以太坊（Ethereum）作为区块链2.0的代表性项目，自2015年由程序员维塔利克·布特林（Vitalik Buterin）提出以来，已从“比特币的竞争者”发展为全球最大的去中心化应用（DApp）平台，它不仅扩展了区块链技术的应用边界，更通过“可编程性”让区块链从单纯的“数字货币”进化为“去中心化计算机”，要理解以太坊的生态逻辑,需先掌握以下核心名词概念。

以太坊：不止是加密货币，更是“世界计算机”

以太坊是一个开源的、基于区块链技术的去中心化平台，其核心目标是构建一个“去中心化的互联网”（Web3），与比特币专注于点对点电子支付不同，以太坊的核心功能是运行智能合约——即无需第三方信任、自动执行的程序代码，用户可以在以太坊上构建各种去中心化应用，涵盖金融、游戏、社交、供应链等领域。

以太坊的原生加密货币称为以太币（Ether，简称ETH），它不仅是平台内的“燃料”（用于支付交易费用和激励矿工），更被视为数字世界的“原油”,支撑着整个生态系统的价值流转。

智能合约：自动执行的“数字法律”

智能合约是以太坊的基石，由尼克·萨博在1994年提出，维塔利克·布特林将其在以太坊上落地。智能合约是一种存储在区块链上的、以代码形式定义的承诺协议，当预设条件被触发时，合约会自动执行约定的操作（如转账、数据存储等），且无法被篡改或单方面终止。

一个简单的去中心化借贷合约可以这样设定：“如果用户A存入1个ETH，合约自动向其发放等值的稳定币，30天后若用户A未偿还稳定币，则合约自动将其存入的ETH转给出借人B。”整个过程无需银行或平台介入,代码即规则。

虚拟机（EVM）：以太坊的“操作系统”

以太坊虚拟机（Ethereum Virtual Machine，简称EVM）是以太坊的“运行环境”，负责执行智能合约的代码，它是一个沙盒化的、图灵完备的虚拟机，意味着它可以执行任何复杂的计算逻辑（与普通计算机的CPU功能类似），同时被隔离在以太坊网络中，确保合约执行的安全性（恶意代码无法影响主网络）。

EVM的“去中心化”特性是关键：全球数千个节点计算机同时运行EVM，通过共识机制确保每个节点的计算结果一致，从而实现“信任最小化”，EVM已成为区块链行业的“标准接口”，许多其他公链（如BNB Chain、Polygon）都兼容EVM,以便复刻以太坊的生态和应用。

Gas：智能合约执行的“燃料费”

在以太坊网络中，每笔交易（如转账、调用合约）都需要消耗Gas，Gas不是一种货币，而是衡量计算资源消耗的“单位”，类似于汽车的“油耗”，Gas的目的是防止恶意用户消耗过多网络资源（如发起无限循环的合约），导致网络拥堵。

Gas费用以“Gwei”计价（1 ETH = 10^9 Gwei），用户在发起交易时需设定“Gas价格”（Gwei per unit）和“Gas上限”（最大愿意消耗的Gas量），实际费用 = Gas价格 × 实际消耗的Gas量，若Gas上限设定过低，交易可能因“Gas不足”失败；若Gas价格过低，交易可能因“优先级低”被矿工暂时打包。

账户模型：外部账户（EOA）与合约账户

以太坊的用户和合约以“账户”形式存在，分为两类：

  1. 外部账户（Externally Owned Account，EOA）：由用户私钥控制的账户，相当于传统银行的“个人账户”，可以发起交易、转移ETH，但不能主动执行代码（需触发合约）。
  2. 合约账户（Contract Account）：由智能合约代码控制的账户，没有私钥，其行为由外部账户或其他合约触发（如被调用时自动执行代码），合约账户可以存储ETH和数据，但只能被动响应指令。

两类账户通过地址区分：EOA地址由用户公钥生成（以“0x”开头）,合约地址由创建交易的哈希和nonce生成。

区块与交易：以太坊的“数据结构”

以太坊的区块链由一系列“区块”连接而成，每个区块包含三部分数据：

  • 区块头：包括区块号、时间戳、父区块哈希、当前状态根、交易根、收据根等元数据，状态根”记录了全网账户的实时状态（如ETH余额、合约数据）。
  • 交易列表：区块内包含的所有交易数据（如转账、合约调用）。
  • 收据列表：每笔交易执行后的结果（如是否成功、日志输出），用于DApp查询交易状态。

交易是状态变更的“最小单元”，用户通过签名交易（如使用MetaMask钱包）向网络发送指令，节点验证交易后打包成区块,最终通过共识机制确认上链。

共识机制：从PoW到PoS的演进

共识机制是以太坊确保网络“去中心化”和“安全”的核心，经历了从工作量证明（Proof of Work，PoW）到权益证明（Proof of Stake，PoS）的重大升级。

  • PoW（2015-2022）：矿工通过竞争计算哈希值（“挖矿”）来获得记账权，成功打包区块的矿工获得ETH奖励，但PoW能耗高、效率低，交易确认需10秒-1分钟。
  • PoS（2022至今，“合并”升级后）：验证者（持有ETH并锁定作为质押）通过随机选择机制获得记账权，无需“挖矿”，PoS能耗降低99%以上，交易速度提升至12秒/区块，同时通过“惩罚机制”（如恶意行为则质押的ETH被没收）保障网络安全。

去中心化应用（DApp）：以太坊的“生态应用”

去中心化应用（Decentralized Application，DApp）是运行在以太坊网络上的应用程序，其特点是“前端界面 后端智能合约”，与传统App依赖中心化服务器不同，DApp的数据和逻辑存储在区块链上，用户通过钱包（如MetaMask）直接与合约交互，无需信任第三方。

以太坊上的DApp覆盖多个领域：

  • DeFi（去中心化金融）：如Uniswap（去中心化交易所）、Aave（借贷协议），提供无需银行账户的存贷、交易服务。
  • NFT（非同质化代币）：如CryptoPunks（数字艺术品）、OpenSea（NFT交易平台），实现数字资产的唯一性和所有权认证。
  • GameFi（链游）：如Axie Infinity（宠物对战游戏），玩家通过区块链资产真正拥有游戏道具。

状态树与默克尔帕特里夏树（MPT）：高效的数据存储

以太坊的账户状态、交易和收据分别通过三种默克尔帕特里夏树（Merkle Patricia Tree，MPT）存储，这是一种高效、可验证的数据结构。

  • 状态树：存储所有EOA和合约账户的实时状态（如余额、代码哈希）。
  • 交易树：存储区块内的所有交易。
  • 收据树：存储每笔交易的执行结果。

MPT的优势在于“默克尔证明”：用户只需提供少量数据（如账户状态的哈希值），即可快速验证数据的真实性和完整性，无需下载整个区块链,大幅提升效率。

Layer 2与扩容方案：以太坊的“加速车道”

由于以太坊主网（Layer 1）受限于区块大小和交易速度（早期仅15 TPS，PoS后提升至约100 TPS），Gas费用常因拥堵而飙升，为解决“扩容问题”，以太坊生态发展出Layer 2（二层网络），即在Layer 1基础上构建的扩容方案，将交易计算和数据处理放在Layer 2完成，仅将最终结果提交到Layer 1确认。

主流Layer 2方案包括：

  • Rollup（状态通道）：如Arbitrum、Optimism，将交易数据“打包”后批量提交到主网，大幅降低Gas费用，提升交易速度。
  • 侧链：如Polygon，与主网并行运行的独立区块链，通过跨链桥与主网交互，但安全性相对较低。