以太坊是一个去中心化运算平台。您可以将其想象成一台笔记本电脑或个人电脑，但它并不运行在单一设备上。相反，它同时运行在全球数千台机器上，这意味着它没有单一所有者。
与比特币和其他加密货币一样，以太坊允许您进行数字资产的转移。然而，它的功能远不止于此——您可以部署自己的代码，并与其他用户创建的应用程序进行交互。由于其高度灵活性，各种复杂程序都可以在以太坊上运行。
简而言之，以太坊背后的核心理念是：开发者可以创建并启动在去中心化网络上运行的代码，而非依赖于中央服务器。从理论上讲，这些应用程序无法被关闭或审查。
以太坊与以太币（ETH）的区别
虽然听起来可能不够直观，但以太坊网络中使用的货币单位并不称为“以太坊”。以太坊是协议本身的名称，而为该协议提供动力的货币简称为以太币（或 ETH）。
以太坊的价值来源
以太坊的核心价值在于其能够在分布式系统上运行代码，使得程序无法被外部干预。这些程序被添加到以太坊的数据库（即区块链）中，且其代码可被设计为防篡改模式。此外，该数据库对所有人公开可见，用户可在与程序交互前审计代码。
这意味着任何人在任何地方都可以启动无法被关闭的应用程序。更为重要的是，由于以太坊的原生单位——以太币（ETH）——具备价值存储功能，这些应用程序可设定价值转移的条件。我们称构成这些应用程序的代码为智能合约。在大多数情况下，它们可在无需人工干预的情况下自主运行。
“可编程货币”这一概念，已成功吸引了全球用户、开发者和企业的广泛关注。
区块链与以太坊的关系
区块链足以太坊的核心组成部分，是该协议所使用的信息存储数据库。如果您曾阅读过比特币的相关介绍，可能会对区块链的基本工作原理有所了解。以太坊的区块链与比特币的类似，但其存储的数据类型及存储方式存在差异。
可以将以太坊的区块链想象为一本不断添加新页面的书。每个页面被称为一个“区块”，其中充满了交易数据。当我们想添加新页面时，需在页面顶部包含一个特殊值。该值需确保任何人都能看出新页面是紧接着前一页面添加的，而非被随机插入书中。
实际上，这类似于为页面编号并参考前一页的机制。通过查看新页面，我们可以确信它是前一页的后续。为此，我们使用了称为“哈希”（Hash）的过程。
哈希能够将一段数据（例如页面中的所有内容）处理为一个唯一的标识符。两段不同数据产生相同哈希值的概率极低。同时，哈希过程是单向的：您可以轻松计算出一段数据的哈希值，但几乎无法从哈希值反向推导出原始数据。这一点在挖矿过程中尤为重要。
现在，我们有了一个将页面按正确顺序连接起来的机制。任何试图改变顺序或删除页面的行为，都会导致书本被篡改的痕迹暴露无遗。
以太币与比特币的差异
比特币依托区块链技术和经济激励，创建了一个全球数字货币系统。它引入多项关键创新，使全球用户能够在无需中央单位的情况下实现协同。通过让每位参与者在自己的计算机上运行程序，比特币使得用户可在去信任、去中心化的环境中，就金融数据库的状态达成共识。
比特币通常被视为第一代区块链。其设计并非追求过度复杂，这在安全性上反而成为一种优势。它有意保持规则上的刚性，以优先保障基础层的安全。事实上，比特币的智能合约语言功能极为有限，并不适合在交易之外构建复杂应用。
相比之下，第二代区块链提供了更丰富的功能。除了金融交易，这些平台还能实现更高程度的可编程性。以太坊为开发者提供了更大的创作自由，使其能够实验自定义代码并创建所谓的去中心化应用程序（DApp）。
以太坊是第二代区块链浪潮中的首个代表，且至今仍是最突出的一个。它在功能上与比特币有相似之处，但在技术层面上两者存在显著差异，各有其优势。
以太坊的工作原理
我们可以将以太坊定义为一台状态机。这意味着在任何给定时间，您都可以获得所有账户余额和智能合约当前状态的“快照”。某些操作将引发状态更新，所有网络节点都会同步更新自己的快照以反映变更。
在以太坊上运行的智能合约由交易触发（交易可来自用户或其他合约）。当用户向合约发送交易时，网络中的每个节点都会运行合约代码并记录输出。这一过程通过以太坊虚拟机（EVM） 实现，EVM 会将智能合约转换为计算机可读的指令。
为更新状态，以太坊采用了一种称为“挖矿”的特殊机制（目前仍在使用）。挖矿采用了与比特币类似的工作量证明（PoW）算法。我们将在后续章节深入探讨这一点。
什么是智能合约？
