以太坊（Ethereum）被称为「区块链 2.0」，它不仅是一种加密货币（以太币 ETH），更是一台支持 智能合约 的「全球共享计算机」。通过代码自动执行规则，开发者可以在区块链上构建去中心化金融（DeFi）、数字艺术品（NFT）和社区自治组织（DAO）等创新应用，无需依赖银行或中心化平台。2022 年完成从「挖矿」（PoW）到更环保的「权益证明」（PoS）的升级（The Merge），并借助分片和 Layer 2 技术提升效率与扩展性。以太坊不仅是技术协议，更承载着去中心化的文化理念——用代码和社区协作重塑信任与价值分配，成为 Web3 时代的数字基础设施^[1]。

一. 以太坊的介绍

以太坊（Ethereum）是一个开源的去中心化区块链平台，通过其原生加密货币以太币（Ether，简称 ETH）提供去中心化的以太虚拟机（EVM）来处理点对点合约。它由程序员 维塔利克·布特林（Vitalik Buterin） 于 2013-2014 年间提出，目标是构建「下一代加密货币与去中心化应用平台」。2014 年，以太坊正式启动，成为继比特币之后最重要的区块链项目之一。

以太坊的核心创新在于 智能合约（Smart Contracts） 。智能合约是存储在区块链上的可执行代码，能够在满足预设条件时自动执行操作，无需人工干预。这一特性使得以太坊不仅是数字货币的载体，更是构建去中心化应用（Dapps）、去中心化金融（DeFi）、非同质化代币（NFT）等生态系统的基础设施。截至 2025 年，以太币（ETH）仍是全球市值排名第二的加密货币，仅次于比特币。

以太坊的定位是「区块链 2.0」的代表。如果说比特币是区块链 1.0 的象征（专注于货币属性），那么以太坊则通过智能合约和可编程性，推动区块链技术向更广泛的应用场景拓展。其目标是成为全球范围内的「世界计算机」 ，为开发者提供构建复杂应用的工具和环境。

ETH

以太币（ETH）是其代币 在以太坊上进行的任何操作或者交易，需要使用以太币（ETH）来支付相关费用。

由于区块链是去中心化的，因此在区块链上的操作都需要支付手续费给网络服务提供商。 这个手续费通常称为 Gas Fee（正如你开车到达目的地时，需要燃烧汽油一样）。

二、Ethereum 与 Bitcoin 的差异

尽管以太坊和比特币均基于区块链技术，但两者的设计目标、功能和技术路线存在显著差异：

维度	比特币（Bitcoin）	以太坊（Ethereum）
目标与定位	去中心化的数字货币，强调安全、稳定和稀缺性（总量 2100 万枚）。	去中心化平台，支持智能合约和 Dapps，定位为「区块链 2.0」。
编程能力	脚本语言有限，仅支持简单的交易验证逻辑。	图灵完备的编程语言（如 Solidity），可开发复杂智能合约。
共识机制	工作量证明（PoW），矿工通过算力竞争记账权。	从 PoW 转向权益证明（PoS），通过 The Merge 实现能源效率优化。
交易速度	每 10 分钟生成一个区块，交易确认较慢。	区块时间约 13-15 秒，交易确认更快，适合高频应用。
经济模型	总量固定，强调抗通胀属性。	供应灵活，通过 EIP-1559 等机制可能呈现通缩趋势。

以太坊的灵活性使其能够支持更多应用场景，例如 DeFi（借贷、交易）、NFT（数字艺术品）、DAO（去中心化自治组织）等，而比特币则更专注于作为「数字黄金」存储价值。

三. 以太坊的定位与演进（从 PoW 到 PoS，合并事件 The Merge）

以太坊是一个基于区块链的 去中心化计算平台 ，它的目标是成为「全球计算机」，让任何人无需依赖第三方即可进行交易、管理数据或运行应用。为了实现这一目标，以太坊经历了多次重大升级，其中最关键的是从 工作量证明（PoW）转向权益证明（PoS） ，以及被称为 The Merge（合并） 的里程碑事件。

