# ETH

：以太币（Ether），一种数字货币，由以太坊（Ethereum）区块链发行。

官方文档 (opens new window)
与 BTC 相比，以太坊提供了一种图灵完备的脚本语言，允许用户编写去中心化程序，部署在区块链中。

# 架构

一些主机根据以太坊协议相互通信，组成了以太坊网络。这些主机称为以太坊节点。
以太坊在程序中设计了一个以太坊虚拟机 (EVM) ，用于执行指令，比如交易、部署合约、调用合约。
- 以太坊区块链负责保存 EVM 的当前状态，比如所有账户的余额。
- 每个节点会存储区块链的一个副本。而 EVM 在逻辑上只存在一个实例。
多次让 EVM 执行请求时，可能会重复使用一些指令。可以将这些指令上传到 EVM ，供以后调用，称为智能合约。
- 智能合约实际上是保存在区块链中，对所有人公开可见、可调用。
- 一些开发人员将程序的关键代码片段制作成智能合约，从而实现去中心化程序（Decentralized Application ，DAPP）。
- 智能通常采用 Solidity 语言开发。
关于 ETH 币：
- 矿工打包区块时，会产生一些 ETH 作为奖励，
- ETH 总量没有上限。
- ETH 数量的最小单位为 Wei ，1 ETH = 10^18 Wei 。

# 区块

ETH 通过 MPT（Merkle Patricia Tree）记录整个区块链当前的状态数据，又称为状态机。
- 每个叶子节点记录一个账户的余额，每次交易时会更新账户的余额。
  - BTC 需要统计所有交易的输入、输出，才能确定所有账户的 UTXO 即余额。而 ETH 直接记录所有账户的余额。
- 整个 MPT 的体积过大，因此：
  - 打包一个新区块时，只需增量更新 MPT ，而不必全量更新。
  - ETH 客户端不必将整个 MPT 载入内存，而是根据节点路径从磁盘读取子树。

以太坊虚拟机 (EVM) ：一个运行时环境，负责

# 账户

ETH 的账户地址分为两种：
- 外部账户（Externally-owned）
  - ：供普通用户使用，由私钥控制。
  - 示例：
```
0xcf4ec3c95d568ac6fc8413d163e645d3375639bbec5e90f74aa21d2e8eb38c20  # 私钥
0xfd5aC7632B2044D8D3F5C7ce08b9d69e8b93493e                          # 公钥
```
- 合约账户（Contract）
  - ：部署一个智能合约时会创建一个合约账户。地址为 40 位长度的十六进制数，没有私钥。
  - 两种账户都能交易代币、使用智能合约。
  - 创建外部账户是免费的，而创建合约账户需要付费。
生成外部账户的步骤：
1. 根据椭圆曲线 secp256k1 生成一对公钥、私钥，长度都为 32 bytes 。
2. 将私钥表示成 64 位长度的十六进制数。
3. 计算公钥的 keccak256 哈希值，取最后 20 bytes ，表示成 40 位长度的十六进制数，作为账户地址。

MPT 中，每个账户会记录以下数据：

nonce         # 账户已执行的交易次数，从 0 开始递增
balance       # 账户持有的 ETH 余额，单位为 Wei

codeHash      # 合约账户的代码哈希值，用于从 EVM 数据库中获取智能合约。外部账户的该字段为空
storageRoot   # 合约账户的存储哈希值，用于从 EVM 数据库中获取存储数据。外部账户的该字段为空

# 交易

用户想让 EVM 执行指令时，需要广播交易（transaction）请求，等待矿工将该指令打包到新区块。
常见的交易类型：
- 常规交易：在账户之间转账 ETH 。
- 部署合约
- 调用合约：发送一些 ETH 和输入参数到合约账户，执行合约代码。
每个请求需要消耗 EVM 的一些计算资源，称为 Gas 。
- 以太坊网络的负载时大时小，因此同样的交易需要消耗的 Gas 数量经常变化。
用户请求交易时，需要付出一些 ETH 费用。分为两部分：
- Base Fee（基础费用）
  - ：为了避免请求对 EVM 的负载过大，用户必须根据消耗的 Gas 量燃烧一些 ETH ，即永久销毁。
- Priority Fee（优先费用）
  - ：付给矿工的小费，可以为 0 。给得越多，越容易被矿工打包。