智能合约本质上是一段代码。它既不具备人工智能，也不等同于传统意义上的合约。我们称其为“智能”，是因为它在特定条件下自动执行；而“合约”则体现在它能够强制执行各方之间的协议。
计算机科学家 Nick Szabo 被认为是这一概念的提出者。他在 1990 年代后期用自动贩卖机的例子来解释智能合约：用户投入硬币，机器根据选择提供商品。智能合约在数字环境中应用了类似的逻辑。
在以太坊中，开发者编写可由 EVM 读取的代码，并通过将其发送到一个特殊地址来发布合约。一旦发布，合约便无法被删除（除非编写时已设定相关条件）。此后，任何用户都可与之交互。
例如，一个最简单的合约可能是：当向合约地址发送 2 ETH 时，合约返回“Hello, World!”。当用户执行该操作时，所有网络节点都会运行代码、记录输出，并更新状态。
当然，现实中已有更为复杂的应用，它们通过多个智能合约相互连接实现高级功能。
以太币的创造者
以太坊的创建者是一位名为 Vitalik Buterin 的年轻工程师。2008 年，化名为中本聪的个人或团队发布了比特币白皮书，彻底改变了数字货币的格局。几年后，Vitalik Buterin 提出了一种将区块链技术应用于更广泛场景的构想，这一概念最终发展成为以太坊。
Buterin 在 2013 年的一篇博客文章《以太坊：终极智能合约和去中心化应用平台》中首次描述了以太坊。他在文章中提出了一个基于图灵完备区块链的概念——一种去中心化的计算机构，如果有足够的时间和资源，可以运行任何应用程序。
随着时间的推移，可部署到区块链上的应用程序类型仅受开发者想象力的限制。以太坊旨在探索区块链技术是否能在比特币的设计限制之外找到有效的应用场景。
以太币的分发方式
以太坊于 2015 年正式推出，初始供应量为 7200 万 ETH。其中超过 5000 万枚通过一次初始代币发行（ICO） 公开销售完成分发，参与者可用比特币或法定货币购买以太币。
什么是 The DAO 与以太坊经典（ETC）？
随着以太坊的出现，全新的互联网开放协作方式成为可能。例如，去中心化自治组织（DAO） 便是一种由计算机代码管理的实体，其运作类似于一个计算机程序。
最早且最具雄心的 DAO 之一是“The DAO”。它由在以太坊上运行的复杂智能合约组成，旨在成为一个自主的风险基金。DAO 代币通过 ICO 分发，持有者享有所有权份额和投票权。
然而，在推出后不久，恶意攻击者利用合约漏洞盗取了 The DAO 中近三分之一的资金。值得注意的是，当时整个以太坊供应量的 14% 被锁定在 The DAO 中。这一事件对尚处于起步阶段的以太坊网络造成了巨大冲击。
经过社区讨论，以太坊区块链经历了一次硬分叉，分成两条链：一条链通过撤销恶意交易恢复了资金，即现在的以太坊区块链；另一条保持交易不变的原始链，则被称为以太坊经典（Ethereum Classic, ETC）。
这一事件提醒人们注意托管于自主代码的风险，以及在开放环境中进行集体决策可能面临的挑战。尽管存在安全漏洞，The DAO 仍完美展示了智能合约在实现无需信任的大规模协作方面的潜力。
新以太币的创造与供应
新币的产生：挖矿机制
我们之前简要提到了挖矿。如果您熟悉比特币，会知道挖矿过程对于保障和更新区块链至关重要。在以太坊中，同样原则适用：为奖励付出高昂成本进行挖矿的用户，协议会以以太币作为奖励发放给他们。
以太币的总量
截至 2020 年 2 月，以太币的总供应量约为 1.1 亿枚。
与比特币不同，以太坊的代币发行计划在推出时并未设定硬性上限。比特币通过限制供应量并逐渐减少新币产量来维护价值存储功能；而以太坊则旨在为去中心化应用提供基础设施。由于尚不清楚何种发行计划最符合这一目标，该问题至今仍保持开放。
以太坊挖矿的工作原理
挖矿对网络安全至关重要。它确保了区块链能够被公平地更新，并使网络在无需单一决策者的情况下运作。在挖矿过程中，部分节点（称为矿工）投入计算资源来解决一个加密谜题。
矿工实际上是在对一组待处理交易及其他数据进行哈希运算。要使某个区块被视为有效，其哈希值需低于协议设定的某个目标值。若未成功，矿工可修改部分数据再次尝试。
为与他人竞争，矿工需尽可能快地进行哈希运算——其计算能力以哈希率衡量。网络总哈希率越高，谜题难度越大。只有矿工需要找到实际解决方案；一旦找到，其他参与者可轻松验证其有效性。
