）来处理点对点的合约。 以太坊创建了当前数字货币的通用标准——ERC-20。 目前市场上流行的数字货币大多是基于ERC-20标准开发的，这使得在区块链上发行数字货币变得容易。 去中心化应用开源项目创造了当前数字货币的通用标准思考：既然比特币的代码是公开的，为什么我不能发行我的“比特币”以太坊以太坊的概念最早是在2013年到2014年之间受到比特币的启发，程序员Vitalik Buterin提出它是“下一代加密货币非去中心化应用平台”。 区块链技术的可行性和安全性。 比特币的区块链实际上是一组分布式数据库。 如果给它加上一个符号——比特币，并规定了一套协议，让这个符号可以安全地在数据库上传输，就构成了一种货币。 传输系统——比特币网络。

然而，比特币并不完美，协议的可扩展性是一个缺陷。 例如，比特币网络中只有一种符号——比特币，用户无法自定义其他符号。 这些符号可以代表公司的股票，或者是债务凭证等，失去了一些功能。 此外，比特币协议使用一套基于堆栈的脚本语言。 虽然这种语言具有一定的灵活性，可以实现多重签名等功能，但还不足以构建去中心化交易所等更高级的应用。 等待。 以太坊仅旨在解决比特币可伸缩性不足的问题。以系统系统架构架构架构架构架构架构架构架构架构架构架构架构架构架构架构架构架构架构架构架构架构架构架构架构去去应用应用应用应用应用应用应用应用应用合约合约合约合约合约）evm（虚拟机）rpc（远程）块链)TransactionBlockValidBlockchainStateProc.TxPoolDBEventsStateDBNetwork网络)PeerProtocolSyncDownloaderFetcherP2PMath&NumberCryptoHttpClientLevelDBSolidity以太坊项目定丿一套完整的软件协议栈（又称协议栈，是计算机网络协议族的具体软件实现）。

是去中心化的，即以太坊网络由多个具有相同功能的节点组成，不服务于01020304去中心化应用模块以太坊公链有多少种币，实现区块链上业务智能合约层合约的编写和调用。 图灵完备的编程操作EVM和RPCEVM负责解析和执行合约操作。 RPC 提供了对外访问的能力。 核心层区块链协议、共识算法、挖矿管理、分布式网络核心组件库P2P通信协议、加密算法库、LevelDB数据库、Http、Solidy语言支持和Math运算支持应用层、合约层、激励层、共识层、网络层和数据层 应用层对应DApp应用模块； 合约层对应EVM虚拟机和RPC能力接入； 激励层 涉及矿工账户管理和代币转账模块； 共识层包括共识算法和引擎； 网络层是指P2P接入和消息交互； 最底层是数据层，负责处理链相关的数据结构，有很强的支持美化功能。 以太坊系统架构 02 以太坊基本概念 0202 以太坊智能合约基本概念 你可能会想：“我又不是律师！我为什么要关心合约？” 对于大多数人来说，合同会让人联想到不必要的长期条款和条件协议或无聊的法律文件。 合同只是一个约定。 即任何形式的协议都可以封装在契约条件下。 对于很多事情，口头协议或纸质合同是可以接受的，但它们并非没有缺陷。

智能合约是 Nick Szabo 在 1990 年代提出的一个概念，与互联网几乎不是一个时代。 由于缺乏可信的执行环境，智能合约尚未应用于实际行业。 自比特币诞生以来，人们就意识到比特币的底层技术——区块链，天生就可以为智能合约提供可信的执行环境。 以太坊最先看到区块链和智能合约的契合度，发布白皮书《以太坊：下一代智能合约和去中心化应用平台》，一直致力于将以太坊打造成最好的智能合约平台，所以比特币引领区块链，以太坊重振智能合约. 智能合约是自动执行的代码 很多人认为智能合约是可以自动执行的程序，就像定期还信用卡一样。 如果用户部署了一个智能合约，并设置为每月运行一次，那么智能合约就可以帮你在每个月的某一天自动执行相关交易。 其实不然，智能合约甚至比不上现在的传统程序，因为它本身无法进入执行合约的条件，就像自动售货机一样，只有当用户把钱投入自动售货机时，它才能执行向宠物客户销售商品的过程。 用户需要在以太坊上支付一定的费用，比如ETH，“手动”输入运行参数来运行智能合约。 因此，除非有区块链外部的输入并调用智能合约的功能以太坊公链有多少种币，否则智能合约不会运行。 它们不只是在区块链的一个节点上运行，它们同时在所有涉及验证数据的机器上运行区块链，这些机器的数量可以达到数千台，它们使用相同的代码和相同的输入，检查无论他们得到相同的输出，并就输出结果达成共识，这些结果将永久写入区块，不可篡改。

