第一章 介绍以太坊
以太坊不仅是一个去中心化应用的计算平台，它更是被誉为“世界计算机”的创新杰作，就像你的笔记本电脑能够让你打游戏或书写文章一样，以太坊作为一个平台激发了无数应用的诞生，开发者在这个平台上构建应用程序，而普通用户则与之互动，享受去中心化技术带来的便利。与众不同的是，以太坊并非由某个企业巨头如谷歌或亚马逊所控制，相反它是由全球范围内的志愿者共同维护的。这些志愿者共同维护着以太坊的当前状态，并随着每一次技术革新而不断进化。这一切得益于以太坊的核心技术 —— 以太坊虚拟机（EVM）和信标链，它们共同构成了以太坊的“数字心脏”和“安全盾牌”，确保了全球用户之间的协调与共识。以太坊的诞生，是开源社区集体智慧的结晶，它自2015年7月31日问世以来，已经在组织管理、金融创新和创意表达等多个领域催生了革命性的应用。
以太坊的故事始于其创造者维塔利克·布特林（Vitalik Buterin）的故事，以及他对区块链技术的先驱——比特币（Bitcoin）的深厚兴趣。比特币作为一种区块链技术，设计初衷是为一种数字货币——比特币提供安全的追踪和记录。早在2011年3月，年仅17岁的布特林就加入了比特币社区。他的旅程始于为《比特币周报》撰写博客，不久后他与米哈伊·阿里西携手在2011年8月创立了《比特币杂志》。颇具讽刺的是这个杂志如今成为了反对比特币之外的加密货币，包括以太坊。布特林不仅以其深入浅出的比特币技术分析文章而闻名，更因其对区块链技术在金融领域之外应用潜力的探索而备受瞩目，他的视野超越了货币交易，预见到了区块链技术更广阔的未来。
到了2013年末，以太坊的构想在人们心中悄然生根，他们开始探索比特币所引领的区块链技术是否能够开辟出全新的道路。在2013年11月下旬，布特林将他的目光投向了一项新的挑战——撰写以太坊的白皮书。在区块链的世界里白皮书不仅仅是一份文件，它是一份承载着项目核心理念和未来愿景的概念性宣言，这份白皮书的灵感和格式源于中本聪那篇开创性的比特币白皮书。2013年11月27日，年仅19岁的布特林将他心血的结晶——以太坊白皮书的初稿发送给了13位开发者，这份初稿被命名为“介绍以太坊：下一代智能合约和去中心化应用平台”。而最终的定稿则被赋予了更加宏伟的标题——“以太坊：下一代智能合约和去中心化应用平台”。这个刚刚崭露头角的以太坊团队，先是在迈阿密的黑客聚集地潜心研究，随后在2014年1月26日的比特币迈阿密大会上，向世界宣告了以太坊的到来。
以太坊是什么
以太坊的核心在于用户通过运行特定软件与以太坊的点对点（P2P）网络相连，点对点网络技术允许独立的计算机（即节点）通过遵循共同的协议与其他计算机建立连接共同构成一个网络。这类似于互联网，由无数计算机和应用程序组成，它们都遵循传输控制协议/互联网协议（TCP/IP）来实现数据的相互传输，以太坊网络中的节点遵循的是统一的以太坊协议，这是一个涵盖以太坊所有技术规范的总称。在以太坊的架构中，网络的存在是为了托管一台共享的全球计算机，与许多其他网络不同以太坊的 P2P 网络没有中心节点（如图 1.1 所示），网络中的所有活动都必须通过集体协作，以一种去中心化的方式进行。
以太坊网络的正式运行版本被称为以太坊主网，同时还有供开发者进行试验的测试网，例如 Sepolia。与以太坊主网和测试网的连接是通过运行以太坊软件实现的，这种软件必须与以太坊协议兼容。在此，我们需要强调以太坊有不同类型的用户，首先是被称为全节点的以太坊核心用户，以太坊全节点负责处理并验证交易，并维护着以太坊区块链的完整历史记录。许多全节点用户还通过一种称为质押（未来将深入讨论的主题）的过程参与更新以太坊的当前状态，这些用户构成了以太坊网络的核心支柱，只要全节点用户继续运行以太坊软件，以太坊就会继续存在。