持续高速进行哈希运算的成本非常高昂。为激励矿工保护网络，他们获得区块中所有交易手续费及新生成的以太币作为奖励（目前每个新区块奖励 2 ETH）。
什么是以太坊的 Gas？
回想之前提到的“Hello, World!”合约：它是一个计算成本极低的简单程序。但您并非在自己的电脑上运行它，而是要求以太坊生态系统中的每个节点都执行它。
这就引出一个问题：当成千上万的用户运行复杂合约时会发生什么？如果某个合约被设置为无限循环运行同一代码，每个节点都将无休止地执行它，从而给系统资源带来过大压力甚至导致崩溃。
为此，以太坊引入了 Gas（燃料） 的概念来规避此类风险。正如汽车没有燃料就无法行驶，合约没有 Gas 也无法执行。每个合约都会消耗一定量的 Gas，用户必须支付相应费用才能让合约成功运行。如果 Gas 不足，合约将停止执行。
实质上，这是一种费用机制。这一概念同样适用于普通交易：矿工主要受利润驱动，因此可能会忽略手续费过低的交易。
需要注意的是，以太币和 Gas 并非同一概念。Gas 的平均价格波动较大，主要由矿工决定。用户用以太币支付 Gas 费用。这一点类似于比特币的交易费：如果网络拥堵、交易需求大，平均 Gas 价格会上升；反之，则会下降。
尽管 Gas 价格会变动，但每个操作所需的 Gas 量是固定的。这意味着复杂合约将比简单交易消耗更多 Gas。因此，Gas 是对计算资源的一种度量。它确保系统能根据用户对资源的使用情况收取适当费用。
Gas 成本通常仅相当于以太币的极小部分。因此，我们使用更小的单位 gwei 来表示它（1 gwei = 0.000000001 ETH）。
总之，您可以运行长时间循环的程序，但这将很快变得极其昂贵。Gas 机制有效防止了网络垃圾信息的泛滥。
Gas 费用与 Gas 限制
假设 Alice 要对一个合约发起交易。她会先计算愿意支付的 Gas 费用（可通过 ETH Gas Station 等工具查询），并可能设置较高价格以激励矿工优先处理她的交易。
同时，她也会设置一个 Gas 限制，以保护自己免受意外损失。如果合约出现问题导致消耗的 Gas 超出预期，Gas 限制能确保在消耗量达到设定值时操作立即停止。合约可能执行失败，但 Alice 不会支付超出初始预算的费用。
起初，这可能是一个较难理解的概念。但无需担心——大多数钱包会自动处理这些设置。简而言之，Gas 费用决定了矿工处理交易的速度，而 Gas 限制则决定了您愿意支付的最高金额。
开采一个以太坊区块需要多久？
目前，开采一个新的以太坊区块平均需要 12 到 19 秒。随着网络向权益证明（Proof of Stake, PoS） 过渡，这一时间可能会进一步缩短。
什么是以太坊上的代币？
以太坊的吸引力之一在于用户可在区块链上创建自己的资产，这些资产可以像以太币一样被存储和转移。这些资产的规则由智能合约设定，允许开发者定义代币的具体参数，如发行数量、发行方式、是否可分割、是否可互换等。在以太坊上创建代币最突出的技术标准称为 ERC-20，因此这些代币常被称为 ERC-20 代币。
代币功能为创新者提供了一个广阔的实验场，使其能够在金融和技术的前沿领域进行探索。从发行统一的应用内货币，到以实物资产为支撑的独特代币，设计灵活度极大。甚至可能还有一些便捷、流畅的代币应用场景尚未被发现。
常见问题
以太币（ETH）和以太坊的区别是什么？
以太坊是一个去中心化的开源区块链平台，支持智能合约功能。而以太币（ETH）则是以太坊网络的原生加密货币，用于支付交易费用和计算服务（Gas费）。简单来说，以太坊是底层协议与生态系统，ETH是其内部流通的价值载体。
如何安全地存储以太币？
您可选择使用托管型或非托管型方案存储ETH。托管型方案如交易所钱包，由第三方管理您的私钥；非托管型方案如硬件钱包或移动钱包，您自己掌控私钥。为保障安全，强烈建议使用硬件钱包存储大额资产，并妥善备份助记词（种子短语），切勿泄露给他人。
以太坊交易是否可以撤销？
一旦交易被确认并记录到区块链上，几乎无法撤销或修改。因此进行交易时务必仔细核对接收地址。建议首次向新地址发送资金时先进行小额测试转账，确认无误后再进行大额操作。仅在极端情况（如2016年The DAO事件）下，社区才可能通过硬分叉来回滚交易，但这非常罕见。