智能合约常见误区 0202 以太坊基本概念 以太坊基本概念 智能合约可以实现业务流程自动化，但成本较高，不推荐使用。 保险赔付、博彩等业务其实可以用传统的软件技术实现流程自动化，可能比智能合约更适合。 例如，投资银行的金融市场交易多年来一直基于股票价格或其他数据。 自动支付，考虑到智能合约代码的执行需要经济成本，逻辑越复杂成本越高。 智能合约常见误解0202 以太坊基本概念 以太坊基本概念 智能合约可以直接连接到互联网上的其他应用，这是不允许的。 因为智能合约的代码在所有节点上执行的每一步都必须保持一致，如果合约中包含获取比特币或美元汇率的代码，在不同的时间，即使相差几个秒，得到的结果就会不同。 可能会有所不同。 但实际上，真正有趣的复杂合约需要来自区块链外部的数据。 如果智能合约无法访问外部数据，这将极大地限制其应用场景。 例如，当区块链执行远期合约时，需要合约到期日的比特币/美元汇率。 以太坊本身没有办法解决“区块链外数据”的问题，正如其白皮书所说“提供一个真正可信的中间人是必要的”。 智能合约常见误解 0202 以太坊基本概念 以太坊智能合约基本概念 工作原理 基于区块链的智能合约包括交易处理和信息存储机制，以及接受和处理各种智能合约状态机的完整系统。

智能合约系统根据事件描述信息中包含的触发条件，只有在满足触发条件时，智能合约系统才会自动将预设的数据资源和包含触发条件的事件发送给智能合约。 整个智能合约系统的核心是智能合约模块以交易和事件的形式处理智能合约。 输出的仍然是一组交易和事件，而是一个由交易处理模块和状态机组成的系统。 它不生成或修改智能合约，它的存在只是为了使一组复杂的带有触发条件的数字承诺能够按照参与者的意愿被正确执行。 多个用户参与智能合约的制定。 合同通过 P2P 网络传播并存储在区块链中。 建立在区块链上的智能合约自动执行。 0202 以太坊的基本概念 以太坊的基本概念 零知识证明 零知识证明是用户可以向某人证明自己拥有某项数据或可以完成某项计算，而无需向他们展示更改数据的过程，或者他们直接自己做这个计算。 其实现的效果是，用户在证明声明的真实性时，不需要透露除真实性以外的任何信息。 例如，中本聪将 1,000 个以太币转移给 Nick Saab。 一般情况下，矿工需要知道中本聪的账户余额，才能验证中本聪是否可以转账。 如果采用零知识证明，中本聪不需要展示自己的真实余额，只需要证明自己的余额大于1000，交易记录就无法追踪到中本聪账户余额的变化。

应用场景 仅交易​​金融工具（证券、债券、衍生品）的银行、对冲基金和其他金融实体不希望他人知道其头寸或利益。 这些信息会使交易者处于不利地位，只会影响交易者顺利交易的能力。 02 02 以太坊基本概念 以太坊Gas机制基本概念 在以太坊上执行任何交易都会收取一定的执行费用。 手续费不固定，合约代码由EVM根据每笔交易执行。 逻辑量是动态计算的，计算执行成本的方法称为Gas机制。 Gas price 每笔交易中每种 Gas 的价格可以由发送方指定。 交易的成本是 Gas 价格乘以交易中所有指令消耗的 Gas 量的总和。 矿工在挖矿时选择交易成本高的那个。 交易打包，这样发送方如果希望交易更快写入区块，可以通过提高Gas价格来增加被矿工优先打包的概率。 Gas 上限 以太坊上的计算资源是有限的，单个区块可用的 Gas 有一个上限，即“Block Gas Upper Limit”。 现在单个区块的block limit大约是1250。理论上，随着gas limit的提高，以太坊每秒可以处理大约44笔交易，而不是35笔。例如，假设我们有5笔交易，每笔交易交易的气体限制为 10、20、30、40 和 50。如果区块气体限制为 100，则前四笔交易可以放入区块，而交易 5 必须等待未来的区块。

