數(shù)字貨幣概論 課件 第9章 Ethereum以太坊

6/21/20241第九章

Ethereum/以太坊第一節(jié)以太坊的產(chǎn)生與發(fā)展第二節(jié)技術(shù)框架與運行機制第三節(jié)以太幣的現(xiàn)狀與前景第四節(jié)本章小結(jié)第五節(jié)思考與練習(xí)9.1以太坊產(chǎn)生與發(fā)展9.1.1區(qū)塊鏈早期應(yīng)用與缺陷比特幣的貢獻(xiàn)比特幣解決了“雙花問題”，被視為貨幣領(lǐng)域的重大突破。其底層區(qū)塊鏈技術(shù)作為分布式共識工具，具有去中心化、不可篡改、易驗證等特征。早期應(yīng)用Namecoin：創(chuàng)建于2010年的去中心化名稱注冊數(shù)據(jù)庫，旨在對抗互聯(lián)網(wǎng)審查，增強網(wǎng)絡(luò)安全性和隱私性。其核心應(yīng)用是分布式域名系統(tǒng)（DNS），允許在區(qū)塊鏈中注冊和存儲域名。ColoredCoins：基于比特幣的開源協(xié)議，允許用戶在比特幣交易上標(biāo)識和操縱不可變的數(shù)字資產(chǎn)。它用于建立資產(chǎn)所有權(quán)，如股票、商品、房地產(chǎn)等。9.1以太坊產(chǎn)生與發(fā)展9.1.1區(qū)塊鏈早期應(yīng)用與缺陷早期應(yīng)用的局限Namecoin：需要構(gòu)建獨立的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，成本和困難較高，用戶規(guī)模較小。ColoredCoins：依賴比特幣腳本，功能受限于比特幣協(xié)議。比特幣腳本的局限比特幣腳本語言實現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)用有局限性，如多重簽名、第三方支付等。以太坊創(chuàng)始人維塔利克·布特林指出比特幣腳本的幾個重要限制，旨在通過以太坊克服這些缺陷。以太坊的目標(biāo)以太坊希望構(gòu)建一個更高開發(fā)便捷性和更強大的輕客戶端屬性的替代框架。通過內(nèi)置圖靈完備編程語言的區(qū)塊鏈，允許編寫智能合約和去中心化應(yīng)用程序，實現(xiàn)更多的所有權(quán)規(guī)則、交易格式和狀態(tài)轉(zhuǎn)換功能。9.1

以太坊產(chǎn)生與發(fā)展9.1.2以太坊的誕生與演進(jìn)起源2013年11月，維塔利克·布特林發(fā)布以太坊白皮書，吸引了大量關(guān)注。12月，以太坊項目正式成立，創(chuàng)始團(tuán)隊包括布特林、米海·艾利斯、安東尼·迪奧里奧、查爾斯·霍斯金森和阿米爾·切特里特。發(fā)展2014年1月，布特林在比特幣會議上展示以太坊概念，獲得廣泛關(guān)注。約瑟夫·魯賓、杰弗里·威爾克和加文·伍德加入團(tuán)隊。2014年，瑞士公司EthereumSwitzerlandGmbH開始開發(fā)工作，加文·伍德完成以太坊黃皮書，闡述以太坊虛擬機執(zhí)行智能合約的技術(shù)細(xì)節(jié)。2014年7月，以太坊基金會在瑞士成立，通過首次代幣發(fā)行（ICO）籌集了超過31,000BTC，價值約1800萬美元。上線2015年7月30日，以太坊平臺正式啟動，創(chuàng)建“創(chuàng)世區(qū)塊”，包含8,893筆交易。9.1以太坊產(chǎn)生與發(fā)展9.1.2以太坊的誕生與演進(jìn)共識機制以太坊設(shè)計之初采用PoW共識，并計劃逐步轉(zhuǎn)向PoS，包括Frontier（前沿）、Homestead（家園）、Metropolis（大都會）、Serenity（寧靜）四個階段。階段Frontier前沿（2015年7月30日）：以太坊創(chuàng)世區(qū)塊生成，提供PoW挖礦和限制性交易。Homestead家園（2016年3月14日）：優(yōu)化協(xié)議，加快交易速度，引入Mist錢包。TheDAO項目眾籌成功但遭攻擊，導(dǎo)致以太坊分叉為ETH和ETC。Metropolis大都會：通過拜占庭和君士坦丁堡兩次硬分叉，優(yōu)化以太坊網(wǎng)絡(luò)，推遲難度炸彈，為從PoW向PoS過渡做準(zhǔn)備。Serenity寧靜：以太坊2.0時代，完全采用PoS共識機制，提升交易速度和可擴(kuò)展性。2019年12月8日的伊斯坦布爾升級是邁向Serenity的重要節(jié)點。以太坊2.0Phase0于2020年12月1日啟動，創(chuàng)建基于PoS的“信標(biāo)鏈”，用戶可參與Staking挖礦獲取收益。后續(xù)Phase1到Phase3逐步拓展和優(yōu)化。9.1以太坊產(chǎn)生與發(fā)展9.1.2