什么是以太坊2.0？
以太坊2.0（又称ETH 2.0或Serenity）是以太坊网络的一系列重大升级计划，旨在解决当前版本在可扩展性、安全性和能源效率方面的限制。核心改进包括从工作量证明（PoW）转向权益证明（PoS）共识机制，以及引入分片技术来提高网络吞吐量。
目前投资以太币有哪些主要方式？
用户可通过长期持有（HODLing）、交易、参与DeFi应用（如借贷、流动性挖矿）、或未来通过质押（Staking）等方式接触ETH。每种方式均伴随不同风险与潜在回报，请根据自身风险承受能力和知识水平谨慎选择。
Gas费为什么有时会特别高？
Gas费由网络供需关系决定。当许多用户同时发起交易或执行智能合约时，区块空间成为竞争资源，用户需提高Gas价格以激励矿工优先处理自己的交易。此外，复杂合约操作通常消耗更多Gas，也会推高成本。
以太坊的未来：可扩展性与以太坊2.0
什么是可扩展性？
简单来说，可扩展性是系统应对增长的能力指标。在加密货币领域，它特指区块链处理更多用户和交易的能力。
为什么以太坊需要扩展？
以太坊的支持者认为，下一代互联网（Web 3.0）将构建于该平台之上。Web 3.0 将呈现出去中介化、注重隐私、用户真正拥有自身数据的特征，其基础通过智能合约和去中心化存储/通信协议实现。
然而，为实现这一愿景，以太坊需大幅提升其交易处理能力，同时不损害网络的去中心化特性。目前，以太坊通过区块 Gas 上限来限制每个区块可包含的操作总量。当待处理交易量超过区块空间时，会造成积压，Gas 价格随之上涨，可能导致某些操作因成本过高而无法执行。
2017年，基于以太坊的游戏 CryptoKitties 曾导致网络严重拥堵，充分暴露了其在扩展性方面的局限。
区块链可扩展性三难困境
Vitalik Buterin 提出了区块链三难困境，解释了区块链网络在可扩展性、安全性和去中心化三者之间难以兼顾的挑战。现有区块链通常只能优化其中两个特性而牺牲第三个。
像以太坊和比特币这样的区块链优先考虑安全性和去中心化，但其共识算法导致扩展性较差。若仅提高 Gas 上限以实现更高吞吐量，则会增加运行节点的硬件要求，导致网络趋向中心化。若追求扩展性与去中心化，则可能需要在安全性上做出妥协。
以太坊2.0的解决方案
为应对上述挑战，以太坊计划通过一系列升级（统称为以太坊2.0）来全面提升网络性能。核心升级包括：
- 权益证明（PoS）： 取代当前的工作量证明（PoW），通过质押ETH的方式保护网络安全，大幅降低能源消耗。
- 分片（Sharding）： 将网络分割成多个并行处理交易的分片链，显著提高整体交易吞吐量。
- Rollup技术： 通过将大量交易打包压缩后在主链外执行，仅将结果数据提交回主链，有效减轻主链负担。主要分为ZK Rollup（利用零知识证明确保正确性）和Optimistic Rollup（采用欺诈证明和挑战期机制）两类。
这些升级旨在使以太坊成为一个更具可扩展性、安全性和可持续性的去中心化应用平台。
参与以太坊网络
运行以太坊节点
任何人都可以运行以太坊节点来参与网络验证，增强去中心化程度。节点类型主要包括：
- 全节点： 存储整个区块链副本，独立验证所有交易和合约，对网络安全至关重要。
- 轻节点： 仅存储部分必要数据，依赖全节点提供信息，适合资源受限设备。
- 挖矿节点： 参与工作量证明挖矿（当前），通过计算能力竞争区块奖励。
运行个人节点有助于维护网络健康，但需要一定的技术知识和硬件资源。
以太坊开发与Solidity
以太坊拥有庞大的开源开发者社区。其主要智能合约编程语言为 Solidity，语法类似 JavaScript 和 C++。开发者可使用 Solidity 编写代码，并编译为 EVM 可执行的字节码。另一种选择是 Vyper，其语法更接近 Python。
结语
以太坊不仅仅是一种加密货币，更是一个全球共享的去中心化运算平台。它为开发者和用户提供了前所未有的创新空间，通过智能合约和去中心化应用重塑数字时代的交互方式。
其真正的力量源于开放性、抗审查性以及由此激发的无限创新潜力。随着以太坊2.0升级的逐步推进，我们有理由期待一个更加强大、高效和包容的去中心化未来正在到来。