其次，我们还有使用以太坊钱包软件的日常用户，以太坊钱包是一种软件工具，它允许用户管理自己的账户或钱包（这两个术语通常可以互换）。这些钱包和服务虽然需要依赖于全节点来运作，但它们并不需要用户亲自处理交易或维护整个区块链，这使得这些钱包和服务在资源消耗上要少得多。在众多以太坊钱包中，最受欢迎的包括基于浏览器的 MetaMask 钱包、桌面版的 Frame 钱包、移动版本的 Status 钱包，以及提供更高安全性的硬件版 Trezor 钱包。浏览器和移动钱包因其始终连接互联网，故被称为“热钱包”，这使得它们更容易受到网络攻击的威胁。与之相对，硬件钱包由于不需要联网，被称为“冷钱包”，它们因此更难被黑客攻击。尽管一些用户为了方便将资金存放在交易所，但这种做法并不被推荐，原因在于交易所遭受黑客攻击或运营失败的案例屡见不鲜。
用户在使用以太坊软件时，系统会为其生成一个独特的数字身份，这个身份与他们在现实世界中的身份是不同的，以太坊软件会创建一个以太坊账户，并为该账户分配一个别名。此外，还有一种特殊的账户类型，即合约账户。这些账户内嵌有智能合约的代码，用户可以通过这些智能合约与开发者预先设定的程序进行互动，所有用户活动和智能合约的交互都是通过以太坊虚拟机（EVM）来处理的，EVM 是支撑以太坊网络运作的核心引擎。
以太坊虚拟机（EVM）是协调以太坊世界计算机从一个状态转换到另一个状态的中央处理器（CPU）。以太坊的状态是一个包含大量账户的集合，既包括用户账户也包括应用程序账户，它们共同构成了这个世界计算机的当前状态。用户可以通过发起交易来发送以太坊的原生货币 —— 以太币（ETH），或者与智能合约进行交互，这些互动可以包括组织社区、购买艺术品，甚至是资产的借贷。现在有趣的地方来了，这些活动的处理并不是在由亚马逊或谷歌拥有的数据中心的集中式计算机上进行的。EVM 并不是某个“外部”的单一整体计算机，而是由以太坊网络中的全节点在短短的12秒内模拟相同的虚拟机来处理这些活动，这些活动随后被记录在区块链上，即以太坊的硬盘——信标链。
信标链维系着世界计算机的历史脉络，作为一种安全的数字记账系统，区块链技术促成了用户间的去中心化协作。在以太坊中，我们称之为验证者的参与者们通过质押过程共同致力于达成对区块链状态的共识。质押意味着验证者们将他们的以太币（ETH）作为赌注，以此获得更新区块链的权利。在每个时间槽中，一个随机选择的过程会选出一位参与者来刷新区块链的状态。如果他们行为不当，将损失部分质押金；而如果他们诚信行事，则将获得回报。
我明白，这些内容确实颇为深奥！新技术的术语层出不穷，概念也颇具挑战性，因为它们颠覆了我们传统的思维方式。但别忘了，许多日常使用以太坊的人并不完全理解其背后的工作原理，却依旧能够得心应手地使用它。你或许知道如何使用你的笔记本电脑，但对于其内部的复杂机制可能一知半解。本书的宗旨是逐步阐释你刚刚接触的这些概念，随着阅读的深入，你将能够游刃有余地运用这些术语，让初学者对你刮目相看，好像你对这些概念早已了然于心。现在，我们或许还只是在模仿中学习，但不久的将来，我们必将精通这些知识。
技术去中心化探讨
随之而来的问题是，以太坊为何倾向于采用区块链技术，而非传统的记账方式，例如数据库？区块链带来了哪些独特优势，让人们对以太坊趋之若鹜？首先，让我们探究区块链所具备的技术特质：
a. 区块链技术采用去中心化或分布式架构，其数据和验证过程遍布所有完整节点，而不是集中存储于单一位置。 b. 区块链具备高度的防篡改特性，一旦信息被确认并加入链上，就会成为不可更改的历史记录，无法被逆转或篡改。 c. 区块链的透明度极高，所有在链上进行的活动和交易都是公开可见的，这一点与去中心化的特性息息相关，确保了系统的开放性和可追溯性。
我倾向于将这些特性统一称为“技术去中心化”，因为区块链社群普遍这样看待它们，作为一个集合体，在需要更精确表述时我将直接使用 (a) 到 (c) 中的专门术语。区块链技术去中心化的核心宗旨在于减少对所谓的“可信第三方”的依赖。所谓“可信第三方”，是指用户所依赖的、提供特定服务的中介机构。以我使用银行应用为例，银行的数据库及其记账系统在结构上是集中式的，完全处于系统管理员的直接操控之下，这个数据库是可变的，即可更改的 —— 您的账户可能会遭到冻结，交易可能被撤销，或者款项可能在不知情的情况下被自动扣除，该数据库是不透明的、私密的，您无法了解账户之外实际发生的情况。对于上述种种，固然有其合理性，但要领会人们为何倾向于使用区块链，我们就得明白为何“可信第三方”可能成为问题所在。
区块链社区对“可信第三方”持怀疑态度，主要是因为它们的中心化本质。中心化意味着决策权在某个组织或行业中被一个单一的权威或少数几个权威所掌握，以一个小型组织，比如本地足球队为例，决策权可能完全由一个管理能力不足的人控制。在更复杂的情形中，例如银行业，决策权被少数银行和金融机构所集中掌握，这些机构利用其特权地位，可能会拒绝为社会某些群体提供银行服务，形成垄断，设置惩罚性收费等。再比如当今的互联网被一些中心化巨头如社交媒体公司（例如Meta、X）所主导，它们通过商业化我们的个人数据获利，挤压小型商家（例如亚马逊），或控制我们接触信息的渠道（例如谷歌），在区块链社群看来，中心化最终会导致个人自主权和控制权的丧失，您需要自己判断是否接受这一观点，但它是区块链文化的核心，自然而然去中心化被视为对抗中心化的解决之道。
政治去中心化探讨
技术去中心化的存在，本质上是为了支撑政治去中心化的理念，这指的是权力不是集中在少数人手中，而是在所有参与者之间平均分配。无论是技术层面还是政治层面，去中心化都是区块链社区的基石，例如以太坊。在中央集权的缺失下，政治上实现去中心化的社群仰赖于协调与共识机制，以实现共识的达成。在以太坊，任何人都有权利提出对"世界计算机"运作机制的修改，但必须获得以太坊生态系统内所有利益相关者的广泛认可。这台“世界计算机”的更新并非由某个中央机构来执行，而是依靠一个去中心化的网络，由众多相互之间可能几乎不了解的验证者共同推动其发展。除了去中心化之外，政治上实现去中心化的社区同样坚守着开放参与、抵制审查和保持可信中立的原则。
开放参与：区块链技术不设门槛，任何人只要能够下载区块链软件，便可以自由加入网络并进行交易，无需经过任何审查或批准，这里不存在需要征得同意的中央机构或可信第三方。
抗审查性：在区块链的世界里，没有任何个体或实体能够单方面地审查、阻止或撤销交易，没有中心化的权威或受信任的中介来裁定哪些交易是有效或无效的，因此每笔交易在区块链的视角下都享有同等的地位。在后续章节中，我们将探讨一个以太坊如何在面对审查挑战时展现出其强大的抗审查特性。
可信赖的中立性：区块链的设计应当确保不偏袒任何一方，保持对所有社区成员的公平。以太坊创始人 Vitalik Buterin 提出的“可信中立性”理念，强调了区块链技术应当构建在一种自我证明的合法性基础之上，使得所有参与者都能够直观地感受到协议设计所蕴含的公正性。
总体上，我们致力于构建一个在技术层面上真正去中心化的区块链——它在架构上分散，具备抗篡改能力，且信息公开透明。正是基于这些技术特性，我们的区块链能够自然地衍生出政治上的去中心化属性，包括开放参与、抗审查性以及可信赖的中立性。
区块链的实现在技术和政治层面都达到了去中心化，以至于不存在中央集权，在决策或行动上遇到疑惑时，只需记住，通常的目标是尽可能减少中心化，增加去中心化。当你面临社区内的摩擦，这通常意味着有人违背了对去中心化的承诺。在中心化与去中心化的问题上，你应该预料到会遇到一些矛盾和悖论。正如任何人类活动一样，社区所持有的理想与人们为了实现这些理想所做出的妥协总是并存的。
以太坊的生态圈
