免責(zé)聲明：本文旨在傳遞更多市場(chǎng)信息，不構(gòu)成任何投資建議。文章僅代表作者觀點(diǎn)，不代表MarsBit官方立場(chǎng)。

小編：記得關(guān)注哦

來(lái)源：MarsBit

Web3龐大而又復(fù)雜，結(jié)合了各種組件、技術(shù)和概念。無(wú)論你是 Web3、區(qū)塊鏈和加密貨幣的新手還是老手，通過(guò)這篇稿子，你都將獲得一個(gè)關(guān)于支持 Web3 的各種組件的高層次概述，使你能夠理解每個(gè)組件的目的和好處。具體來(lái)說(shuō)，這個(gè)系列的目的是：

1. 提供 Web3 基本組件的概述

2. 評(píng)估各種組件的目的

我們將 Web3 定義為互聯(lián)網(wǎng)的次迭代，將如今的互聯(lián)網(wǎng)中我們所喜愛(ài)的東西與可驗(yàn)證的數(shù)字所有權(quán)、開(kāi)放系統(tǒng)、透明度和不可更改性相結(jié)合。Web3、區(qū)塊鏈和加密是三個(gè)密切相關(guān)的主題，但在本篇中會(huì)被視為三個(gè)獨(dú)立的術(shù)語(yǔ)。

· 區(qū)塊鏈：一種技術(shù)創(chuàng)新，能夠?qū)崿F(xiàn)可驗(yàn)證的數(shù)字所有權(quán)、透明度和不可更改性

· Crypto：加密貨幣的簡(jiǎn)稱，描述了區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上加密安全的代幣

· Web3：包括區(qū)塊鏈、加密貨幣，以及建立在它們之上的所有生態(tài)系統(tǒng)和創(chuàng)新

要了解 Web3，我們必須首先了解基礎(chǔ)的區(qū)塊鏈和加密技術(shù)。雖然 Web3 仍然是一個(gè)相對(duì)年輕的概念，比特幣在 2009 年才推出，但隨著新的技術(shù)創(chuàng)新以瘋狂的速度進(jìn)入市場(chǎng)，這個(gè)行業(yè)正在迅速發(fā)展。

我希望這個(gè)系列能幫助你深入鉆研 Web3，并能幫助你找到可以在這個(gè)系列之外自己研究的感興趣的領(lǐng)域。在每一個(gè)主題中，都可以找到幾十個(gè)更深入的補(bǔ)充材料的鏈接，以幫助引導(dǎo)你找到有用的內(nèi)容。

這個(gè)系列分為三個(gè)部分，你所在的第一個(gè)部分涵蓋了從 Web3 節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施到 layer 1 區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)如何工作的所有內(nèi)容。下一篇文章將介紹 layer 2、互操作性和建立在本篇文章所概述的基元上的龐大的 dApp 生態(tài)系統(tǒng)。最后，最后一塊將涵蓋鏈外環(huán)境和鏈上/鏈下通信。

Web3 基礎(chǔ)設(shè)施概述

我們將 Web3 基礎(chǔ)設(shè)施分為多個(gè)部分，反映了鏈上生態(tài)系統(tǒng)、支持鏈上生態(tài)系統(tǒng)的鏈下環(huán)境以及將去中心化的網(wǎng)絡(luò)相互連接并允許這些網(wǎng)絡(luò)與鏈下環(huán)境連接的中間件。

· 鏈上生態(tài)系統(tǒng)

o 節(jié)點(diǎn)層：挖礦/驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)客戶端軟件、挖礦/盯盤池

o 網(wǎng)絡(luò)層：

§ 第一層網(wǎng)絡(luò)：?jiǎn)误w網(wǎng)絡(luò)、模塊化網(wǎng)絡(luò)、共識(shí)（PoW、PoS）、共享賬本技術(shù)、虛擬機(jī)與 EVM 兼容、智能合約和 ERC 代幣標(biāo)準(zhǔn)

§ 第二層網(wǎng)絡(luò)：閃電網(wǎng)絡(luò)、optimistic rollup、零知識(shí) rollup

o 去中心化的應(yīng)用程序（dApp）層

· 鏈外環(huán)境：分析、審計(jì)與安全、錢包、中心化交易所（CEX）、開(kāi)發(fā)者工具（框架、IDE）、去中心化云（存儲(chǔ)、計(jì)算、索引）。

· 互操作性層（“中間件”）：

o 網(wǎng)絡(luò)互操作性：鏈橋、原子 swap

o 鏈上/鏈下通信工具。區(qū)塊鏈 API、Oracle

Web3 生態(tài)系統(tǒng)圖譜

鏈上生態(tài)系統(tǒng)

將節(jié)點(diǎn)層高亮的 Web3 生態(tài)系統(tǒng)圖譜

鏈上生態(tài)系統(tǒng)分為三個(gè)主要層：

· 去中心化的應(yīng)用程序（dApp）層

· 網(wǎng)絡(luò)層

· 節(jié)點(diǎn)層

這三層結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)了 Web3 最著名的由智能合約驅(qū)動(dòng)的生態(tài)系統(tǒng)和應(yīng)用。我們從節(jié)點(diǎn)層開(kāi)始看鏈上的生態(tài)系統(tǒng)，然后一直到 dApp 層。

節(jié)點(diǎn)層

這一層也經(jīng)常被稱為硬件層，因?yàn)樵谶@一層，硬件以及與操作硬件參與特定區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)有關(guān)的一切都被設(shè)置好了。

節(jié)點(diǎn)客戶端

節(jié)點(diǎn)是一個(gè)服務(wù)器，它運(yùn)行一個(gè)被稱為客戶端的網(wǎng)絡(luò)專用軟件，它允許節(jié)點(diǎn)參與網(wǎng)絡(luò)的區(qū)塊創(chuàng)建過(guò)程，允許訪問(wèn)整個(gè)區(qū)塊鏈的歷史數(shù)據(jù)，并允許執(zhí)行 RPC 命令（在 Layer1部分有更多介紹）。RPC 是指遠(yuǎn)程程序調(diào)用，它允許節(jié)點(diǎn)調(diào)用和執(zhí)行某些命令。

在撰寫(xiě)這篇文章時(shí)，按市值計(jì)算，最大的兩個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)是比特幣和以太坊。雖然參與每個(gè)網(wǎng)絡(luò)有不同的要求，但它們都需要一個(gè)符合客戶硬件規(guī)格的服務(wù)器（任何計(jì)算機(jī)），一個(gè)互聯(lián)網(wǎng)連接，以及客戶端軟件。對(duì)于比特幣，最流行的客戶端軟件是Bitcoin Core，而對(duì)于以太坊，最流行的客戶端是GETH（Go Ethereum）.

Bitcoin Core 客戶端和 GETH 客戶端的系統(tǒng)要求

客戶端還編纂了區(qū)塊鏈的規(guī)則，并確保任何被驗(yàn)證的新區(qū)塊也遵守同樣的規(guī)則。這很重要，因?yàn)槿绻粋€(gè)節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證了一個(gè)其他節(jié)點(diǎn)不接受的區(qū)塊，網(wǎng)絡(luò)就會(huì)分叉：一組節(jié)點(diǎn)遵循一套規(guī)則，而其余節(jié)點(diǎn)遵循另一套規(guī)則。雖然他們可能共享相同的歷史，但在不同的驗(yàn)證規(guī)則被引入的那一刻，一個(gè)新的鏈被創(chuàng)建并只被接受新規(guī)則的節(jié)點(diǎn)所接受。

一個(gè)區(qū)塊鏈和一個(gè)分叉鏈共享同一個(gè)區(qū)塊歷史

雖然以上是最流行的客戶端，但它們并不是可以用來(lái)參與區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的唯一客戶端。只要其他客戶端使用相同的驗(yàn)證規(guī)則，他們就可以驗(yàn)證區(qū)塊并為區(qū)塊鏈作出貢獻(xiàn)。

· 比特幣客戶端

· 以太坊客戶端

要閱讀更多關(guān)于區(qū)塊鏈如何工作的信息，請(qǐng)?zhí)?Layer 1 網(wǎng)絡(luò)部分。

節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商

通常鼓勵(lì)普通用戶運(yùn)行自己的節(jié)點(diǎn)，以支持公共網(wǎng)絡(luò)的去中心化。當(dāng)更多的用戶運(yùn)行他們自己的節(jié)點(diǎn)時(shí)，單個(gè)行為者積累大多數(shù)運(yùn)行節(jié)點(diǎn)并攻擊網(wǎng)絡(luò)的機(jī)會(huì)就會(huì)減少。用戶被鼓勵(lì)通過(guò)區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)和交易費(fèi)用來(lái)運(yùn)行他們自己的節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)將這些費(fèi)用分配給節(jié)點(diǎn)運(yùn)營(yíng)商。

盡管有這些激勵(lì)措施，用戶不愿意自己建立節(jié)點(diǎn)的原因有很多：復(fù)雜的技術(shù)設(shè)置，購(gòu)買必要硬件的前期資金有限，或者只是暫時(shí)需要節(jié)點(diǎn)。這就是節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商的作用。這些供應(yīng)商負(fù)責(zé)節(jié)點(diǎn)的設(shè)置和操作，為客戶提供端到端的服務(wù)。一些專門從事節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施的大型供應(yīng)商包括 Blockdaemon和Atlas.