1. 以太坊 1.0（PoW 阶段）

以太坊最初像比特币一样，使用 PoW（工作量证明） 机制来维护网络安全。简单来说：

• 矿工通过计算机算力「挖矿」，争夺打包交易的权利。
• 矿工需要消耗大量电力资源，竞争激烈。
• 成功打包区块的矿工会获得新生成的 ETH 奖励。

问题：

• 能耗高：全球以太坊矿工的电力消耗相当于一个小国家的用电量。
• 扩展性差：每秒只能处理约 30 笔交易（TPS），速度慢、费用高。

为了解决这些问题，以太坊启动了多次升级（如 Homestead、Metropolis），逐步优化网络性能和安全性，但核心的 PoW 机制仍未改变。

2. 以太坊 2.0 与 The Merge

2022 年 9 月，以太坊完成了 The Merge（合并），这是其历史上最重要的升级之一。它的核心目标是：

• 从 PoW 切换到 PoS（权益证明）
• 降低能耗
• 提升效率与安全性

（1）什么是 PoS？

在 PoS 机制中：

• 验证者（代替矿工）通过质押 32 ETH 参与网络维护。
• 验证者被随机选择来打包交易，不再需要消耗算力。
• 如果验证者作恶，质押的 ETH 会被「罚没」（Slashing）。

优点：

• 能耗降低 99.95%：PoS 几乎不消耗电力，更加环保。
• 安全性更高：攻击网络的成本极高（需控制超过 50% 的质押 ETH）。
• 扩展性基础：为后续升级（如分片）铺平道路。

（2）The Merge 的意义

• 合并了两条链：
  • 以太坊主网（负责交易和智能合约）
  • 信标链（Beacon Chain，专门管理 PoS 共识）

合并后，主网正式切换为 PoS 机制。

• 对用户的影响：
  • ETH 挖矿停止，矿工转为验证者。
  • Gas 费用可能降低（但受市场供需影响）。
  • ETH 总供应量减少（每年销毁约 0.5% 的 ETH）。

3. 未来升级路线图

The Merge 只是起点，以太坊的「进化」还在继续！接下来的升级目标是：让更多人用得起、用得快、用得安全。以下是重点方向：

1. 分片（Sharding）——「分组提速」

   • 问题：现在的以太坊就像一条车道的高速公路，堵车严重，交易慢、费用高。
   • 解决方案： 把网络分成多个「小分组」（分片链），就像 建多条车道，每条车道独立处理交易。
   • 效果：
     • 理论上可支持 10 万笔/秒 的交易（TPS），比现在快 3000 倍！
     • Gas 费可能从几美元降到几美分。
   • 时间表：预计 2024-2025 年 逐步上线（分阶段实施）。
     
     

2. EIP-4844（Cancun 升级）——「省钱神器」

   • 问题：Layer 2（L2）虽然便宜，但上传数据到以太坊主网的成本仍然太高。
   • 解决方案： EIP-4844 引入了「Blob 交易」，让 L2 能更高效地向主网提交数据，优化扩容路径^[2]。
   • 效果：
     • L2 交易费用再降 70%~90%，普通人转账、玩游戏、买 NFT 都更便宜。
     • 更多应用能用得起以太坊。
   • 时间表：2023 年 12 月 已在测试网运行，预计 2024 年底 上线主网。
     
     

3. ZK-Rollup 与 Validium——「隐私+效率双保险」

   • 问题：区块链公开透明是优点，但有时我们希望交易更私密，同时更快。
   • 解决方案：
     • ZK-Rollup：在链下批量处理交易，只向主网提交一个「数学证明」（类似成绩单），证明交易合法。
     • 优点：速度快、费用低、隐私好。
     • 缺点：需要依赖复杂的技术（零知识证明）。
     • Validium：和 ZK-Rollup 类似，但数据存在「第三方服务器」（如云存储），速度更快但稍微牺牲一点安全性。
   • 意义：
     • 想保护隐私（如匿名捐款）？用 ZK-Rollup。
     • 想极致速度（如高频交易）？用 Validium。
     • 以太坊通过它们实现「鱼与熊掌兼得」。
       
       

4. 其他升级：小步快跑，持续优化

   • EIP-1559 改革：让 Gas 费更稳定（类似「动态定价」）。
   • Verkle 树：减少区块大小，让节点运行更轻松。
   • eWASM 引擎：让智能合约运行更快、更兼容新编程语言。

以太坊的「三步走」计划

1. The Merge（完成）：从高能耗 PoW → 低能耗 PoS。
2. EIP-4844（进行中）：让 L2 更便宜，普通人用得起。
3. 分片+ZK（未来）：实现超高速、超低成本、超强隐私。

图 2

四、以太坊生态概览：L1、L2、Sidechains 等

以太坊的生态系统由多层架构组成，包括 L1（主网）、L2（二层扩展解决方案）、侧链（Sidechains） 等，共同支持高吞吐量和低费用的交易处理。

1. Layer 1（L1）
   • 以太坊主网：核心区块链，负责最终安全性与共识。
   • EVM：以太坊虚拟机，执行智能合约代码。
   • 账户系统：外部账户（EOA）与合约账户（CA）共同构成网络基础。
2. Layer 2（L2）
   • Rollup：通过将交易批量处理后提交至 L1，降低 Gas 费。
     • Optimistic Rollup：假设交易合法，仅在争议时验证。
     • ZK Rollup：通过零知识证明验证交易，无需链上争议。
3. 侧链（Sidechains）：独立运行的链，通过桥接与主网交互。
4. 以太坊协议分层结构及代表性生态项目