如前所述，矿工决定将哪些交易包含在一个区块中。 不同的矿工可以尝试将最后两笔交易包含在区块中 (50 40)，并且他们都有空间包含第一笔交易 (10)。 如果您尝试包含一个需要比当前 gas 限制更多的 gas 的交易，网络将拒绝该交易。 思考：如何不断增加Gas上线02 02 以太坊基本概念从理论上讲，增加Gas上限意味着可以在降低成本的同时提升以太坊的整体产能。 加快网络交易处理速度。 如果投票通过，以太坊将能够每秒处理大约 44 笔交易，而不是目前的 35 Gas 上限增加将增加运行和维护节点以验证网络上的交易所需的资源，从而导致节点运营成本增加. 可能使网络更加集中。 导致叔块问题。 随着气体限制的增加，矿工需要花费更多时间来处理每个区块。 如果在相同的区块高度，虽然多个矿工挖出了新的区块，但只有其中一个会成为最长链上的区块，其他区块只有被后续区块引用才能成为叔块（部分奖励）。 02 02 以太坊的基本概念 以太坊的基本概念是gas机制的作用，保证节点运行的安全。 智能合约的代码一般需要存储状态数据，状态数据与全网同步，永久保存。 如果有恶意用户使用智能合约产生大量垃圾存储，寻知链上的永利将通过存储垃圾数据来增加同步负担。

为了防止这种攻击，智能合约要求创建新存储类型数据的操作需要支付比较大的Gas。 保持交易手续费相对稳定。 由于以太坊的市场价格瞬息万变，如果以以太坊直接衡量交易手续费，交易手续费会频繁且大幅波动，影响用户的交易体验，不利于以太坊生态的发展。 以太坊希望交易成本不要随着以太坊价格的变化而快速变化，所以Gas计算的价格和以太坊的价格是分开的，独立计算价格。 每次以太坊价格波动，运营成本基本保持不变。 没变。 限制执行智能合约功能所需的工作量。 每笔执行智能合约功能的交易都需要设置一个Gas数量上限，以防止带有恶意逻辑（如无限循环）的合约代码被无限执行。 每条命令的执行都会消耗一定量的Gas。 当Gas消耗量达到Gas数量上限时，将无条件停止合约代码的执行，以保护以太坊节点的正常运行。 02 02 以太坊基本概念 以太坊基本概念 Gas机制的作用 总之，Gas费有助于保证以太坊网络的安全。 在网络上执行的每项计算都会收费，这可以防止参与者向网络发送垃圾邮件。 为了防止无意的、恶意的无限循环或代码中的其他计算浪费，每个事务都需要对代码可以执行的计算步骤进行限制。

02 02 以太坊基本概念 以太坊基本概念 交易费用的计算 以下三类费用是执行交易操作的先决条件 (1) 智能合约代码执行操作的固有费用。 (2) 创建新合约和调用合约中执行的其他合约函数的成本。 (3) 内存使用量增加可能需要支付gas。 02 02 以太坊基本概念 以太坊基本概念 交易费用计算 要计算交易费用，我们必须将gas 量乘以gas price。 gas通常的价格单位是gwei，等于0.000000001ETH（亿美分1ETH）。 假设我们要发送一个简单的以太坊交易，如果 ETH 的价格是 1800 美元。 如果我们想在一分钟内确认我们的交易，钱包估计 gas price 将设置为 100gwei（如果你想要更快的交易，gas 费会更贵），我们将发送 gas 量进行交易（ 21,000 gas) 和 gas 乘以价格 (100gwei) 等于 2,100,000 gwei，或 0.0021 ETH。 以 3,800 美元的 ETH 价格计算，交易费为 7.98 美元。 ETH数量=交易手续费每笔交易消耗的gas量*gas价格。 02 02 以太坊基本概念 以太坊基本概念 交易手续费计算 1. 以太坊提高区块gas limit。