這些節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商的一個(gè)經(jīng)常被忽視的目的是為那些尚未建立強(qiáng)大的、去中心化的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的新區(qū)塊鏈項(xiàng)目建立節(jié)點(diǎn)。這些較新的網(wǎng)絡(luò)可以利用節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商來(lái)啟動(dòng)一個(gè)全球分布式網(wǎng)絡(luò)，而不需要在每個(gè)國(guó)家建立自己的基礎(chǔ)設(shè)施。

礦池和質(zhì)押提供商

節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施提供商為客戶建立節(jié)點(diǎn)，而挖礦池和質(zhì)押提供商則運(yùn)營(yíng)自己的節(jié)點(diǎn)，但允許用戶在其節(jié)點(diǎn)下匯集資源。這增加了節(jié)點(diǎn)從網(wǎng)絡(luò)中獲得區(qū)塊獎(jiǎng)勵(lì)和交易費(fèi)收入的可能性。對(duì)于想把自己的閑置硬件投入使用的用戶來(lái)說(shuō)，這意味著他們可以加入一個(gè)礦池，而不需要任何復(fù)雜的技術(shù)設(shè)置，并開(kāi)始用他們現(xiàn)有的資源賺取收入。

不同共識(shí)機(jī)制的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)操作有一些細(xì)微差別。基本上，使用工作證明的網(wǎng)絡(luò)匯集了計(jì)算資源，而權(quán)益證明的網(wǎng)絡(luò)匯集了網(wǎng)絡(luò)代幣。對(duì)于工作證明網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，礦池大大降低了進(jìn)入的技術(shù)門檻，而對(duì)于權(quán)益證明網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，質(zhì)押提供者則大大降低了進(jìn)入的財(cái)務(wù)門檻（所需的最低質(zhì)押）。更多細(xì)節(jié)將在共識(shí)部分介紹。

一些最大的礦池包括 Foundry USA和F2POOL，而一些最大的質(zhì)押提供商包括Lido和Rocketpool.

節(jié)點(diǎn)層總結(jié)

Web3 的節(jié)點(diǎn)層由數(shù)千個(gè)全球分布的節(jié)點(diǎn)組成，每個(gè)屬于特定網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)都運(yùn)行該網(wǎng)絡(luò)所需的客戶端軟件。只要客戶端軟件的驗(yàn)證規(guī)則與網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)相同，該節(jié)點(diǎn)就可以正常運(yùn)行，而不會(huì)造成區(qū)塊鏈的分叉。

雖然任何人都可以在去中心化公鏈網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行自己的節(jié)點(diǎn)，但節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)商專門負(fù)責(zé)設(shè)置和運(yùn)營(yíng)運(yùn)行節(jié)點(diǎn)和啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所需的硬件。

最后，礦池和質(zhì)押供應(yīng)商的行為降低了采礦和質(zhì)押業(yè)務(wù)的進(jìn)入門檻。這使得用戶可以參與挖礦和質(zhì)押活動(dòng)，賺取網(wǎng)絡(luò)獎(jiǎng)勵(lì)，而不必滿足全部網(wǎng)絡(luò)要求。

網(wǎng)絡(luò)層

區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)建立在上述的節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施之上。網(wǎng)絡(luò)層由各部分組成，包括各種技術(shù)，基本層是 layer 1 網(wǎng)絡(luò)、layer 2 網(wǎng)絡(luò)和在這些網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行通信的互操作層。

Layer 1 網(wǎng)絡(luò)

將網(wǎng)絡(luò)層高亮的 Web3 生態(tài)系統(tǒng)圖譜

比特幣、以太坊和 Solana可能是在撰寫(xiě)本文時(shí)最知名的 Layer 1 網(wǎng)絡(luò)。Layer 1 網(wǎng)絡(luò)是指 Web3 生態(tài)系統(tǒng)中結(jié)算交易的主要網(wǎng)絡(luò)。Layer 2 網(wǎng)絡(luò)是作為 Layer 1 網(wǎng)絡(luò)的更深層存在的，交易可以被降級(jí)到 Layer 2 網(wǎng)絡(luò)上（在我的下一篇文章中會(huì)有更多介紹）。雖然在架構(gòu)上有很大的不同，但它們都依賴于一組類似的架構(gòu)基元。

· 它們都有一個(gè)共享賬本，跟蹤網(wǎng)絡(luò)上的交易

· 它們都采用機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)與哪些交易和區(qū)塊被認(rèn)為是有效的共識(shí)

· 它們都有一種方法來(lái)計(jì)算發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)的命令（以太坊、 Solana 和其他 EVM 兼容鏈的虛擬機(jī)，以及比特幣網(wǎng)絡(luò)的 Bitcoin Script）

· 在下面的章節(jié)中，我們將分別研究這三個(gè)要素，并剖析我們?nèi)绾螐慕灰椎絽^(qū)塊鏈。

共享賬本

所有去中心化的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)都有一個(gè)共享賬本。事實(shí)上，區(qū)塊鏈就是共享賬本。讓我們退一步來(lái)說(shuō)：賬本是一個(gè)企業(yè)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的記錄，用來(lái)追蹤金錢的轉(zhuǎn)移或資產(chǎn)所有權(quán)的轉(zhuǎn)移。術(shù)語(yǔ)共享賬本意味著賬本不是由一個(gè)單一實(shí)體持有和管理，而是由許多實(shí)體持有和管理。

在去中心化的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，區(qū)塊鏈（網(wǎng)絡(luò)上所有活動(dòng)的分類賬）被保存在網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)上。如果活動(dòng)的賬本只由一個(gè)中心化的機(jī)構(gòu)管理和存儲(chǔ)，我們會(huì)遇到以下挑戰(zhàn)。

· 審查和排斥（見(jiàn)用戶被 PayPal 平臺(tái)封禁）

· 記錄管理人的瀆職行為（見(jiàn) Luckin Coffee 虛報(bào)財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)）

· 記錄的丟失（見(jiàn)亞歷山大圖書(shū)館的毀滅）

如果賬本存儲(chǔ)在全球數(shù)百甚至數(shù)千個(gè)節(jié)點(diǎn)上，我們就會(huì)得到一個(gè)很難被故意和無(wú)意篡改或破壞的系統(tǒng)。如果一個(gè)節(jié)點(diǎn)倒下了，還有許多其他節(jié)點(diǎn)，用戶可以與之連接，繼續(xù)與賬本進(jìn)行互動(dòng)。

中心化和非中心化系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)故障的影響

然而，這個(gè)系統(tǒng)確實(shí)帶來(lái)了其他挑戰(zhàn)：網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)如何就什么是正確或有效的賬目條目達(dá)成一致？這就是共識(shí)算法的作用。

共識(shí)

在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，共識(shí)一詞指的是網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)之間就哪些賬本條目（交易和區(qū)塊）是有效的并被節(jié)點(diǎn)接受的一般協(xié)議。

在學(xué)術(shù)界，這個(gè)問(wèn)題被稱為拜占庭將軍問(wèn)題。這個(gè)問(wèn)題描述了這樣一種情況：一個(gè)系統(tǒng)的行動(dòng)者必須在戰(zhàn)略上達(dá)成一致，以避免災(zāi)難性的失敗，但系統(tǒng)中的一些行動(dòng)者是不可靠的。