图 3

这张图是对以太坊（Ethereum）技术栈分层架构的可视化总结，每一层代表以太坊生态系统中的不同组成部分及其作用。它按从上到下的技术栈顺序进行组织，越往下越接近底层区块链协议，越往上越贴近终端用户的实际应用。

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各层含义解释：

1. Application Layer（应用层）

这是用户直接交互的界面。

• MetaMask：浏览器钱包插件，用于管理账户和签名交易。
• Farcaster：去中心化社交协议。

2. Middleware / Abstraction Layer（中间件 / 抽象层）

简化开发或用户体验，屏蔽底层复杂逻辑。

• ERC-4337：账号抽象标准，实现“智能钱包”。
• Gelato Network：自动化任务服务，比如自动执行交易、清算等。

3. Protocol Layer（协议层）

构建在以太坊之上的功能性协议或DeFi产品。

• Aave：去中心化借贷协议。
• Uniswap：去中心化交易所（AMM机制）。

4. Scalability Layer（扩展性层）

解决以太坊本体扩展性差的问题，主要是Layer 2。

• Optimism：乐观Rollup解决方案。
• zkSync Era：基于零知识证明的Rollup解决方案。

5. Data Availability Layer（数据可用性层）

确保Rollup等L2方案发布的数据在主链上是可用且可验证的。

• Proto-Danksharding：即将上线的以太坊提案，优化数据发布效率。
• EigenDA：EigenLayer 提出的模块化数据可用性解决方案。

6. Execution Layer（执行层）

执行交易逻辑、处理状态变化的客户端软件。

• Geth：Go语言版本的以太坊客户端。
• Nethermind：C#实现的以太坊客户端。

7. Consensus Layer（共识层）

确保网络各节点对区块达成一致，是PoS机制的核心。

• Prysm 和 Lighthouse：用于以太坊信标链（共识层）的验证客户端。

五、以太坊文化（核心价值观、密码朋克）

以太坊的文化深受 密码朋克运动（Cypherpunk） 影响，强调 去中心化、自由、开放和协作 ^[3]。其核心价值观包括：

1. 无权限与无审查

   任何人都可以参与以太坊网络，无需获得许可。智能合约代码公开透明，不可篡改，杜绝了中心化机构的审查风险。

2. 全球协作与开源精神

   以太坊由全球开发者社区共同维护，其代码库完全开源。这种协作模式推动了技术创新和生态繁荣。

3. 抗审查与抗通胀

   以太坊支持去中心化金融（DeFi），为用户提供了不受传统银行体系限制的金融服务。此外，通过通缩机制（如 EIP-1559），以太坊试图对抗通胀。

4. 密码朋克理念

   密码朋克主张通过加密技术和分布式网络实现个人隐私和自由。以太坊的智能合约和去中心化特性完美契合这一理念，成为密码朋克思想的实践载体。

六、以太坊核心机制：从账户到执行的完整链路

在上面我们就了解到，以太坊不仅仅是一条区块链，更是一个全球共享的「分布式计算机」。它的核心价值在于通过代码实现无需信任的自动化规则（如智能合约），而这一切的背后依赖于三个关键机制：账户系统、Gas 模型 和 以太坊虚拟机（EVM）。

我们平时使用 账户系统 里面的 外部账户（EOA） 与区块链中的其他用户的 外部账户（EOA） 或者与智能合约所在的 合约账户（CA） 进行交互，而其中的 Gas 模型 是支撑整个网络的经济基础， Gas 模型 和其他经济来源支撑着全球的 以太坊虚拟机（EVM） 来实现以太坊网络。

1. 账户系统：你的数字身份

账户系统 包含一般给人类用户直接使用 外部账户（EOA） 和给运行在以太坊上面的代码使用的 合约账户（CA） 。

想象你第一次接触以太坊——你需要一个「数字钱包」来参与网络。这个钱包的核心是 外部账户（EOA） ，它由一对密钥（私钥和公钥）生成，就像银行账户的密码和账号。私钥是你控制账户的「钥匙」，必须严格保密；公钥通过加密算法生成一个唯一的地址（如 0xAbc...123），你可以把它分享给朋友接收转账。