以太坊每次提高区块gas limit，gas fee都会减少； 2. 以太坊链非常繁荣。 汽油费受区块链需求的影响。 为了尽快打包自己的交易，你需​​要更多的gas费。 大量交易在竞争，矿工优先考虑 gas 价格最高的交易。 因此，随着以太坊区块链上活动的增加，gas 使用量也会增加。 gas 费用的增加表明以太坊链上的活动活跃，用户增加了 gas 费用以完成交易。 3、以太坊链越来越拥堵。 Gas 费用上涨的根本原因是以太坊网络的使用率不断提高，处于严重拥堵状态。 以太坊网络利用率上升是因为用户活跃度太高，但同时也越来越拥堵。 例如，以太坊上某个知名项目的销售会引发销售热潮，这会立即增加 gas 费。 02 02 以太坊基本概念 以太坊基本概念 去中心化应用（DApp） DApp是Decentralized Application的缩写，即去中心化应用，又称分布式应用。 DApp是从底层区块链平台衍生出来的各种分布式应用，是区块链世界中的一种服务提供形式。 DApp是基于区块链的，有些APP类似于IOS和Android。 02 02 以太坊基本概念 以太坊基本概念 去中心化应用（DApp） DApp通过网络节点以去中心化的方式运行。

DApp 运行在点对点网络上 DApp 数据加密存储在区块链上 DApp 参与者信息安全存储 DApp 必须是开源和自治的去中心化金融（Decentralized Finance），这是 Centralized Finance 的对立概念（碳化硅）。 银行转账、保险、证券交易，这些都是中心化实体提供的金融服务。 银行、支付宝、借贷公司等中心化金融实体都有一定的风险。 他们会遭到黑宠物的袭击，甚至会在欧美国家逃跑或者倾家荡产。 普通用户处于非常脆弱的地位。 应对风险的能力较低。 DeFi提供了一种全新的思路——区块链+金融：一方面，基于区块链技术的产品具有去中心化、不可篡改、数据安全等优势； 另一方面，这些产品仍然可以提供传统的金融支持服务。 去中心化金融（DeFi）思考：传统金融？ 去中心化金融？ 从本质上讲，金融交易并不取决于有没有约定，而是取决于你能否在市场上找到匹配的交易对手并相互信任。 传统金融中心化机构对交易对手承担更多责任。 它还在聚合各方或市场的同时提供信用背书； 因此，传统的金融借贷大多需要中心化机构进行相应的服务，如通过银行进行货币资金借贷，通过证券公司或投资银行进行债权和股权投融资等。得益于去中心化的市场机制和成熟的智能合约技术，去中心化金融允许双方直接进行交易。 借助去中心化应用平台，去中心化金融平台具有强大的资源聚合能力，进一步交易所需的市场流动性可以通过豁免第三方中介机构来实现。

治理方式的不同可以说是最本质的区别。 在传统金融领域，必须依靠权威机构的审批和监管，保证少数人不作恶，进而形成市场的公信力； 而在去中心化金融领域，由于开源代码和开放的多方治理模式，市场公信力得到了自然实现。 并且可以通过公开信息查询相关的治理制度和财务，以保护去中心化金融参与者的权益。 利益分配差异 大多数金融中心的设立都是以盈利为目的，以股东价值最大化为目的进行经营，从而使投资者或经营者获得超额回报。 在一定层面上，去中心化金融平台大多是为了满足一定的市场需求而产生的。 在去中心化金融领域，大部分的利润分配和社区治理都是基于Token，所有平台参与者都可以获得未来增长的超额回报。 去中心化金融（DeFi）采用区块链技术代码开源，服务于一定规模的金融行业开发者群体区块链+金融：一方面，基于区块链技术的产品具有去中心化、不可篡改、数据安全等优势； 另一方面，这些产品仍然可以提供传统的金融支持服务。 03 03 去中心化金融（DeFi）请从这里开始展示 请从这里开始展示 Asset Protocol Lending Protocol Liquidity Protocol DeFi 的三大协议 03 03 去中心化金融（DeFi）预言机（oracle machine） 智能合约提供了一种新的方式来创建新的去中心化应用程序（DApps）。