用户请求交易时，需要声明以下信息：

From          # 从哪个账户发送 ETH
To            # 发送 ETH 到哪个账户
value         # 发送的 ETH 数量，单位为 Wei
data          # 自定义的数据，默认为空。常用于保存调用合约时的输入参数
signature     # 用户根据私钥创建的签名，用于授权该交易

gasLimit      # 该交易最多消耗多少单位的 Gas 。常规交易默认为 21000 ，调用合约可能需要更多 Gas 。
maxFeePerGas  # Gas 最大单价。对于每单位 Gas ，用户最多愿意付出多少 Gwei
maxPriorityFeePerGas  # 每单位 Gas 中，最多愿意付出多少 Gwei 作为矿工的小费
gasPrice      # 每单位 Gas 等于多少 Gwei ，1 ETH = 10^9 Gwei

用户请求交易之前需要估计最多付费：

maxFeePerGas = (baseFeePerGas + maxPriorityFeePerGas)
maxFee = maxFeePerGas * gasLimit

实际付费为：

FeePerGas = (baseFeePerGas + PriorityFeePerGas)
Fee = FeePerGas * gasUsed

如果实际付费 Fee 少于最多付费 maxFee ，则差额会退款。
如果交易需要消耗的 Gas 超过 gasLimit ，则消耗完 gasLimit 之后交易会执行失败，不会退款。

每个交易打包到区块之后，会产生一个回执（Recipt），表示该交易的结果。包含以下信息：

status    # 交易是否成功。取值 1、0 分别表示成功、失败。比如账户余额不足时会交易失败
gasUsed   # 实际消耗多少 Gas
txHash    # 交易的哈希值

txHash    # 交易的哈希值

# 相关概念

ERC-20（Ethereum Request for Comments 20）代币标准
- 以太坊允许创建独特且不可分割的代币，称为不可替代代币(NFT)
去中心化金融（DeFi）

# 相关历史

2013 年，俄罗斯程序员 Vitalik Buterin 等人开始开发 ETH 项目。
- BTC 的最初目的是提供一种去中心化的货币，实现价值存储功能。而 ETH 的最初目的是实现去中心化程序。
2015 年，ETH 主网上线。
20016 年 6 月，ETH 开始了 The DAO 项目，众筹了大量 ETH ，但是被黑客通过漏洞转走了 360 万个 ETH 。
- 事发后，ETH 开发者的解决方案是，通过硬分叉将区块链回滚到事发之前的状态，从而回滚交易。
- 一些社区用户反对该硬分叉，称它违反了区块链的不可篡改特性，因此继续使用原链，称为以太坊经典（ETC）。
2018 年 1 月，ETH 成为市值第二大的数字货币，仅次于 BTC 。
2019 年 2 月，ETH 实施一次升级，代号为君士坦丁堡。
2021 年 8 月，ETH 实施一次升级，代号为伦敦。实施了 EIP1559 提案。
- 之前，用户交易付出的 Gas 会全部交给矿工。之后，用户交易付出的 Gas 分为 Base Fee、Priority Fee 两部分。
  - 当一个新区块的 ETH 奖励少于燃烧的 Base Fee 时，ETH 的流通总量就会变少。
  - baseFeePerGas 是以太坊根据最近的网络负载计算出来的，因此用户只需要考虑 PriorityFeePerGas ，更容易预测交易需要付出的 Gas 。
- 之前，区块的容量是固定的。之后，取消限制区块的容量，改为限制 Gas 总量，从而方便打包大体积的请求。
  - 每个区块的所有交易消耗的 Gas 总量称为 Gas Used 。
  - 一般情况下，每个区块期望的 Gas Used 为 15,000,000 ，称为 Gas Target 。最多消耗的量是其 2 倍。
  - 如果上一个区块的 Gas Used 高于 Gas Target ，则增加新区块的 baseFeePerGas ，反之减少 baseFeePerGas 。
计划升级到 ETH 2.0 ，大幅提高网络吞吐量，分为 3 个阶段：
1. 2020 年 12 月部署信标链，采用 PoS
2. 2022 年，将信标链与原链合并
3. 分片链，将网络分散到 64 条链上
- 难度炸弹：从某个区块开始，指数级增加 PoW 挖矿的难度，逼迫矿工转向 PoS 挖矿。