除了用户控制的 EOA，还有 合约账户（CA） 。它们不像 EOA 那样受私钥控制，而是由代码驱动。比如，你部署一个智能合约（如一个 NFT 市场），区块链会自动生成一个 CA 地址（如 0xDef...456）。这个账户不能主动发起交易，只能通过 EOA 触发——比如你点击「购买 NFT」按钮时，EOA 向 CA 发送交易，CA 的代码自动执行出货逻辑。

每个账户都包含四个关键字段：

• Nonce：防止重复交易的计数器（EOA 记录发送次数，CA 记录创建合约次数）。
• 余额：账户持有的 ETH 或代币数量（单位为 Wei）。
• CodeHash：EOA 为空，CA 存储代码哈希。
• StorageRoot：记录账户数据的 Merkle 树根哈希（如 NFT 归属）。

图 4

2. Gas 模型：交易的燃料费

当你用钱包使用自己的 EOA 发起一笔交易（比如转账或操作合约），这件事当然 不会是免费的，你需要支付「燃料费」——也就是 Gas。

Gas 是怎么计算的？

Gas 费用 = 用多少 × 每单位多少钱，就像你打车一样：

• Gas Limit（限额）：你最多愿意“烧”多少燃料。 比如你觉得最多可能需要 15 万单位，就设置 150,000。
• Gas Price（单价）：每单位燃料多少钱，用 Gwei 表示（1 Gwei = 0.000000001 ETH）。 网络越拥堵，价格越贵，就像打车高峰期加价。

所以，总费用 = Gas Limit × Gas Price。

假设你设置 Gas Limit 为 150 000，Gas Price 为 100 Gwei，总费用就是 0.015 ETH。如果实际消耗 120 000 Gas，剩余 30 000 Gas × 100 Gwei = 0.003 ETH 会退还给你。

Gas 的存在有两个目的：

• 激励矿工/验证者：你给得越多（Gas Price 越高），他们越愿意优先处理你的交易。
• 防止资源滥用：如果有人想让合约死循环，Gas 会用光，交易失败，系统不会被拖垮。

在 EIP-1559 升级后，Gas Price 被拆分了：

以前，Gas Price 全部给矿工。 现在，分成两部分：

• 基础费用（Base Fee）：每个区块都会有，自动计算，直接销毁（直接消失）来帮助 ETH 通缩，毕竟物以稀为贵。
• 小费（Tip）：你额外加的钱，用来鼓励矿工优先处理你。

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3. 以太坊虚拟机（EVM）：代码的执行引擎

EVM（Ethereum Virtual Machine）是 以太坊的“大脑”，是专门用来运行智能合约的虚拟计算机。它运行在每个节点上，确保整个网络在处理代码时，结果都一致、可信任。

EVM 的核心特点：

• 图灵完备：就像真正的电脑一样，EVM 可以执行各种逻辑，比如 if 判断、循环等。
• 全球同步：每个矿工/节点都会自己执行一遍合约代码，保证结果一样。
• 隔离安全：EVM 把合约“关”在一个小房间里运行，不允许它乱访问用户的数据和网络，保护隐私和安全。

七、一般流程与类比

1. 一般流程

1. 用户通过 EOA 发起交易（如调用合约与 CA 交互，或者转账与其他用户的 EOA 交互）。
2. 交易附带 Gas 参数，矿工 / 验证者选择打包。
3. EVM 执行合约代码，修改存储（如更新 NFT 归属）。
4. Gas 费用按 Gas Limit × Gas Price 扣除，保障资源合理使用。

2. 相似类比

• EOA = 个人的银行账户：你通过私钥控制账户，主动发起转账。
• CA = 自动取款机的账户：代码预设逻辑，用户触发后自动执行（如：给 ATM 存入美金，吐出等值欧元）。
• Gas = 公路收费：
  • Gas Limit：允许行驶的最远距离。
  • Gas Price：每公里的收费单价。
  • 如果你设置"100 公里 × 1 元 / 公里"，实际只走了 80 公里，退还 20 元。
• EVM = 自动售货机：你投入硬币（Gas 费），按下按钮（调用函数），机器执行预设逻辑（出货）。

扩展阅读

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文章贡献者

作者：Bruce、吃汤圆
排版：Echo

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1. Ethereum Foundation. (2023). What is Ethereum? Retrieved from https://ethereum.org/en/what-is-ethereum/ ↩︎

2. Ethereum Foundation. (2023). EIP-4844: Shard Blob Transactions. Retrieved from https://eips.ethereum.org/EIPS/eip-4844 ↩︎

3. Buterin, V. (2014). Ethereum Whitepaper: A Next-Generation Smart Contract and Decentralized Application Platform. Retrieved from https://ethereum.org/en/whitepaper/ ↩︎

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