ETH(以太幣)基本面分析：二、核心技術分析

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以太坊技術基礎

以太坊的基礎技術是區塊鏈，這是一種去中心化的數據儲存和交易系統。它由以下幾個核心要素組成：

1. 分散式帳本與智能合約

• 分散式帳本：所有的交易記錄都分散儲存在全球所有參與者的電腦中，無需中心化的伺服器。
• 智能合約：是內建於區塊鏈上的自動執行程式，當條件符合時（如付款完成），合約就會自動完成。

範例：銀行與股票市場

• 分散式帳本類似銀行系統：
  傳統銀行有中央伺服器管理交易記錄，但分散式帳本就像是一個全球化、透明的 Excel 表，每個交易者都持有一份副本，且無法竄改記錄。
• 智能合約類似程式化交易：
  傳統股票市場中的「程式化交易」需要設置許多條件和規則，而智能合約本身就具備這些功能，且無需中間人操作。例如，當股票達到某價格時，自動購買或賣出。

2. 以太坊虛擬機（EVM）

以太坊虛擬機 (EVM) 是以太坊網路的核心組件，它是一個運行以太坊智慧合約的計算引擎，也是讓以太坊成為「全球去中心化電腦」的關鍵技術。透過 EVM，開發者可以在以太坊網路上編寫和執行應用程式（DApps），而 EVM 負責將這些代碼執行的結果應用到整個區塊鏈系統上。

EVM 就像以太坊的操作系統，開發者可以在這個系統上創建各種應用，就像 Windows 或 macOS 支持軟體運行一樣。

EVM 的核心功能：

• 執行智能合約
• • EVM 是執行智能合約的地方，所有在以太坊區塊鏈上部署的智能合約代碼都會通過 EVM 執行。
  • 開發者使用高級程式語言（例如 Solidity）撰寫智能合約，這些代碼會先被編譯為一種稱為「字節碼 (Bytecode)」的低級代碼，然後由 EVM 解讀和執行。
  • 每一個節點都有自己的 EVM，負責驗證和執行智能合約，確保執行結果在全網一致。
• 狀態管理
• • EVM 不僅執行代碼，還負責跟蹤區塊鏈的全局狀態。
  • 所謂「狀態」，指的是每個帳戶的資金餘額、智能合約的執行記錄以及其他數據的變化。當一筆交易（例如執行智能合約）發生後，EVM 會更新這些數據並同步到全網。
• 保證安全性和決定性
• • 在 EVM 中執行的每一步操作都按照規則記錄，且執行結果是完全決定性的——相同的智能合約代碼，在不同節點執行的結果必須完全一致。
  • 這樣的設計可以防止因網路環境或系統差異導致的結果不一致，保證了整個區塊鏈的可靠性。

EVM 的特點：

• 圖靈完備性
• • EVM 是一個「圖靈完備」的虛擬機，這意味著它可以執行任何可以由代碼描述的邏輯（前提是資源足夠）。
  • 這種能力使得以太坊不僅是一個加密貨幣的支付系統，還可以運行複雜的智能合約和應用程式，支援金融協議、去中心化交易所、NFT 平台等功能。
• 隔離性與安全性
• • EVM 是獨立於實體硬件運行的，這提供了高度的隔離性。換句話說，即便某個智能合約內部出現錯誤或惡意代碼，也不會對以太坊整個系統造成威脅。
  • 例如，當執行智能合約時，所有合約代碼和執行過程都被「沙盒化」（Sandboxed）在 EVM 內部運行，與外部環境完全隔絕。
• 資源限制機制：Gas
• • 為了防止惡意行為者（例如設計一段無限循環代碼）消耗整個網絡的資源，EVM 引入了一個資源使用限制的概念—Gas（手續費）。
  • 每次執行智能合約時，用戶都需要支付 Gas 費用，這保證了 EVM 的資源被公平地使用。

EVM 的運作流程：

• 編譯與部署
• • 開發者撰寫的智能合約以高級程式語言（如 Solidity）編寫後，會被編譯為 Bytecode。
  • 編譯後的 Bytecode 被部署到區塊鏈上，供 EVM 執行。
• 交易觸發執行
  當一筆交易觸發智能合約（例如一個用戶向智能合約地址發送 ETH），節點的 EVM 會解析交易內容並執行相關代碼。
• 更新網絡狀態
  EVM 執行智能合約代碼後，會將運行結果記錄並更新區塊鏈上的全局狀態，例如更新賬戶餘額或智能合約內部數據。

現實世界類比：EVM 是以太坊的引擎與操作系統

• 引擎類比：汽車引擎
  可以把 EVM 想像成汽車的引擎：所有的運算邏輯、交易執行都通過 EVM 完成。如果沒有引擎（EVM），汽車（以太坊）就無法運作。
• 操作系統類比：Android 或 iOS
• • EVM 提供了一個開發環境，讓程式設計師可以在上面創建應用程式（智能合約或 DApps）。
  • 就像開發者通過 Android 或 iOS 平台製作手機應用一樣，EVM 讓開發者以標準化方式構建去中心化應用，並保障執行結果一致。

EVM 的重要性：

• 為以太坊賦能：
  沒有 EVM，智能合約和去中心化應用無法實現，以太坊也就失去了作為「去中心化全球電腦」的核心功能。
• 區塊鏈世界的基石：
  除了以太坊本身外，許多其他區塊鏈（如 Binance Smart Chain 和 Polygon）也採用了與 EVM 兼容的技術，形成一個以 EVM 為基礎的技術生態圈。