拜占庭將軍問(wèn)題

在這個(gè)假想的場(chǎng)景中，有三個(gè)行為者，他們必須協(xié)調(diào)他們?cè)诎菡纪?zhàn)爭(zhēng)中的下一步行動(dòng)，以避免被敵人攻破。三個(gè)行為體中的一個(gè)是惡意的，向其余各方轉(zhuǎn)發(fā)不一致的信息。系統(tǒng)中的誠(chéng)實(shí)（非惡意）行為者如何知道該相信誰(shuí)？或者換個(gè)說(shuō)法：系統(tǒng)中的所有行為者如何能就接受哪條消息達(dá)成共識(shí)？

這個(gè)問(wèn)題具有重要意義，因?yàn)殡S著更多的行動(dòng)者進(jìn)入系統(tǒng)，（錯(cuò)誤）交流的復(fù)雜性會(huì)成倍增長(zhǎng)。

隨著參與者的增多，拜占庭將軍問(wèn)題的復(fù)雜程度指數(shù)級(jí)上升

第一個(gè)在全球范圍內(nèi)成功解決這一挑戰(zhàn)的系統(tǒng)是比特幣網(wǎng)絡(luò)及其工作證明算法。

工作證明（PoW）

比特幣網(wǎng)絡(luò)的工作證明算法（也被稱為 PoW）解決了拜占庭將軍的問(wèn)題，要求任何信息必須經(jīng)過(guò)某種驗(yàn)證才能被節(jié)點(diǎn)接受。任何沒(méi)有經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的信息都不被接受為有效信息，并被節(jié)點(diǎn)拒絕。

說(shuō)明比特幣網(wǎng)絡(luò)工作證明共識(shí)算法的流程圖

驗(yàn)證過(guò)程也需要計(jì)算資源，這使得偽造驗(yàn)證變得異常困難。這也是“工作證明”一詞的由來(lái)：“向我證明你已經(jīng)做了必要的工作，讓我接受你的信息”。

讓我們從理論到實(shí)踐，更深入地挖掘交易、區(qū)塊和 PoW 過(guò)程的機(jī)制。別擔(dān)心——我們會(huì)保證深入淺出的！

區(qū)塊結(jié)構(gòu)

比特幣區(qū)塊是儲(chǔ)存交易的地方，是精心控制的信息單位，一旦完成加密拼圖，就會(huì)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中廣播。

比特幣網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)區(qū)塊由兩個(gè)主要部分組成。

· 區(qū)塊頭

· 交易列表

交易列表就像它聽(tīng)起來(lái)一樣：它是一個(gè)節(jié)點(diǎn)收到并包含在一個(gè)區(qū)塊中的交易列表。在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，交易是比特幣網(wǎng)絡(luò)上的比特幣轉(zhuǎn)移（注意：英文中小寫(xiě) b 開(kāi)頭的比特幣是指比特幣資產(chǎn)，而大寫(xiě) B 開(kāi)頭的比特幣是指比特幣網(wǎng)絡(luò)）。比特幣網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)共享的公共賬本，追蹤比特幣資產(chǎn)的流動(dòng)；因此，比特幣網(wǎng)絡(luò)上的交易是比特幣在地址之間的轉(zhuǎn)移。

比特幣使用未花費(fèi)交易產(chǎn)出，也被稱為 UTXO進(jìn)行交易。交易和 UTXO 將在UTXO 模型與賬戶模型部分進(jìn)一步介紹。

區(qū)塊頭是事情開(kāi)始變得有趣的地方。雖然交易的數(shù)量和每筆交易的轉(zhuǎn)賬金額因區(qū)塊而異，但區(qū)塊頭的元素對(duì)每筆交易都是一樣的。

比特幣區(qū)塊的剖析

雖然區(qū)塊頭包括許多元素，但每個(gè)元素都對(duì)系統(tǒng)至關(guān)重要，為了介紹的目的，我們將進(jìn)一步詳細(xì)介紹以下內(nèi)容。

· 前一個(gè)區(qū)塊頭的哈希值：前一個(gè)區(qū)塊的所有元素都被哈?；?/p>

· 難度目標(biāo)：確定“前導(dǎo)零”的數(shù)量，從而確定挖礦的難度

· Nonce：一個(gè)任意的數(shù)字【nonce 是“nonsense”的縮寫(xiě)】

· Merkle root：該區(qū)塊內(nèi)所有交易的哈希輸出

從區(qū)塊到區(qū)塊鏈

在我們繼續(xù)之前，我們需要簡(jiǎn)單介紹一下哈希算法（hashing）。哈希化是將一串字符轉(zhuǎn)化為另一個(gè)通常為固定長(zhǎng)度的值的過(guò)程。當(dāng)一個(gè)哈希算法是確定的，就意味著在相同的輸入下，每次的輸出都是一樣的。然而，如果原始字符串的一個(gè)字符發(fā)生變化，哈希的輸出就會(huì)完全改變，以至于無(wú)法推斷出與原始字符串的關(guān)系。請(qǐng)看下面的Bitcoin 與bitcoin SHA256 哈希算法輸出的比較。

SHA256 哈希算法的輸出和字節(jié)長(zhǎng)度

在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，一旦一個(gè)區(qū)塊被開(kāi)采出來(lái)，該區(qū)塊的頭就會(huì)被哈?；?，并作為一個(gè)輸入包括在下一個(gè)區(qū)塊中。因?yàn)槊總€(gè)區(qū)塊的前一個(gè)標(biāo)題的哈希值被包含在下一個(gè)區(qū)塊中，所以就形成了一個(gè)由區(qū)塊構(gòu)成的鏈：這就是區(qū)塊鏈。

使用前一個(gè)區(qū)塊頭的哈希值連鎖的區(qū)塊

在任何區(qū)塊中的任何變化都會(huì)破壞這條鏈，因?yàn)橐呀?jīng)包含在下一個(gè)區(qū)塊中的哈希輸出將與新的哈希輸出不同。因此，這樣的變化會(huì)被網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)所拒絕。

由于調(diào)整交易而導(dǎo)致的斷鏈

Merkle Root

Merkle tree是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的元素被哈希和重哈希遞歸，直到只剩下一個(gè)元素。這個(gè)最后剩下的元素就是 Merkle Root.

Merkle Tree 和 Merkle Root

Merkle tree 有一個(gè)有趣的數(shù)學(xué)特性，即在數(shù)學(xué)上，在只提供 Merkle root 和一個(gè)元素的情況下，可以證明這個(gè)元素是 Merkle tree 的一部分。

在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，存儲(chǔ)在區(qū)塊頭中的 Merkle root 是該區(qū)塊中包含的所有交易的遞歸哈希輸出。這意味著，如果任何交易被調(diào)整，Merkle root 也將改變，這也將改變整個(gè)區(qū)塊頭的哈希輸出。這將再次導(dǎo)致區(qū)塊的無(wú)效化。

工作證明中的“工作”

我們知道了什么是哈希算法、區(qū)塊是如何結(jié)構(gòu)化的和區(qū)塊是如何被鏈起來(lái)并形成區(qū)塊鏈的，現(xiàn)在我們終于可以更深入地了解工作證明實(shí)際是如何工作的。回到拜占庭將軍的問(wèn)題，上面提到的驗(yàn)證信息實(shí)際上是區(qū)塊鏈中的一個(gè)區(qū)塊。

為了使一個(gè)區(qū)塊得到驗(yàn)證，需要找到一個(gè)符合特定標(biāo)準(zhǔn)的哈希值。還記得僅僅一個(gè)位元（bit）的變化就會(huì)極大地改變哈希值的輸出嗎？這正是比特幣網(wǎng)絡(luò)的 PoW 算法尋找目標(biāo)哈希值的方法：Nonce 是一個(gè)任意的數(shù)字，它被調(diào)整以改變區(qū)塊頭的哈希值輸出。如果哈希值輸出不符合目標(biāo)哈希值，nonce 會(huì)再次被調(diào)整。這個(gè)過(guò)程不斷重復(fù)，直到區(qū)塊頭的哈希值滿足目標(biāo)條件。一旦目標(biāo)條件得到滿足，區(qū)塊頭就算是得到了驗(yàn)證，區(qū)塊會(huì)被廣播給網(wǎng)絡(luò)上的其他節(jié)點(diǎn)，讓它們把新的區(qū)塊附加到它們的區(qū)塊鏈副本中。

工作證明區(qū)塊尋找算法的說(shuō)明

目標(biāo)條件，或預(yù)期的哈希值，是由它有多少個(gè)前導(dǎo)零定義的。如果生成的哈希值有足夠的前導(dǎo)零，也就是說(shuō)，已經(jīng)完成了尋找符合目標(biāo)條件的哈希值的工作，那么網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)就接受該區(qū)塊為有效：該區(qū)塊被認(rèn)為是“已挖礦”。

為了更好地理解這個(gè)過(guò)程，請(qǐng)瀏覽 Github 上的這個(gè)哈希算法模擬器。輸入字符“bitcoin”，并在末尾添加數(shù)字，從 0 開(kāi)始，以 1 的增量不斷增加，直到達(dá)到一個(gè)前導(dǎo)零（例如，bitcoin0，bitcoin1，等等）。你會(huì)注意到，為了找到一個(gè)前導(dǎo)零，即哈希值的第一個(gè)字符是零，你只需要將數(shù)字增加到 3（“bitcoin3”）?，F(xiàn)在試著找到兩個(gè)前導(dǎo)零。劇透：第一個(gè)有兩個(gè)前導(dǎo)零的哈希結(jié)果是 “bitcoin230”.

工作證明算法：搜索前導(dǎo)零

還有更多的規(guī)則需要節(jié)點(diǎn)遵守，比如最長(zhǎng)的鏈總是有效的鏈（防止整個(gè)區(qū)塊鏈被覆蓋），已經(jīng)開(kāi)采的區(qū)塊必須有一個(gè)在網(wǎng)絡(luò)時(shí)間一定閾值內(nèi)的時(shí)間戳（這樣最新的區(qū)塊就不會(huì)被覆蓋），還有圍繞如何確定網(wǎng)絡(luò)難度（目標(biāo)哈希的前導(dǎo)零數(shù)量）的復(fù)雜機(jī)制。有興趣的讀者可以瀏覽 Bitcoin.org或Bitcoin Wiki了解更多細(xì)節(jié)。

范式轉(zhuǎn)變

上述機(jī)制，在歷史上第一次允許交易被獨(dú)立確認(rèn)和驗(yàn)證，而不需要第三方見(jiàn)證和批準(zhǔn)交易。與其將交易提交給遭受中心化挑戰(zhàn)的銀行，不如將其發(fā)送到一個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，這些節(jié)點(diǎn)可以在沒(méi)有干預(yù)的情況下自主地處理交易。這種技術(shù)范式的轉(zhuǎn)變和對(duì)賬本的重新認(rèn)識(shí)是今天 Web3 生態(tài)系統(tǒng)賴以建立的基本要素。

此外，由于加入這些網(wǎng)絡(luò)的唯一要求是可以運(yùn)行節(jié)點(diǎn)軟件的計(jì)算設(shè)備和互聯(lián)網(wǎng)連接，任何人都可以作為獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的分散性。

批評(píng)意見(jiàn)

雖然像比特幣網(wǎng)絡(luò)這樣的 PoW 網(wǎng)絡(luò)有很多節(jié)點(diǎn)（根據(jù) bitnodes.io，截至 2022 年 9 月 15 日，有近 15000 個(gè)節(jié)點(diǎn)），但有人批評(píng)說(shuō)，由于網(wǎng)絡(luò)上的高度競(jìng)爭(zhēng)，單個(gè)節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)入門檻太高。一個(gè)節(jié)點(diǎn)擁有的哈希能力（即計(jì)算資源）越多，該節(jié)點(diǎn)就越有可能首先解決哈希難題，因?yàn)樗芤员染W(wǎng)絡(luò)上其他節(jié)點(diǎn)更快的速度進(jìn)行更多的計(jì)算。作為一個(gè)哈希值較低的單一節(jié)點(diǎn)進(jìn)入比特幣網(wǎng)絡(luò)，將導(dǎo)致能源成本，而成為第一個(gè)成功開(kāi)采新區(qū)塊的機(jī)會(huì)幾乎不存在。

能源消耗也是一個(gè)備受爭(zhēng)議的話題：網(wǎng)絡(luò)需要大量的能源，一些估計(jì)指出，比特幣網(wǎng)絡(luò)的年能源消耗超過(guò)挪威。

比特幣估計(jì)年能源消耗。來(lái)源：劍橋 BECI

這些能量被浪費(fèi)在節(jié)點(diǎn)每秒進(jìn)行數(shù)百萬(wàn)次的哈希計(jì)算，尋找哈希。雖然這增加了比特幣網(wǎng)絡(luò)的安全性，但它確實(shí)引出了一個(gè)問(wèn)題，即是否有任何不那么浪費(fèi)的方法來(lái)驗(yàn)證區(qū)塊。這就是權(quán)益證明的由來(lái)。

權(quán)益證明（PoS）

在權(quán)益證明中，節(jié)點(diǎn)被賦予了根據(jù)其在網(wǎng)絡(luò)中的質(zhì)押來(lái)驗(yàn)證一個(gè)區(qū)塊的權(quán)限。這是一種與 PoW 根本不同的方法，大大降低了驗(yàn)證所需的計(jì)算能力。節(jié)點(diǎn)不提供計(jì)算能力，而是將他們的本地網(wǎng)絡(luò)代幣作為抵押品，以換取驗(yàn)證區(qū)塊的機(jī)會(huì)。這從本質(zhì)上消除了基于競(jìng)爭(zhēng)的計(jì)算，增加了能夠成功驗(yàn)證區(qū)塊的節(jié)點(diǎn)的分布。

合并后的以太坊是一個(gè)權(quán)益證明網(wǎng)絡(luò)。它需要用 32 個(gè) ETH 做質(zhì)押才能成為一個(gè)驗(yàn)證者，之后節(jié)點(diǎn)可以參與區(qū)塊驗(yàn)證，從而為網(wǎng)絡(luò)增加新的區(qū)塊作出貢獻(xiàn)。質(zhì)押指的是鎖住代幣，是 PoS 網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。

除了成為驗(yàn)證者的高額前期費(fèi)用外，PoS 網(wǎng)絡(luò)還采用其他方法來(lái)防止惡意行為者擾亂網(wǎng)絡(luò)。一般來(lái)說(shuō)，PoS 網(wǎng)絡(luò)還要求多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)驗(yàn)證同一個(gè)區(qū)塊，這就減少了一個(gè)節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證錯(cuò)誤或惡意區(qū)塊的可能性。此外，如果發(fā)現(xiàn)一個(gè)節(jié)點(diǎn)有惡意行為，他們的權(quán)益可以被砍掉。這意味著他們?cè)趨f(xié)議中鎖定的網(wǎng)絡(luò)代幣的數(shù)量被從節(jié)點(diǎn)中移除，并被轉(zhuǎn)移到一個(gè)臨時(shí)地址或燒毀。 代幣的燃燒是指通過(guò)將代幣發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上沒(méi)有人可以訪問(wèn)的地址，將其永久地從流通中移除。在以太坊網(wǎng)絡(luò)中，這就是空地址（null address）。

其他共識(shí)機(jī)制

除了工作證明（PoW）和權(quán)益證明（PoS）之外，還有許多為特定網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的具有特定目的的共識(shí)機(jī)制。下面是一份不完全的流行共識(shí)機(jī)制的清單。

· Delegated Proof-of-Stage（DPoS）

· 授權(quán)證明（Proof-of-Authority, PoA）

· 活動(dòng)證明（Proof-of-Activity, PoA）

· Brun 證明（PoB）

· Proof-of-Spacetime（PoSt）

· 歷史證明（Proof-of-History, PoH）

· 實(shí)用拜占庭容錯(cuò)（pBFT）共識(shí)【Practical Byzantine Fault Tolerance (pBFT) Consensus】

共享賬本——會(huì)計(jì)系統(tǒng)（UTXO 與賬戶模式的對(duì)比）

前面我們提到，區(qū)塊鏈?zhǔn)峭ㄟ^(guò)哈希算法將數(shù)據(jù)塊相互加密連接起來(lái)，從而形成一個(gè)賬本。這個(gè)賬本被保存在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)千個(gè)節(jié)點(diǎn)上，使賬本在這些網(wǎng)絡(luò)中“共享”。任何賬本，不管是共享區(qū)塊鏈賬本還是傳統(tǒng)會(huì)計(jì)賬本，都需要記賬。記賬指的是如何接受、執(zhí)行交易并將新的余額存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上。在 Web3 中，有兩種主要的記賬模型。

· 未消費(fèi)交易輸出（UTXO）模型（如比特幣網(wǎng)絡(luò)）

· 賬戶模型（The Account Model，如以太坊網(wǎng)絡(luò)）

為了幫助理解這些不同的記賬模型，將區(qū)塊鏈視為狀態(tài)機(jī)是有幫助的。狀態(tài)機(jī)是一個(gè)存儲(chǔ)其狀態(tài)的系統(tǒng)，其狀態(tài)可以根據(jù)對(duì)設(shè)備的輸入而改變。這意味著，在任何給定的時(shí)間點(diǎn)，系統(tǒng)處于某種狀態(tài)，隨著對(duì)系統(tǒng)的任何輸入，例如通過(guò)交易，系統(tǒng)的狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化。當(dāng)向系統(tǒng)提供輸入并且狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)經(jīng)歷一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

如果我們通過(guò)狀態(tài)機(jī)的視角來(lái)看區(qū)塊鏈，這意味著在任何給定的時(shí)間點(diǎn)，區(qū)塊鏈系統(tǒng)處于 n狀態(tài)，任何被添加到區(qū)塊鏈的區(qū)塊都會(huì)導(dǎo)致?tīng)顟B(tài)轉(zhuǎn)換和n 1的新?tīng)顟B(tài)。這個(gè)n 1的新?tīng)顟B(tài)考慮到了被添加到新區(qū)塊中的所有交易，導(dǎo)致了一個(gè)新的系統(tǒng)狀態(tài)。

區(qū)塊鏈和交易引發(fā)的狀態(tài)變化

未消費(fèi)交易輸出（UTXO）模型

UTXO 模型和賬戶模型的區(qū)別在于如何記賬——或記錄交易——的處理。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，在 UTXO 模型中，不存在賬戶余額這種東西。相反，每筆交易都是一張收據(jù)，指出誰(shuí)給誰(shuí)發(fā)了多少錢。這就是未消費(fèi)輸出這個(gè)名字的由來(lái)，因?yàn)橛脩艨梢赞D(zhuǎn)移的余額是他們尚未花費(fèi)的先前交易的多少。

UTXO 模型的工作原理圖解

當(dāng)用戶想發(fā)送比特幣時(shí)，所選 UTXO 內(nèi)的所有比特幣都成為交易輸入（見(jiàn)上圖 UTXO0）。一個(gè)新的 UTXO 被創(chuàng)建，其中包含要發(fā)送的數(shù)量（見(jiàn)上圖 UTXO2）。如果 UTXO 持有的比特幣多于要發(fā)送的比特幣，剩余的比特幣將作為一個(gè)新的 UTXO 送回給用戶（上圖中有 0.5 個(gè)比特幣需要發(fā)送，但 UTXO0 中持有 2.0 個(gè)，所以 UTXO2 包含要發(fā)送的 0.5 個(gè)，UTX03 包含返回給發(fā)送方的 1.5 個(gè)）。

這也實(shí)現(xiàn)了一個(gè)有趣的特性：由于 UTXO 模型，每一個(gè)原生代幣的來(lái)源都可以追溯到它的創(chuàng)建，因?yàn)槊恳粋€(gè)交易輸出必須有一個(gè)相應(yīng)的輸入。對(duì)于使用 UTXO 模型的比特幣網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，這意味著每個(gè)比特幣都可以追溯到它被挖礦的區(qū)塊。因此，UTXO 模型中不存在余額的概念。相反，余額是網(wǎng)絡(luò)中所有交易收據(jù)的匯總。

網(wǎng)絡(luò)上的每一筆交易都精確地定義了誰(shuí)從哪筆交易的輸入中獲得多少比特幣。然后，系統(tǒng)會(huì)驗(yàn)證交易投入是否未被使用，以及發(fā)送方是否有權(quán)力發(fā)送比特幣，以及接收方是否符合接收比特幣的正確參數(shù)。因此，UTXO 模型可以被認(rèn)為是一個(gè)驗(yàn)證系統(tǒng)。

雖然不包括在前面的例子中，但交給礦工的交易費(fèi)也作為交易的一部分被扣除。UTXO3 不是 1.5 個(gè)幣，而可能是 1.499 個(gè)幣，其中的差額是交易費(fèi)。

帳戶模型

賬戶模型更接近于傳統(tǒng)銀行賬戶的數(shù)字表示。在每個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換中，所有賬戶和余額的集合被存儲(chǔ)起來(lái)，而不是像 UTXO 模型中那樣，必須根據(jù)一組收據(jù)來(lái)計(jì)算賬戶余額。為了開(kāi)始一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換，需要啟動(dòng)一個(gè)交易，指示系統(tǒng)改變余額。然后，系統(tǒng)計(jì)算每個(gè)賬戶余額的變化，在下一個(gè)狀態(tài)中，新的余額集被存儲(chǔ)。

賬戶模型的工作原理說(shuō)明

在 UTXO 系統(tǒng)中，每個(gè)交易輸入（從以前的交易中收到的 UTXO）都是單獨(dú)驗(yàn)證的，必須大于輸出，而在賬戶模型中，賬戶余額必須大于交易輸出。這意味著，在 UTXO 系統(tǒng)中，多個(gè) UTXO 可以合并并單獨(dú)驗(yàn)證，以創(chuàng)造一個(gè)或多個(gè)交易輸出，而在賬戶模型中，只有余額需要驗(yàn)證。

如果使用多個(gè) UTXO 作為輸入和 UTXO 模型如何工作

關(guān)于 UTXO 模型與賬戶模型的更多信息，我強(qiáng)烈建議閱讀 Horizen.io關(guān)于這個(gè)問(wèn)題的這篇內(nèi)容。

虛擬機(jī)（VM）、智能合約和圖靈完備性

虛擬機(jī)是一個(gè)模擬計(jì)算機(jī)的軟件。它取代物理設(shè)備，虛擬計(jì)算機(jī)的所有物理組件作為軟件在另一個(gè)系統(tǒng)中運(yùn)行。例如，一個(gè) Windows 虛擬機(jī)可以在 MacOS 上運(yùn)行，允許整個(gè) windows 系統(tǒng)在 MacOS 內(nèi)運(yùn)行。Windows 虛擬機(jī)的物理組件是用軟件模擬的，所以 Windows 系統(tǒng)是不知道的。

這個(gè)概念也適用于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)：一個(gè)單獨(dú)的虛擬機(jī)組件與共享賬本一起存在，它允許計(jì)算任務(wù)被執(zhí)行。這意味著，除了存儲(chǔ)余額（賬戶模型）或余額變化（UTXO 模型）的共享賬本外，還有一個(gè)單獨(dú)的計(jì)算組件來(lái)計(jì)算余額。這個(gè)計(jì)算組件也可以用于簡(jiǎn)單的余額計(jì)算之外的更復(fù)雜的邏輯。這就是為智能合約鋪平道路的原因——后面會(huì)詳細(xì)介紹。第一個(gè)獲得廣泛成功的此類系統(tǒng)是以太坊虛擬機(jī) （EVM）。

Bitcoin Script也可以被認(rèn)為是一個(gè)虛擬機(jī)，因?yàn)樗潜忍貛啪W(wǎng)絡(luò)的計(jì)算組件，節(jié)點(diǎn)用它來(lái)驗(yàn)證 UTXO 和執(zhí)行交易。然而，比特幣腳本是相當(dāng)有限的，無(wú)法運(yùn)行像 EVM 那樣的復(fù)雜邏輯。

以太坊虛擬機(jī)（EVM）

EVM 是一個(gè)模擬特定計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的軟件，在以太坊節(jié)點(diǎn)上運(yùn)行。EVM 的主要目的是計(jì)算以太坊網(wǎng)絡(luò)的世界狀態(tài)，并運(yùn)行智能合約。EVM 的創(chuàng)新之處在于兩個(gè)方面：

1. EVM 實(shí)現(xiàn)了世界狀態(tài)的去中心化計(jì)算，包括執(zhí)行有點(diǎn)復(fù)雜的智能合約的計(jì)算邏輯

2. EVM 能夠在去中心化的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)（智能合約）上自主和無(wú)信任地執(zhí)行代碼

一個(gè)區(qū)塊鏈和一個(gè)虛擬機(jī)（VM）

當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)聲稱“EVM-兼容”時(shí)，這意味著該網(wǎng)絡(luò)可以部署和執(zhí)行為以太坊虛擬機(jī)編寫(xiě)的智能合約。EVM 是最流行的虛擬機(jī)，并已成為 Web3 中智能合約計(jì)算的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。 具有 EVM 兼容性允許較新的網(wǎng)絡(luò)通過(guò)使項(xiàng)目更容易移植到他們的網(wǎng)絡(luò)來(lái)引導(dǎo)其生態(tài)系統(tǒng)。這種標(biāo)準(zhǔn)化也使得網(wǎng)絡(luò)之間的代幣橋接更加容易，因?yàn)閮蓚€(gè)網(wǎng)絡(luò)可以運(yùn)行相同的代碼。

