以太坊,作为继比特币之后最具影响力的区块链平台之一,早已超越了单纯的“数字货币”范畴,演变为一个去中心化的全球性计算平台,催生了DeFi(去中心化金融)、NFT(非同质化代币)、DAO(去中心化自治组织)等无数创新应用,要真正理解以太坊及其生态系统的潜力与局限,深入探究其“技术识”——即其核心的技术架构与原理——至关重要,本文将解码以太坊的关键技术识,带你领略这一“世界计算机”的内在逻辑。
以太坊的基石:区块链技术与智能合约
以太坊首先是一个区块链,这意味着它继承了比特币区块链的核心特性:去中心化、透明性、不可篡改性和安全性,与比特币主要用于记录交易不同,以太坊的核心创新在于引入了智能合约(Smart Contract)。

以太坊的核心技术识
以太坊的技术识是一个复杂的体系,以下是其最关键的几个组成部分:
账户模型(Account Model) vs 比特币的UTXO模型: 以太坊采用账户模型,这与比特币的UTXO(未花费交易输出)模型形成鲜明对比,每个账户都有一个地址,并存储以下信息:

以太坊虚拟机(Ethereum Virtual Machine, EVM): EVM是以太坊的“心脏”,是一个图灵完备的虚拟机,它负责执行智能合约的代码,EVM运行在以太坊网络的每一个全节点上,确保了合约执行的一致性和确定性,无论你用何种编程语言编写智能合约(最终编译为字节码),只要能在EVM上运行,就能在以太坊网络上得到一致的结果,EVM的去中心化执行是以太坊安全性和去中心化特性的基石。
Gas机制(Gas Mechanism): 为了防止智能合约无限循环或消耗过多网络资源,以太坊引入了Gas机制,Gas是衡量执行特定操作所需计算量的单位,每一笔交易都需要支付Gas费,Gas费以以太币(ETH)支付。
共识机制:从PoW到PoS的演进: 以太坊最初采用工作量证明(Proof of Work, PoW)共识机制,与比特币类似,通过矿工竞争计算能力来验证交易和生成新区块,确保网络安全,PoW能耗高、效率较低。 以太坊正在经历重大升级,转向权益证明(Proof of Stake, PoS)共识机制,在PoS中,验证者(而非矿工)通过锁定(质押)一定数量的ETH来获得参与共识、创建新区块的权利并获得奖励,PoS显著降低了能耗,提高了网络扩展性,并为未来的进一步升级(如分片)奠定了基础。“合并”(The Merge)是以太坊从PoW转向PoS的关键里程碑。

状态树与默克尔帕特里夏树(Merkle Patricia Trie): 以太坊使用一种高效的数据结构——默克尔帕特里夏树来存储状态、交易和收据,状态树记录了所有账户的当前状态(余额、nonce、代码、存储等);交易树存储了区块中的所有交易;收据树存储了交易执行后的结果。 这种树形结构确保了数据的高效检索和验证,同时通过默克尔证明,节点可以快速验证特定数据是否存在于区块中,而无需下载整个区块数据,这对于轻节点和安全性至关重要。
交易与数据结构: 以太坊的交易是状态改变的指令,包含发送者地址、接收者地址(合约部署时为空)、值(转账的ETH)、数据(合约调用参数)、Gas Limit、Gas Price、Nonce等字段,交易被广播到网络,由矿工/验证者收集打包进区块,并通过EVM执行,从而改变以太坊的全局状态。
以太坊的演进与未来技术识
以太坊并非一成不变,其社区持续进行着重要的升级以提升性能、安全性和可扩展性: