以太坊:引介 | 简要比较以太坊和比特币的数据结构_比特币

引介：以太坊为什么是第二代区块链？

2017年末，当我开始了解区块链的时候，我注意到以太坊非常受关注。我总是看到别人说：比特币是第一代区块链，而以太坊是第二代区块链。读了许多关于比特币与以太坊间对比的文章之后，我明白了“为什么”：比特币是一种使用有限脚本语言来构建去中心化支付系统的加密货币，但是以太坊不仅如此。以太坊不仅仅是一种加密货币，还是一种全球化去中心计算基础设施，能够执行智能合约与程序代码进而控制数字资产。在以太坊平台之上，开发者可以自行构建去中心化应用。我对去中心化应用开发非常感兴趣，因此我并没有花很多时间阅读以太坊黄皮书，去理解其具体构建原理。

我在Devconv期间开始阅读以太坊黄皮书的时候，我不仅明白了为什么以太坊是第二代区块链，而且被这些最终将奇妙观念化为现实的伟大思想打动。

让我们深入了解一下几个主要的部分：

数据结构

区块结构

交易

以太坊中Gas&比特币中交易费

状态&账户类型

数据结构

比特币使用了Merkel树，而以太坊使用了改良的MerkelPatricia树。如果你想更深入地了解，可以观看该视频。

插播：

Medium不支持下标格式，如果你想阅读本文含有黄皮书中某些符号的版本，请查看该文档。

以太坊NFT交易量创2月份以来最高峰值:金色财经报道，根据The Block数据显示，上周的交易量较前一周增长63%，达到8800万美元。自2月最后一周上涨109%以来，以太坊NFT交易量并未出现大幅增长。[2023/7/4 22:15:55]

区块

让我们来看一下以太坊区块结构。

-来源：

解读以太坊黄皮书-区块包含：

区块头：

请注意，比特币区块头中只有1棵Merkel树，以太坊区块头中有4棵。以太坊区块头包含：

parentHash：父块区块头哈希值。

ommersHash：当前区块的叔块列表的哈希值。

beneficiary：矿工用于接收交易费的以太坊的地址。

stateRoot：在本区块及其交易执行完成后，状态树的根节点哈希值。

transactionsRoot：由区块交易列表中全部交易构成的交易树的根节点哈希值。

receiptsRoot：由交易列表中每笔交易的收据构成的收据树的根节点哈希值。每一条交易收据都存储在键值索引的收据树中，树的根节点哈希值存储在区块头中。这对生成零知识证明或是索引与搜索都非常有用。交易收据R是以下四项的元组：

R

Gabor Gurbacs：基于比特币的技术有可能在全球范围内创造价值:金色财经报道，纽约投资管理公司VanEck数字资产战略总监Gabor Gurbacs在社交媒体上表示，基于比特币的技术有可能从传统资产类别中吸收价值，并在全球范围内创造价值。创造价值的潜力是数万亿美元的。基础层的费用会随着采用而上升。比特币L2和L3应用即将到来。[2023/5/8 14:48:40]

u：交易执行后包含该交易收据的区块累计消耗gas量。

R

l：交易执行期间所产生的日志集合。

R

b：依据日志信息构建的Bloom过滤器。

交易状态码。

logsBloom：该字段用于存储以太坊事件，可依据日志记录器地址或日志主题进行索引。

difficulty：本区块的难度水平，根据前一个区块难度水平及时间戳计算得来。

number：所有先前区块的个数，创世区块的number字段为0；

gasLimit：当前区块允许的最大gas消耗量。

gasUsed：当前区块内所有交易所消耗的gas总量。

timestamp：区块初始化时的Unix时间。

extraData：可供矿工添加任意数据的字节数组

mixHash：用于验证区块是否被正确处理的哈希值。

nonce：用于验证区块是否被正确处理的哈希值。

区块体包含：

叔区块头列表

交易序列：本区块中交易列表。

整体有效性：要确定一个区块的有效性，当且仅当其满足以下几个条件：区块的叔区块列表哈希、交易区块哈希以及给定交易内部一致

报告：美国合规加密货币交易所Q1市场份额均有所下降:4月28日消息，在与包括美国SEC在内的监管机构开展一系列监管行动的过程中，美国加密市场继续失去其全球主导地位。根据加密货币研究公司TokenInsight的最新报告，美国合规加密货币交易所在2023年第一季度市场份额均有所下降，其中Coinbase市场份额下滑1.31%，Kraken下降0.60%，Binance.US下降0.37%。

报告称，排名前15位的交易所总交易量为10.8万亿美元，比2022年第四季度增长了40%。今年加密市场复苏，比特币价格飙升超过70%。（Coin Gape）[2023/4/28 14:33:37]

打包区块的过程包括四个阶段：

验证叔区块列表：

一个区块必须指定一个父区块，并且必须指定0个或多个叔区块

区块B中包含的叔区块必须具有以下性质：

a.区块B的叔区块必须是区块B第k代祖先区块的直接子块，其中2<=k<=7。b.区块B的叔区块不能是区块B的祖先。c.叔区块的区块头必须有效，但是无需被验证也无需是有效区块。

d.叔区块必须与先前区块打包的叔区块以及本区块的其他叔区块不同。

交易验证：区块头中gasUsed的数值必须与最后一笔交易打包后区块累计的gas消耗量一致。

申请奖励：如果存在叔区块，则叔区块可用于增加本区块受益人与产生叔区块的受益人的账户余额。当同一区块高度有多个有效区块时，叔区块机制有助于激励矿工维护网络正常运行。叔区块奖励划分规则：叔区块获得其基础奖励的87.5%，包含该叔区块的主链区块获得基础奖励的3.125%。不过，叔块受益人和侄块受益人都不能得到叔块中的交易手续费。

验证状态以及区块nonce。通过检查最终状态是否与区块头中stateRoot一致即可检验。

币安：多个交易对价格异常变动，团队正在调查:金色财经报道，币安在推特表示，注意到某些交易对在币安上出现价格异常变动，涉及SUN、ARDR、OSMO、FUN和GLM等资产，团队正在调查可疑账户并采取适当行动。币安称，此活动似乎不是由于帐户被盗或API密钥被盗所致，目前资金是安全的。[2022/12/11 21:37:25]

而比特币中区块结构如下

-来源：5minuteblockchain-

区块包含：

区块头：

timestamp：区块初始化时的Unix时间。

nonce：用于PoW算法的计数器。

Version：用于追踪软件或协议升级的版本号。

Previous：链上父区块哈希值。

MerkelRoot：本区块中交易所构造的Merkel树树根的哈希值。

Difficulty：产生该区块所必须的难度值，该值在挖矿过程中根据该区块前一定数量的区块产生所用时间动态调整。

区块体包含：

交易序列：本区块中包含交易的列表

交易

以太坊交易T

以太坊中包含两类交易：消息调用与合约创建。每笔交易的执行都将引起机器状态μ的变化。每笔交易包括以下字段：

匹克与NBA球星托尼·帕克合作推出Peakboy系列NFT:8月20日消息，作为匹克的全球形象代言人，NBA 球星托尼·帕克宣布联合匹克推出 PeakBoy 系列 NFT，PeakBoys 将基于以太坊区块链铸造，总计 10,000 枚，这些 NFT 也将成为 PeakBoy 生态系统的基础，解锁 PeakBoy Meta Voyage Club 的相关权益。根据官方公布的路线图，PeakBoy 生态大致上分为 3 个时期，第一期 NFT 上线，第二期俱乐部会员将会获得新的 NFT 空投，用来升级当前手中的 PeakBoy，成为可玩性更强的虚拟化身，第三期将会获得 PeakBoy 的元宇宙土地和相应 Token PBT 空投，同时获得只有会员才能进入的 Gamefi 游戏资格。（menafn）[2022/8/21 12:37:53]

nonce：发送方先前发出的交易总数量。

gasPrice：单位gas消耗需支付给网络的以太币数量。

gasLimit：该交易执行过程中能够消耗的最大gas数量。

to：消息调用接收方地址。

value：发送方转移给消息接收方的以太币数量。

v,r,s：交易签名相关字段。

Init：不限制大小的字节数组，包含合约创建所需的EVM字节码。

data：不限制大小的字节数组，用于指定消息调用交易的输入数据。

比特币交易

-来源：gomedici-

交易头

比特币协议版本

输入数量

输出数量

区块锁定时间

一个或多个输入

先前交易的哈希值

先前交易的输出的索引号。

解锁脚本以及解锁脚本长度，用于证明该UTXO的所有权。

一个或多个输出

发送方给接收方发送的比特币数量。

锁定脚本以及锁定脚本长度。‘scriptPubKey’是一个条件公钥脚本。任何可以满足公钥脚本条件的人都可以花费该UTXO中的比特币。

以太坊的?Gas&比特币的交易费

EthereumGas

由于以太坊是图灵完备的系统，为了避免计算资源被滥用，以太坊中所有编程计算操作都要收取交易费。计算就要投入成本，需要的计算资源越多则与之对应的交易费就越高。用于购买gas的以太币被转入受益者地址。如果账户余额地址不能支付gas的费用，那么该交易就被认为是无效的。在以太坊平台中，只有执行交易的过程中才涉及gas消耗。