關(guān)于 EVM 架構(gòu)的一個(gè)夢(mèng)幻般的自我解釋的深入研究，我引導(dǎo)讀者去看 Takenobu T. 的這篇內(nèi)容（由于“合并”標(biāo)志著以太坊生態(tài)系統(tǒng)在2022 年 9 月 15 日從 PoW 過(guò)渡到 PoS，這個(gè)演講的 PoW 方面已經(jīng)過(guò)時(shí)了）。

智能合約

一個(gè)智能合約是一個(gè)存儲(chǔ)在去中心化網(wǎng)絡(luò)中的程序，當(dāng)滿足特定條件時(shí)，可以由虛擬機(jī)自主執(zhí)行。這些條件可以是指當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上發(fā)生特定事件或當(dāng)用戶與智能合約互動(dòng)時(shí)被激活的任何條件。智能合約的復(fù)雜計(jì)算能力也使ERC-20 代幣和NFT（非同質(zhì)化代幣）得以創(chuàng)建。

智能合約和 EVM 是推動(dòng)行業(yè)超越區(qū)塊鏈和加密、實(shí)現(xiàn) Web3 概念的原因：由于這些創(chuàng)新，有可能擁有可組合的應(yīng)用程序，在不可審查的去中心化網(wǎng)絡(luò)上自主運(yùn)行。這些創(chuàng)新的結(jié)合就是 Web3 龐大的 dApp 生態(tài)系統(tǒng)的由來(lái)。

dApp 是去中心化的應(yīng)用程序，它使用智能合約的組合，通常也是一個(gè)容易訪問(wèn)的基于網(wǎng)絡(luò)的前端，以實(shí)現(xiàn)與區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的互動(dòng)。dApp 的智能合約也可以通過(guò)節(jié)點(diǎn)直接訪問(wèn)，但是基于網(wǎng)絡(luò)的前端大量減少了訪問(wèn)的障礙。在今天，最知名的 dApp 大概是 Uniswap.

Solidity 語(yǔ)言、Rust 語(yǔ)言和 Bitcoin Script

Solidity是以太坊區(qū)塊鏈上最常用的智能合約的編程語(yǔ)言。開(kāi)發(fā)者用 Solidity 編碼他們的智能合約，將其編譯成字節(jié)碼，然后將字節(jié)碼部署到網(wǎng)絡(luò)中。Solidity 是一種面向?qū)ο蠛挽o態(tài)類型的編程語(yǔ)言，它是基于 C 、Python 和 JavaScript 而建立的。

Rust是Solana、Polkadot和NEAR鏈上最受歡迎的智能合約的編程語(yǔ)言之一。Rust 是一種低級(jí)靜態(tài)類型的編程語(yǔ)言，以其速度、效率和設(shè)計(jì)最佳實(shí)踐而聞名。雖然它是一種較年輕的語(yǔ)言，但它在2020和2021連續(xù)兩年被 StackOverflow 評(píng)為最受歡迎的編程語(yǔ)言。就像 Solidity 一樣，代碼被編譯，字節(jié)碼被部署到各個(gè)網(wǎng)絡(luò)上。

只要代碼可以被編譯成網(wǎng)絡(luò)可以閱讀和解釋的字節(jié)碼，區(qū)塊鏈接受各種編程語(yǔ)言。這也適用于比特幣網(wǎng)絡(luò)，它的主要腳本語(yǔ)言是 Bitcoin Script. Bitcoin Script 和 Solidity/Rust 之間的區(qū)別是，Bitcoin Script 實(shí)際上不是一種編程語(yǔ)言，而是一個(gè)用于交易的腳本系統(tǒng)。在比特幣網(wǎng)絡(luò)中，腳本是與每筆交易一起記錄的指令清單，它描述了下一個(gè)想花被轉(zhuǎn)移的比特幣的人如何獲得它們。請(qǐng)記住，UTXO 是未使用的交易輸出；因此，每一個(gè)輸出都可以有附帶的要求，需要滿足這些要求，才能允許輸出成為另一個(gè)交易的輸入。

圖靈完備性

從圖靈完備性的角度來(lái)看，Solidity/Rust 和 Bitcoin Script 之間的差異變得更加清晰。圖靈完備性指的是一個(gè)抽象機(jī)器（圖靈機(jī)）的概念：在給定了無(wú)限的時(shí)間和計(jì)算資源的情況下，只要這個(gè)問(wèn)題能夠被編碼或邏輯地構(gòu)建，它就能夠計(jì)算任何問(wèn)題。

更復(fù)雜的邏輯問(wèn)題需要使用條件語(yǔ)句和循環(huán)，Solidity 和 Rust 作為完整的編程語(yǔ)言支持這些。然而，Bitcoin Script 不支持這些。這是因?yàn)楸忍貛啪W(wǎng)絡(luò)不允許復(fù)雜的計(jì)算，而是依賴于一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單的指令集，只圍繞交易的想法工作（沒(méi)有智能合約）。雖然這使得比特幣網(wǎng)絡(luò)不容易出錯(cuò)，可以說(shuō)更安全，但它確實(shí)限制了它的可編程性。

以太坊、Solana 和 Polkadot 可以被認(rèn)為是準(zhǔn)圖靈完備的。盡管由于 Solidity 和 Rust 的存在，它們能夠進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算，并且在理論上只要有足夠的時(shí)間就能解決任何邏輯問(wèn)題，但它們受到 gas fee 的限制。Gas fee是網(wǎng)絡(luò)為執(zhí)行任何計(jì)算任務(wù)所收取的費(fèi)用。雖然時(shí)間和計(jì)算資源在理論上可以是無(wú)限的，但原生網(wǎng)絡(luò)代幣的數(shù)量可能不是。因此，雖然理論上這些網(wǎng)絡(luò)是圖靈完備的，但在實(shí)踐中，它們最多只能被視為準(zhǔn)圖靈完備的。

圖靈完備性和非圖靈完備性的區(qū)別對(duì)于更好地理解網(wǎng)絡(luò)的能力和在網(wǎng)絡(luò)上可以建立的東西非常重要。圖靈機(jī)和圖靈完備性還有更多的細(xì)微差別，感興趣的讀者可以在這里閱讀更多內(nèi)容。

從EIP 到 ERC

ERC（Ethereum Request for Comment）指的是以太坊區(qū)塊鏈中使用的技術(shù)編碼標(biāo)準(zhǔn)。ERC 規(guī)定了以太坊智能合約必須遵循的一些規(guī)則和行動(dòng)，以及如何實(shí)現(xiàn)這些規(guī)則和行動(dòng)。

然而，ERC 已經(jīng)是一個(gè)約定俗成的標(biāo)準(zhǔn)，已經(jīng)包含在開(kāi)發(fā)者同意使用的以太坊文檔中。在一個(gè) ERC 成為 ERC 之前，它開(kāi)始是一個(gè) EIP（Ethereum Improvement Proposal）. EIP 本質(zhì)上是非常詳細(xì)的論壇帖子，用戶可以在其中對(duì)以太坊區(qū)塊鏈和生態(tài)系統(tǒng)的變化進(jìn)行爭(zhēng)論、討論和投票。

從 EIP 到 ERC 的過(guò)程

這個(gè)系統(tǒng)在整個(gè) Web3 生態(tài)系統(tǒng)中被非常廣泛地使用，從網(wǎng)絡(luò)（例如，比特幣使用 BIP—— Bitcoin Improvement Proposals）到 dApp（例如，AAVE 使用AIPS—— AAVE Improvement Proposals）.