然而，智能合约通常无法访问现实世界中的信息，例如网络上的数据，或者任何需要通过 API 获取的数据。 智能合约是“自动执行的代码”，是“如果...那么...”的条件语句。 举几个例子：如果明天有台风，我会发信息通知大家不要上班。 如果比特币达到2万美元，我会在群里发红包。 如果你今天借我100元，我保证明天还你200元。 如果人民币满足任何条件，就会触发任何结果，这就是智能合约执行的过程。 但是这里有一个问题。 智能合约无法自行读取链下数据。 外部数据源必须告诉它发生了什么，然后它才能执行相应的内容。 03 03 去中心化金融（DeFi）预言机在互联网世界。 如果需要实时获取外部数据，就需要为对应的数据寻找接口。 如果要获取比赛结果，可以通过权威体育网站的接口获取，或者如果比赛结果比较重要，可能需要手动确认最终结果等。一般来说，为了确保数据正确，这个过程可能需要人来控制、检查和确认数据。 但在区块链的世界里，由于智能合约是“自动执行的代码”，获取外部数据的过程需要更直接，需要更大的信任，即需要一个服务来保证链下数据是总是正确的。

预言机是与门对外提供信息的平台。 它是一座桥梁，一个中间人，帮助智能合约连接链下数据，实现世界上不现实的区块链世界的数据交互。 03 03 去中心化金融（DeFi）预言机存在的问题 任何智能合约的执行决策在很大程度上取决于预言机提供的数据质量，这使得数据源的安全对链的安全至关重要至关重要，这是迄今为止 oracles 尚未解决的主要问题。 然而，利用好不同类型的区块链预言机可以显着降低这种风险。 预言机可以是集中式的也可以是分散式的。 前一种类型的基本特征是数据只能从集中式数据库中检索。 一个典型的例子是在 AWS 服务器上运行的网站只查询实时数据。 这种方法通常会否定区块链的技术优势，因为单个实体将控制提供给智能合约的数据。 然而，在某些用例中，尤其是围绕来自真实世界数据的信息，使用集中式预言机是不可避免的。 04 去中心化金融 以太坊网络升级到以太坊2.0是一个长期计划。 它旨在解决当前网络的可扩展性和安全性问题。 以太坊 2.0 完成后，将转变为具有权益证明共识机制的区块链“世界计算机”。 股权证明与工作证明有何不同？ 对于以太坊等区块链，交易需要以去中心化的方式进行验证。 与比特币不同，以太坊目前使用一种称为工作量证明 (PoW) 的共识机制。

在这个系统中，矿工利用计算机硬件的计算能力来解决复杂的数学难题并验证新的交易。 第一个解决难题的矿工将新交易添加到构成区块链的所有交易的记录中。 然后用加密货币奖励他们。 但是，这个过程可能会消耗大量能量，效率也不容乐观。 去中心化金融 (DeFi) DeFi 股权证明与工作证明有何不同？ 股权证明（PoS）的不同之处在于，它不是矿工，而是使用交易验证程序来为加密货币提供验证交易的权利。 这些验证者被选中根据他们持有多少和持有多长时间来选择一个块。 然后其他验证者可以证明他们看到了验证结果。 当有足够的证据时，可以将一个块添加到区块链中。 然后，验证者会因成功提出区块而获得奖励。 这个过程称为“锻造”或“铸造”。 PoS 的主要优点是它比 PoW 更节能，因为它将能源密集型计算机与处理非共识算法分开。 这也意味着你不需要大量的计算能力来保护区块链。 去中心化金融（DeFi）阶段 0 阶段 1.0 阶段 1.5 阶段 2.0 以太坊 2.0 的发展阶段 共识机制只是从 PoW 到 PoS 的实现以太坊 2.0 分片技术 千人同时工作 以太坊 2.0 的主要框架构成整个系统 以太坊 2.0 项目末期计划通过去中心化金融（DeFi）为节点建设提供技术服务，持有32个ETH，不满足32ETH的用户，集体挖矿，部分DeFi平台以矿池模式作为节点运行 去中心化金融（DeFi） 以太坊2.0质押服务模型