以太坊的誕生與演進(jìn)以太坊的工作原理以太坊通過區(qū)塊鏈技術(shù)運行，以下是其工作原理的主要方面：1.區(qū)塊鏈：以太坊的區(qū)塊鏈存儲了所有的交易和智能合約，每個區(qū)塊都包含了前一個區(qū)塊的哈希值，確保了數(shù)據(jù)的完整性和不可篡改性。2.智能合約：開發(fā)者可以在以太坊上編寫智能合約，使用以太坊虛擬機（EVM）執(zhí)行這些合約。EVM是一個圖靈完備的虛擬機，能夠執(zhí)行任意復(fù)雜的計算。3.賬戶：以太坊有兩種賬戶類型：外部擁有賬戶（EOA）和合約賬戶。EOA由用戶控制，用于發(fā)送和接收以太幣；合約賬戶由智能合約代碼控制，自動執(zhí)行特定操作。4.交易：用戶可以發(fā)起交易，將以太幣從一個賬戶轉(zhuǎn)移到另一個賬戶，或者調(diào)用智能合約執(zhí)行特定功能。5.共識機制：以太坊最初使用工作量證明（PoW）共識機制，后來逐步轉(zhuǎn)向權(quán)益證明（PoS），提高了網(wǎng)絡(luò)的效率和可擴(kuò)展性。9.2技術(shù)框架與運行機制9.2.1以太坊的技術(shù)框架