ERC 代幣標(biāo)準(zhǔn)

基于 ERC 的代幣建立在以太坊網(wǎng)絡(luò)上，但它們?cè)诩夹g(shù)上有別于以太坊代幣，后者是以太坊網(wǎng)絡(luò)的原生代幣。以太坊代幣被定義為網(wǎng)絡(luò)的一部分，是網(wǎng)絡(luò)的底層“貨幣”，以 gas fee 的形式支付交易和智能合約執(zhí)行，而基于 ERC 的代幣被定義在智能合約中。

ERC 標(biāo)準(zhǔn)的智能合約定義了代幣的所有參數(shù)和所有行為，可以使用 etherscan.io或任何其他與 EVM 兼容的網(wǎng)絡(luò)的區(qū)塊探索器在線查看。區(qū)塊探索器是一種工具，它允許你查看存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上的實(shí)時(shí)和歷史信息。由于這種標(biāo)準(zhǔn)化，基于 ERC 的代幣的行為是可預(yù)測(cè)的，允許 dApp 和其他智能合約與任何使用這些標(biāo)準(zhǔn)的智能合約互動(dòng)。

接下來(lái)，我們會(huì)介紹 ERC-20、ERC-721、ERC-1155 和 ERC-4626 標(biāo)準(zhǔn)。前三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)涉及到創(chuàng)建同質(zhì)化和非同質(zhì)化數(shù)字資產(chǎn)，這些數(shù)字資產(chǎn)在區(qū)塊鏈上生存，而 ERC-4626 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了應(yīng)用于 ERC-20 的收益功能。

ERC-20、ERC-721 和 ERC-1155 代幣標(biāo)準(zhǔn)及其同質(zhì)性

ERC-20 代幣（同質(zhì)化代幣）

ERC-20是一個(gè)同質(zhì)化代幣的標(biāo)準(zhǔn)。同質(zhì)性是指一種資產(chǎn)可以與另一種相同的資產(chǎn)互換，而兩種資產(chǎn)是無(wú)法相互區(qū)分的。例如，一張一美元的鈔票是同質(zhì)化的，因?yàn)樗梢耘c任何其他一美元的鈔票進(jìn)行交換。

ERC-20 標(biāo)準(zhǔn)允許在 EVM 兼容的網(wǎng)絡(luò)上創(chuàng)建同質(zhì)化代幣。Curve 代幣（CRV）、Uniswap 代幣（UNI）或 AAVE 代幣（AAVE）都是同質(zhì)化代幣的例子，但法定貨幣的數(shù)字代幣也是 ERC-20，例如USDT或USDC，它們與美元掛鉤。

ERC-20代幣是同質(zhì)化代幣

ERC-721 代幣（非同質(zhì)化代幣）

ERC-721標(biāo)準(zhǔn)定義了非同質(zhì)化代幣（NFT）。NFT 的獨(dú)特之處在于它的名字：代幣是不可偽造的，這意味著每個(gè)代幣都是獨(dú)一無(wú)二的。NFT 是一個(gè)令人興奮的發(fā)展，因?yàn)槊總€(gè) NFT 的內(nèi)容可以是創(chuàng)建者想要的任何內(nèi)容，從個(gè)人照片到房地產(chǎn)的契約或任何其他證書(shū)。NFT 實(shí)現(xiàn)了對(duì)任何物理或獨(dú)特?cái)?shù)字資產(chǎn)的可公開(kāi)驗(yàn)證的數(shù)字所有權(quán)。

流行的 NFT 包括 Cryptopunks、Bored Ape Yacht Club和Ethereum Name Service （ENS）.

ERC-721（NFT）是非同質(zhì)化代幣

ERC-1155（Multi-Token）

ERC-1155是所謂的“多元代幣（Multi-Token）”：它們結(jié)合了 ERC-20（同質(zhì)化代幣）和 ERC-721（非同質(zhì)化代幣）的功能。這意味著，除了通過(guò)多個(gè)“獨(dú)特的”同質(zhì)化資產(chǎn)，例如游戲中的一把劍（非同質(zhì)化的）和 100 個(gè)供應(yīng)量（同質(zhì)化的）來(lái)實(shí)現(xiàn)新的用例之外，也可以在一個(gè)智能合約中管理多個(gè)代幣類型。

將這些功能合并到一個(gè)智能合約中，可以使智能合約在 EVM 中使用的空間方面創(chuàng)造效率。這也為更大和更復(fù)雜的項(xiàng)目創(chuàng)造了簡(jiǎn)單性，因?yàn)槎嗵状鷰趴梢詮囊粋€(gè)智能合約中管理。

流行的 ERC-1155 包括 ENJIN NFT，它使用 ERC-1155 來(lái)跟蹤基于區(qū)塊鏈的少數(shù)游戲中的資產(chǎn)，以及可能需要定期創(chuàng)建大量獨(dú)特資產(chǎn)集作為一個(gè)合同的一部分的票務(wù)應(yīng)用。使用 ERC-1155 的項(xiàng)目例子包括 The Sandbox Metaverse、Fanz和Azure Heroes.

ERC-1155 代幣結(jié)合了同質(zhì)化代幣和非同質(zhì)化代幣的功能

ERC-4626（The Vault Standard）

ERC-4626將代幣金庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)化。保險(xiǎn)庫(kù)是一個(gè)有收益的智能合約，接受 ERC-20 代幣存款，并向存款人提供另一種代幣的代幣獎(jiǎng)勵(lì)（收益）。它本質(zhì)上是一個(gè)多簽名的資產(chǎn)管理智能合約，產(chǎn)生代幣作為存款的獎(jiǎng)勵(lì)形式，以后可以兌換最初存入保險(xiǎn)庫(kù)的代幣。

例如，xSushi是一個(gè)有收益的代幣，可以兌換成SUSHI代幣（SushiSwap dApp的治理代幣），基本上代表用戶在 Sushi DeFi 協(xié)議中產(chǎn)生收益活動(dòng)的份額。

這個(gè)代幣標(biāo)準(zhǔn)使開(kāi)發(fā)者能夠接受任何 ERC-20 代幣，而不必手動(dòng)整合每個(gè)代幣，并考慮他們的具體設(shè)計(jì)決策。這減少了可能導(dǎo)致資產(chǎn)損失的編碼錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。

Yearn V3是第一個(gè)使用 ERC-4626 標(biāo)準(zhǔn)的主要協(xié)議，Balancer和Rari Capital等協(xié)議也已開(kāi)始實(shí)施該標(biāo)準(zhǔn)。

區(qū)塊鏈與有向無(wú)環(huán)圖（DAG）的對(duì)比

有向無(wú)環(huán)圖（DAG）是一種不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)方法，一些項(xiàng)目將其作為區(qū)塊鏈共享賬本結(jié)構(gòu)的替代方案。區(qū)塊鏈的交易包含在區(qū)塊中，區(qū)塊按時(shí)間順序進(jìn)行驗(yàn)證和連鎖。區(qū)塊鏈被復(fù)制到網(wǎng)絡(luò)上的所有節(jié)點(diǎn)。

在 DAG 中，交易被逐一驗(yàn)證，每個(gè)交易都與下一個(gè)交易相關(guān)聯(lián)。為了驗(yàn)證一個(gè)交易，由網(wǎng)絡(luò)決定的另外兩個(gè)交易也必須被驗(yàn)證。這導(dǎo)致了一個(gè)類似于網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，可以很容易地進(jìn)行擴(kuò)展，并允許交易的并行計(jì)算，這可以大大增加吞吐速度。由于驗(yàn)證交易是非常直接的，礦工在這個(gè)系統(tǒng)中扮演的角色非常?。喝魏闻c網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)的用戶都可以驗(yàn)證其他用戶的交易，這大大降低了交易成本。

區(qū)塊鏈 Vs. DAG

有向無(wú)環(huán)圖這個(gè)詞很好地描述了這種結(jié)構(gòu)：

· 有向：數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只能在一個(gè)方向上移動(dòng)（添加新數(shù)據(jù)）

· 無(wú)環(huán)：當(dāng)沿著數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的定向路徑移動(dòng)時(shí)，不可能碰到之前的數(shù)據(jù)點(diǎn)（非環(huán)形）

· 圖：由節(jié)點(diǎn)/頂點(diǎn)和邊（節(jié)點(diǎn)之間的連接）組成的非線性數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

雖然這種結(jié)構(gòu)在交易吞吐量、驗(yàn)證速度和交易成本方面帶來(lái)了好處，但 DAG 面臨著完全不同的挑戰(zhàn)。雖然在理論上這個(gè)系統(tǒng)允許強(qiáng)大的去中心化，但交易的減少在理論上會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)安全的降低：更少的交易意味著更少的隨機(jī)驗(yàn)證者，這增加了單一驗(yàn)證者或一組驗(yàn)證者控制大多數(shù)交易的可能性。如果一個(gè)實(shí)體控制了大部分的網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)，那么將惡意活動(dòng)引入網(wǎng)絡(luò)就會(huì)變得更加容易。