技術創新

「以太坊」比「比特幣」具備更大的靈活性，因為它不僅能進行交易，還能執行複雜的程式。以下是其主要技術創新：

1. 智能合約的普及與圖靈完備性

智能合約是以太坊的創新核心，相比比特幣只能執行簡單的付款功能，以太坊的智能合約能執行幾乎所有程式邏輯（這被稱為圖靈完備）。

智能合約是一種寫在區塊鏈上的電腦程式，它像合約一樣有「規則」，又像自動化機器一樣在滿足條件時執行，它主要用來自動完成某些交易或協定，不需要第三方來介入。

可以把它理解成：

一份數位化的、程式控制的「契約」，執行條件寫在代碼裡，一旦符合條件，程式就會自動執行約定好的事情，沒有人能修改或阻止它運行。

現實中的簡單範例

範例1：自動販賣機

• 自動販賣機工作方式：
• 1. 你投入硬幣並選擇商品（例如汽水）。
  2. 如果硬幣金額足夠，販賣機自動吐出汽水。
  3. 如果硬幣不足，販賣機不會出貨，並退回硬幣。

智能合約工作方式：

智能合約就像販賣機的邏輯代碼，預先設定好「條件」和「執行行為」：

• 條件：「如果收到的 ETH 金額大於或等於商品價格」。
• 執行：「把對應的商品（或數據、資產）發送給付款者」。

一旦條件成立，它就自動執行，過程透明，無需人介入或再三確認。

範例2：租房自動支付

假設你用智能合約來處理房租支付：

• 條件：「每月 1 日，檢查租客是否存入 ETH（租金）」。
• 執行：「如果租客支付了租金，則智能合約會自動將金額轉給房東，並記錄在區塊鏈上」。

如果租金沒付，智能合約會根據事先的規則自動執行懲罰，例如通知系統或終止租賃合約。

智能合約與普通程式的區別

智能合約和普通的電腦程式（例如應用程式）雖然都有邏輯規則，但它有幾個關鍵不同：

• 自動性
  智能合約的條件一旦觸發，它會自動執行，無需任何人的批准或干預。
  例如，販賣機不會問任何人能否出汽水，條件滿足它就執行。
• 不可更改性
  一旦智能合約被部署到區塊鏈上，代碼就無法被修改。
  相比之下，手機應用程式是可以隨時更新或修改的。
• 去中心化運行
  智能合約的執行和數據都記錄在區塊鏈上，受到多個節點的共同驗證，具有極高的透明性和安全性。
  而手機應用程式通常由單一公司控制，運行在中央伺服器上。

更簡單的解釋：智能合約的本質是「信任機器」

智能合約幫助使用者在不認識、不信任對方的情況下完成交易或協議。

比起人為管理或仲裁，它透過程式自動執行事先約定好的規則，避免欺詐和糾紛。

可以把它想像成一種「自動運行的公證人」，透明、公平、執行效率高。

2. 權益證明 (Proof of Stake, PoS)

以太坊放棄了傳統的「工作量證明 (Proof of Work, PoW)」，改用更環保的 PoS 機制，讓用戶以質押代幣的方式保證網絡安全，減少能源消耗，且更高效。

現實範例：股權分配模式

傳統 PoW 挖礦需要設備和能源，就像用大量資本堆砌出一家上市公司的經營模式，而 PoS 更像股東制度，用戶憑持有股份（ETH）參與決策並獲得分紅。

3. 支援 Layer 2 技術與分片（Sharding）

詳細請點此：Layer 2 技術和分片（Sharding）

Layer 2 技術（如 Arbitrum）和分片（Sharding）是以太坊提升擴展性和性能的重大創新。Layer 2 能把部分交易放到以太坊主鏈之外處理，分片（Sharding）則將主鏈分割成多個部分，平行處理交易。

現實範例：分拆大型企業

這就像一家公司將不同部門分拆成多個子公司，各自負責不同業務（如營銷、研發、生產），從而提高運營效率。

技術成熟度

以太坊是一個相對成熟的技術平臺，但依然面臨挑戰。它的技術成熟度體現於以下幾個方面：

1. 底層基礎設施的穩定性

以太坊自 2015 年誕生以來，保持了網路的穩定運行，處理過多次重大應用場景和項目運行，如 DeFi 熱潮和 NFT 交易高峰。

2. 開源社群的支持

以太坊是開源項目，全球數以千計的開發者和研究者參與其中，讓它快速修復漏洞、升級技術。

3. 技術瓶頸：高費用與擴展性問題

雖然以太坊擁有創新技術，但依然面臨挑戰，例如當交易量大時，Gas 費（交易手續費）會飆升，對小用戶不友好。此外，它的處理速度（TPS）比不上競爭對手，如 Solana 和 Avalanche。

現實範例：物流網絡的擁堵問題

這就像一個成熟的物流網絡（如 FedEx）在節日期間遭遇配送擁堵，成本和時間大幅增加。以太坊目前透過 Layer 2 技術和升級改善這一問題。

總結：以太坊核心技術

以太坊是一個平衡穩定性與創新的平台，雖然目前面臨費用和擴展性的挑戰，但其底層技術的潛力，讓它擁有無限的可能性。