以太坊是一個通過在P2P網(wǎng)絡(luò)上運行智能合約，從而實現(xiàn)去中心化應(yīng)用的區(qū)塊鏈平臺。

它涉及包括密碼學(xué)、數(shù)據(jù)處理、P2P網(wǎng)絡(luò)、虛擬機、共識與挖礦、賬戶交易模型等專業(yè)內(nèi)容。總體來看，以太坊的技術(shù)框架分為應(yīng)用交互層、核心層和基礎(chǔ)層三層；細(xì)分的話可分為數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層、共識層、激勵層、智能合約層和應(yīng)用層六層。9.2技術(shù)框架與運行機制9.2.1以太坊的技術(shù)框架（1）數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)層主要有兩方面功能：一是實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的儲存；二是保證相關(guān)賬戶及交易的安全。以太坊的數(shù)據(jù)儲存功能依賴于MPT樹（MerklePatriciaTrie）。（2）網(wǎng)絡(luò)層網(wǎng)絡(luò)層通過P2P技術(shù)實現(xiàn)節(jié)點的連接與通信，各個節(jié)點之間平等自治，不存在中心化的權(quán)威節(jié)點。（3）共識層共識層通過POW（工作量證明）和POS（權(quán)益證明）機制實現(xiàn)全網(wǎng)節(jié)點對交易和數(shù)據(jù)的一致。（4）激勵層激勵層解決以太幣的發(fā)行和分配問題，EVM的每一條指令都需消耗一定量的Gas。（5）智能合約層智能合約層實現(xiàn)去中心化的數(shù)字合約，可以自動執(zhí)行合同條款。（6）應(yīng)用層應(yīng)用層支持去中心化應(yīng)用（Dapp），如金融衍生品、去中心化儲存和云計算等。9.2技術(shù)框架與運行機制9.2.2以太坊的運行機制（1）產(chǎn)生機制以太坊通過挖礦產(chǎn)生新的區(qū)塊，礦工通過運算挖出新的區(qū)塊獲得以太幣獎勵。9.2技術(shù)框架與運行機制9.2.2以太坊的運行機制（2）交易支付機制交易需經(jīng)過所有節(jié)點的驗證和廣播，保證交易的有效性和安全性。9.2技術(shù)框架與運行機制9.2.2以太坊的運行機制（3）發(fā)行機制以太幣作為以太坊區(qū)塊網(wǎng)絡(luò)的加密數(shù)字資產(chǎn)，扮演著雙重角色：為數(shù)字資產(chǎn)交易提供流動性和支付交易費用（燃料費用）。以太幣設(shè)計了一套面額度量體系，最小單位為“Wei”，最大單位為“Ether”。單位Wei價值Wei值Wei1wei1Kwei(babbage)103wei1,000Mwei(lovelace)106wei1,000,000Gwei(shannon)109wei1,000,000,000Microether(szabo)1012wei1,000,000,000,000Milliether(finney)1015wei1,000,000,000,000,000ether1018wei1,000,000,000,000,000,0009.2技術(shù)框架與運行機制9.2.2以太坊的運行機制（3）發(fā)行機制——發(fā)行模式預(yù)售活動：以BTC購買以太幣，價格為每BTC約1337-2000枚以太幣，早期購買者享受折扣?；I集的資金用于支付開發(fā)者工資和生態(tài)系統(tǒng)項目。分配：0.099X分配給早期貢獻(xiàn)者，0.099X分配給長期研究項目。9.2技術(shù)框架與運行機制9.2.2以太坊的運行機制（3）發(fā)行機制——發(fā)行模式3.礦工獎勵：每年挖出0.26X的以太幣，即每年挖出數(shù)量為發(fā)行總量的0.26倍。發(fā)行總量公式發(fā)行總量Y=X+0.099X+0.099X+0.26X*n（n為以太坊上線年數(shù)）特點以太幣沒有總量上限，采取永久線性增長模式，規(guī)避財富集中問題。長期來看，以太幣供給增長率趨近于零，保證了獲取和持有以太幣的激勵。貨幣遺失率固定不變時，流通中的貨幣供應(yīng)量會穩(wěn)定在一個固定值上。每年貨幣發(fā)行量與遺失率平衡后，現(xiàn)存以太幣數(shù)量基本維持不變。理論上以太幣可無限細(xì)分，抗擊通脹。長期預(yù)期比特幣將在2140年前后停止發(fā)行，而以太幣則會達(dá)到動態(tài)平衡狀態(tài)，現(xiàn)存數(shù)量基本不變。如果需求持續(xù)上漲，價格會進(jìn)入通縮機制，但以太幣的無限細(xì)分特性使其不受影響。9.2技術(shù)框架與運行機制9.2.2以太坊的運行機制（4）挖礦去中心化比特幣的挖礦中心化問題ASIC芯片：高效低能耗，普通礦工難以獲利。中心化礦池：礦工依賴礦池提供區(qū)塊頭，導(dǎo)致中心化。以太坊的解決方案新挖礦算法：每1000個隨機數(shù)生成唯一哈希值，削弱專業(yè)硬件優(yōu)勢。普通用戶可用筆記本或臺式機挖礦，超過100%CPU使用率后需支付成本。挖礦需訪問整個區(qū)塊鏈，礦工必須存儲和驗證區(qū)塊和交易。鼓勵使用輕客戶端挖礦，抵御中心化風(fēng)險。這種設(shè)計確保即使有ASIC存在，普通礦工仍能參與，實現(xiàn)去中心化目標(biāo)。9.3以太幣的現(xiàn)狀與前景9.3.1比特幣的現(xiàn)狀（1）發(fā)行比特幣總量被限制在2100萬枚，每四年減半一次。比特幣被廣泛接受，并被認(rèn)為是一種數(shù)字黃金。9.3以太幣的現(xiàn)狀與前景9.3.1比特幣的現(xiàn)狀（2）用戶比特幣錢包地址和活躍地址數(shù)量不斷增加，反映了其用戶群體的擴(kuò)展。9.3以太幣的現(xiàn)狀與前景9.3.1比特幣的現(xiàn)狀（3）交易比特幣交易規(guī)模和數(shù)量不斷增加，各大交易平臺均支持比特幣交易。（4）市值截至2021年，比特幣是市值最高的加密貨幣，總市值曾超過1萬億美元。9.3以太幣的現(xiàn)狀與前景9.3.1比特幣的現(xiàn)狀（5）網(wǎng)絡(luò)以太坊的交易處理通過挖掘區(qū)塊完成，挖礦難度衡量了挖掘區(qū)塊的難易程度。挖礦難度取決于網(wǎng)絡(luò)上活躍礦工的數(shù)量，如果礦工算力提升，挖礦難度也會增加，確保區(qū)塊生成速度保持穩(wěn)定。9.3以太幣的現(xiàn)狀與前景9.3.2前景（1）以太坊的應(yīng)用前景令牌系統(tǒng)——代表美元、黃金等資產(chǎn)的子貨幣、公司股票、智能資產(chǎn)、優(yōu)惠券、積分等?！ブ行幕?、安全、不可造偽。金融衍生產(chǎn)品和價值穩(wěn)定貨幣——智能合約應(yīng)用廣泛，需引入外部價格信息?！鉀Q加密資產(chǎn)價格不穩(wěn)定的問題，不需要儲備資產(chǎn)發(fā)行者，通過去中心化市場實現(xiàn)。去中心化儲存和云計算——使用以太坊區(qū)塊鏈分布式存儲文件，降低成本?！脩艨沙鲎馕蠢玫挠脖P空間或計算資源獲取收益。9.3以太幣的現(xiàn)狀與前景9.3.2前景（1）以太坊的應(yīng)用前景4、去中心化自治組織——通過區(qū)塊鏈技術(shù)實現(xiàn)虛擬實體的資金分配和管理?！蓡T共同決策，擁有同等權(quán)利。5、儲蓄錢包——通過智能合約保護(hù)資金安全，防止私鑰被盜或忘記?！峁┒嘀睾灻兔咳仗峥钕揞~等功能。9.3以太幣的現(xiàn)狀與前景9.3.2