為了應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)，基于 DAG 的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)轉(zhuǎn)向中心化的解決方案：實(shí)施中央?yún)f(xié)調(diào)人，為待驗(yàn)證的交易提供路線，控制具有更高權(quán)限的“證人”驗(yàn)證人，或直接使驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)私有化。

盡管有這些挑戰(zhàn)，DAG 網(wǎng)絡(luò)填補(bǔ)了 Web3 生態(tài)系統(tǒng)中的一個(gè)重要空白：它們是稍微更中心化一些的高吞吐量網(wǎng)絡(luò)，可以管理繁重的交易負(fù)載，并且隨著 Web3 主流應(yīng)用的進(jìn)展，會(huì)發(fā)現(xiàn)更多的使用案例。

單片式與模塊化區(qū)塊鏈

去中心化網(wǎng)絡(luò)是復(fù)雜的系統(tǒng)，由各種組件組成，這些組件相互操作，創(chuàng)造出無(wú)信任和不可改變的網(wǎng)絡(luò)。比特幣、以太坊、Solana、Polkadot 和 NEAR 等網(wǎng)絡(luò)都被認(rèn)為是單片式區(qū)塊鏈——它們都是“由單片形成”的網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)組件的任何變化都需要整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的更新。模塊化區(qū)塊鏈拿出這些不同的組件并讓它們被換成其他組件。

模塊化區(qū)塊鏈系統(tǒng)的各個(gè)組成部分包括：

· 執(zhí)行層：交易執(zhí)行和智能合約

· 結(jié)算層：交易驗(yàn)證、交易結(jié)算

· 共識(shí)層：共識(shí)機(jī)制

· 數(shù)據(jù)可用性：共享賬本

單片式區(qū)塊鏈與模塊化區(qū)塊鏈。改編自：Celestia 網(wǎng)站

通過(guò)將系統(tǒng)拆分成多個(gè)組件，可以對(duì)每個(gè)組件進(jìn)行優(yōu)化，提高每個(gè)組件的效率和安全性。Layer 2，將在本系列的下一部分中詳細(xì)介紹，可以說(shuō)是進(jìn)入模塊化的第一步。Layer 2 卸載了執(zhí)行層，在一個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)上執(zhí)行交易和智能合約，并將結(jié)果反饋給 Layer 1 單體網(wǎng)絡(luò)，在那里管理結(jié)算、共識(shí)和共享賬本。

雖然模塊化有許多好處，但模塊化系統(tǒng)只有在其最薄弱的環(huán)節(jié)才會(huì)強(qiáng)大。有了模塊化組件，個(gè)別組件就有可能更容易成為目標(biāo)。此外，給網(wǎng)絡(luò)增加模塊化也引入了一個(gè)新的復(fù)雜程度，無(wú)論是從技術(shù)角度還是從網(wǎng)絡(luò)原生代幣的價(jià)值角度，都要確保網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。如果結(jié)算層可以被另一個(gè)使用不同代幣的結(jié)算層所取代，那么一個(gè)網(wǎng)絡(luò)首先要證明代幣的存在是有難度的。

盡管有這些挑戰(zhàn)，模塊化區(qū)塊鏈的概念為新項(xiàng)目和新技術(shù)的發(fā)展提供了一個(gè)令人興奮的方向，這可以幫助擴(kuò)大和發(fā)展 Web3 生態(tài)系統(tǒng)。流行的模塊化區(qū)塊鏈項(xiàng)目包括 Celestia和Cosmos.

Layer 1 網(wǎng)絡(luò)總結(jié)

Web3 是一個(gè)龐大的概念，結(jié)合了區(qū)塊鏈、加密和建立在它們之上的生態(tài)系統(tǒng)以及相關(guān)技術(shù)。

比特幣是普及去中心化區(qū)塊鏈技術(shù)的 layer 1 網(wǎng)絡(luò)，而以太坊是提供準(zhǔn)圖靈完備計(jì)算功能的網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了智能合約。正是通過(guò)對(duì)早期區(qū)塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行哈希運(yùn)算來(lái)串聯(lián)數(shù)據(jù)塊的想法，再加上在許多節(jié)點(diǎn)上分發(fā)所有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的副本，才實(shí)現(xiàn)了不可更改性和數(shù)據(jù)的永久性。除了這些技術(shù)原素，節(jié)點(diǎn)基礎(chǔ)設(shè)施也必須到位，才能發(fā)揮作用：如果網(wǎng)絡(luò)上只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)，那么網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上是中心化的，并面臨著中心化的挑戰(zhàn)：數(shù)據(jù)可以被改變，被刪除，對(duì)它的訪問(wèn)可以被節(jié)點(diǎn)限制。

除了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，還有一個(gè)問(wèn)題是網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)如何知道提供給它們的數(shù)據(jù)是否正確。這被概括為“拜占庭將軍的問(wèn)題”。比特幣通過(guò)其工作證明（Proof-of-Work）共識(shí)算法解決了這個(gè)問(wèn)題，該算法要求網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)解決計(jì)算量大的加密難題，以證明他們已經(jīng)完成了驗(yàn)證一個(gè)區(qū)塊所需的驗(yàn)證工作。存在替代性的共識(shí)算法，例如 Proof-of-Stake，它需要的能量要少得多，而且被認(rèn)為對(duì)環(huán)境更好。

比特幣和以太坊是撰寫(xiě)本文時(shí)最受歡迎的兩個(gè)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，它們使用的記賬模式有很大的不同。比特幣網(wǎng)絡(luò)使用 UTXO 模式，而以太坊網(wǎng)絡(luò)使用賬戶模型。UTXO 模型可以被認(rèn)為是一個(gè) \”驗(yàn)證系統(tǒng)\”，每一個(gè) UTXO 都是一個(gè)交易的賬單。賬戶模型更像一個(gè)賬戶和余額的數(shù)據(jù)庫(kù)，隨著每個(gè)新區(qū)塊被添加到區(qū)塊鏈上而更新。

以太坊的計(jì)算組件被稱為“以太坊虛擬機(jī)”，允許執(zhí)行智能合約。智能合約是存儲(chǔ)在去中心化區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)上的應(yīng)用程序，可以根據(jù)可編程的觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)自主執(zhí)行。根據(jù)你所使用的區(qū)塊鏈，智能合約可以用 Solidity、Rust 或其他編程語(yǔ)言編寫(xiě)。

智能合約的標(biāo)準(zhǔn)化是必要的，以實(shí)現(xiàn)智能合約之間更好的互操作性。ERC 是已經(jīng)在以太坊文檔中固化的編碼標(biāo)準(zhǔn)，是“成功”的 EIP. EIP 是以太坊生態(tài)系統(tǒng)中任何人都可以提出的建議，并開(kāi)放給任何人查看、討論和投票。如果一個(gè) EIP 被投票通過(guò)，提議的變化就會(huì)被應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)中。四個(gè)最流行的 ERC 代幣標(biāo)準(zhǔn)是 ERC-20（同質(zhì)化代幣），ERC-721（非同質(zhì)化代幣，或“NFT”），ERC-1155 （多元代幣）和 ERC-4626（金庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)）.

雖然區(qū)塊鏈一直是 Web3 去中心化網(wǎng)絡(luò)最流行的賬本格式，但隨著現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)被調(diào)整為特定的用例，替代格式已經(jīng)出現(xiàn)了。有向無(wú)環(huán)圖（DAG）是這種替代結(jié)構(gòu)的一個(gè)例子，它依賴于驗(yàn)證交易而不是完整的區(qū)塊。模塊化網(wǎng)絡(luò)是我們需要重新思考現(xiàn)有結(jié)構(gòu)這一想法的延伸。模塊化網(wǎng)絡(luò)旨在將分散的網(wǎng)絡(luò)分成不同的功能層，每個(gè)功能層都可以單獨(dú)優(yōu)化。

結(jié)語(yǔ)

這就是《掌握 Web3 基礎(chǔ)知識(shí)》系列的第一部分，感謝您的閱讀！如果你喜歡這篇文章，請(qǐng)考慮分享它！如果你對(duì)這篇文章有任何反饋，或者想討論它的內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)?Twitter 上聯(lián)系 @0xPhillan.

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