每笔交易都有一个与之关联的具体gas消耗量。gasLimit与gasPrice也在交易中指定。

gasLimit：发送方愿意支付用于交易执行的gas最大数量。gasLimit的存在，有助于解决交易陷入无限循环而无法退出的情况。在交易执行之后，如果仍有gas剩余，那么这些gas将返回给发送方。但是，如果交易因为某种原因执行失败，gas就不再退回。

gasPrice：gasPrice是指“你想支付多少以太币来购买一单位gas”。交易发送方可以任意指定gasPrice的具体数值，然而，矿工也可以自由忽略一些gasPrice不符合他们需求的交易。

比特币交易费

比特币交易费是由矿工收取的一小笔款项。比特币交易费并不是必须的，但由于矿工可以自由忽略任意交易，添加手续费则可以激励矿工将你的交易打包进区块链中。比特币交易费的数值等于交易输入减去输出所得到的差值。

状态&账户类型

比特币

比特币地址是一个ECDSA公钥，该地址的余额并不保存在比特币区块链中。如果你想要知道如何查看比特币余额，个人钱包应用通过扫描区块链数据库，计算出与某一具体地址相关的所有UTXO，进而求出该地址的比特币余额。

以太坊

以太坊区块链始终维护一个世界状态?

σ?，其中包含了地址与账户状态的映射。

以太坊包含两种类型的账户：

由私钥控制的外部持有账户

由智能合约控制的合约账户。

账户状态?

σ：

账户状态存储在区块链之外的改良版MerklePatriciaTrie树中。如果你想更深入的了解状态数据库中MPT树是如何存储的，请观看该视频。账户状态包含四个字段：

nonce：包含合约创建交易在内的由该地址发出的所有交易数量。

balance：该地址持有的以太币数量。

storageRoot：编码账户存储内容的MerkelPatricia树的根节点哈希。

codeHash：存储在状态数据库中EVM字节码的哈希值。与其他字段不同，该字段是不可变的。

有兴趣看看黄皮书么？!

我确信你一定非常希望通过阅读黄皮书了解更多有关以太坊的设计细节，上文所提到的比特币与以太坊的不同仅是我的个人观点。但是，如果你真的下决心去读，可以参考我的经验，因为这并不是一件容易的事情。

我记得当我告诉一个朋友我要开始阅读黄皮书并写一些相关博客的时候，他跟我说：

“天呐！不可能的:D。虽然很有教育意义，但是依旧是不可能的！”

他是对的，我阅读以太坊黄皮书的目的是写一篇总结，就像我读完比特币白皮书一样，但是当我第一遍读完黄皮书的时候，写总结简直太难了。为了写一篇黄皮书总结，我断断续续读了4遍:D

我第一遍读完黄皮书之后，我只能掌握大概50%-60%的内容，因为在阅读数学推导的时候我遇到了很大困难。但是，通过多次阅读黄皮书，我更深入地理解了以太坊的设计原理以及我先前在以太坊上开发去中心化应用时所遇到的一些Bug。总的来说，我还是非常满意的。

以下是当时对我帮助很大的一些文章链接：

这是我读过的最棒的解释黄皮书的文章（编者注：中译本在此《

以太坊的工作原理》）。

特别感谢我在devcon学者项目的同事@shaqueilla.seale，她发给我了解读以太坊黄皮书系列文章

以太坊中数据是如何存储的

对我而言，黄皮书中最难理解的部分是：

代数符号，这个答案给了我很多帮助

约定部分，这个?gist?给了我很多帮助

原文链接:

https://medium.com/ethereum-foundation-devcon-scholars/the-mystery-behind-ethereums-shine-76f9011deb8a

作者:?EmanHerawy

翻译&校对:?stormpang?&阿剑

标签：以太坊GAS比特币区块链以太坊币最新价格走势图MegaShiboX InuADA币下一个比特币区块链最新局曝光

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