在本书的前几章，我们将深入了解以太坊作为一种协议的运作方式，但我们必须始终牢记，以太坊的核心使命是支撑起一个去中心化应用的生态圈。为了更全面地理解以太坊，人们越来越倾向于使用“以太坊生态系统”这一概念，这个术语是对所有构建于或与以太坊区块链相关联的活动的总称。特别是，以太坊的运作依赖于三种基础应用原语，这些原语将在本书中各自拥有独立的章节。在此，我仅提供一些基础的定义，以便您对我们长期探索的方向有一个初步的认识：
- 去中心化自治组织（DAO）：这是一系列协调机制与技术的融合体，它们共同作用使得组织和社区能够在没有中心化控制的情况下自我管理。
- 去中心化金融（DeFi）：涵盖一系列金融应用，它们提供资产交易、借贷、流动性支持等功能。
- 非同质化代币（NFT）：这类创新应用允许用户在区块链上创造和交易独一无二的艺术作品与收藏品。
我倾向于将以太坊生态系统比作一个充满活力的国际大都市，这里有着自治的市政厅（去中心化自治组织DAO），金融繁荣的华尔街（去中心化金融DeFi），以及充满艺术气息的波西米亚区（非同质化代币NFT），但同时也有一些必须警惕的危险地带（网络犯罪的温床）。以太坊的魅力在于，它像伦敦或纽约一样，能满足各种需求和品味，以太坊呈现出一种包容世界多元文化的气质，这无疑具有很大的吸引力。然而，正如许多充满魅力的城市一样，在这里游走时，你需要保持清醒的头脑和敏锐的洞察力。
备注
- 尽管以太坊还很年轻，但其诞生的故事却有着详尽的记载，以下三部著作详细回顾了从2013年11月的最初构想到2015年7月30日以太坊正式启动的整个历程：罗素（Russo）的《无尽引擎》（2020年出版），莱辛（Leising）的《Ether 之外》（2021年出版），以及申（Shin）的《加密人》（2022年出版）。
- 在那个时期，布特林投身于两个尖端项目，它们都属于所谓的比特币2.0概念。首先是彩色币项目，该项目邀请布特林撰写一份新的白皮书，彩色币使人们能够利用元数据为比特币的小额单位做标记，这些带有元数据的比特币在彩色币社群中代表了各类资产，例如股票。第二个项目是万事达币，它通过将简易合约嵌入小额比特币交易中，并由万事达币协议来执行这些合约。在早期，万事达币主要用于筹集资金和创造新货币，但它有意增加更多功能，这也是布特林所专注研究的方向——特别是探索是否能在此平台上构建更为复杂的金融合约。2013年10月和11月初，在以色列逗留期间，布特林在这两个项目上取得了重大突破。在向万事达币团队提出的建议中，布特林提出与其对万事达币的功能进行逐一扩展，不如采取一种更为通用的策略，让用户能够使用简单的编程语言来自由创造。尽管万事达币团队并未接受这一提议，但它却激发了布特林创造自己的区块链平台——以太坊。
- 以太坊存在一个相对不明确的领域，我们无法直接指向一个具体的以太坊协议，而是面对一系列规范，它们之中有些已经部分过时，有些功能相互重叠。我试图将这些各式各样的文档资料统一归类于“以太坊协议”这一标签之下，尽管实际上这样的一个集合确实存在，但在将其形式化的过程中，我采取了一些教学上的自由。我认为这个协议大致涵盖了：Vitalik Buterin 撰写的原始白皮书，Gavin Wood 编写的更为技术性的黄皮书，以及执行层和共识层的规范文档。目前，社区正在进行努力，以更新和统一这些规范，比如对黄皮书进行的以太坊执行层规范（EELS）的修订。预计在几年之内，我们将看到一个更加正式和结构化的标准体系。
参考文献
- Leising M. (2021). 《Ether 之外：以太坊传奇及其几近毁灭的五千五百万美元惊天劫案》. 新泽西：约翰·威利父子出版社。
- Russo C. (2020). 《无尽引擎》. 纽约：哈珀柯林斯商业出版社。
- Shin L. (2022). 《加密人：理想与贪婪、谎言背后的首场大型加密货币狂潮》. 纽约：公共事务出版社。