前景（2）以太坊的潛在風(fēng)險儲存空間和算力浪費的風(fēng)險——區(qū)塊鏈擴(kuò)展性問題，節(jié)點存儲空間和計算資源需求大?！髤^(qū)塊鏈可能導(dǎo)致中心化風(fēng)險，節(jié)點信息不全面可能導(dǎo)致欺詐。監(jiān)管風(fēng)險——數(shù)字貨幣法律地位不明確，可能與反洗錢、反恐融資等法律沖突?！蕴坏哪涿院挽`活性帶來監(jiān)管挑戰(zhàn)。9.3以太幣的現(xiàn)狀與前景9.3.2

前景（2）以太坊的潛在風(fēng)險3、匿名性與透明性邊界不清晰——交易匿名性相對，所有交易記錄公開可追蹤。——用戶隱私可能受到技術(shù)手段的威脅。4、技術(shù)安全風(fēng)險——區(qū)塊鏈技術(shù)仍不成熟，存在安全漏洞和攻擊風(fēng)險?！?1%攻擊、加密算法破譯等可能性。——DAO事件暴露出以太坊在安全和去中心化理念上的矛盾。9.3以太幣的現(xiàn)狀與前景9.3.2

前景以太坊未來前景廣闊，可能會在多個領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破性應(yīng)用。（1）金融應(yīng)用以太坊可以用于構(gòu)建金融衍生品、對沖合約、儲蓄錢包等多種金融應(yīng)用。（2）半金融應(yīng)用