Ethereum¶
以太坊由俄裔加拿大程序员Vitalik Buterin（维塔利克·布特林，俗称V神，94年）与 Gavin Wood（英国人，计算机科学家，80年） 等人联合发起
V神写了以太坊的白皮书
Gavin Wood 写了以太坊的黄皮书（中文版），是以太坊基金的第一位CTO，提出并参与开发了EVM的编程语言Solidity，2016年离开以太坊基金，后来还开发了用Rust编写的以太坊客户端Parity，后又联合创办了另一个底层公链Polkadot，并为其写了白皮书。
以太坊的编程语言与Bitcoin的Script不同，使用了图灵完备的Solidity，称之为智能合约，引发了公链生态，虽然他自己一开始也并没有想到
智能合约的概念是由Nick Szabo（尼克·萨博）于1997年提出的
节点¶
以太坊是一个由分布式节点构成的去中心化计算机网络，节点实时分布图
节点分类
- Full node(全节点)：存储完整的区块链数据，通常用于挖矿
- Light node(轻节点)：只存储区块头，目前以太坊还不支持大量的轻节点，对应的客户端也几乎没有
- Archive node(存档节点)：通常用于区块链浏览器和钱包服务等
- Simulated node(模拟节点)：用于本地开发测试
客户端是节点的一种实现，以太坊升级前(Eth1.0)只需要运行一个执行客户端(execution clients)，其中Go语言编写的Geth是最早也是使用最多的客户端
升级后(Eth2.0)需要再运行一个共识客户端(consensus clients)
升级后交互示意图
区块¶
- https://ethos.dev/beacon-chain
- https://stonecoldpat.substack.com/p/how-proof-of-stake-ethereum-works
The Beacon Chain Ethereum 2.0 采用了 PoS 共识机制，向存储合约质押(Staking) 32 个 $ETH 成为 Validators(验证节点，验证者)
Validators 参与出块获得奖励或惩罚(Staking Rewards and Penalties)会影响质押的$ETH数量变化，当小于 16 $ETH 时将会被取消资格
Lido 是基于Ethereum 2.0 Beacon Chain 上建造的Dapp，用户不需要锁定ETH，也不需要达到32ETH的这一巨额门槛即可参与质押挖矿，并且用户将ETH质押到 Lido 合约中会获得等量的
$stETH，可用于交易、Swap、借贷等DeFi
比特币主要用于支付，需要更多的安全确认，所以限制平均10min出一个块，而以太坊则是执行智能合约为主，支付功能并不是以太坊的主要功能，所以在以太坊中，平均每12秒出一个块
12s 称为一个时间间隙(time slot)，32 个 slot 称作一个纪元(epoch)
- 1 slot = 12 s
- 1 epoch = 32 slot = 384 s (6 min 24 s)
每个 epoch 会有 32 个 Validators 参与权益证明(PoS)协议，这些节点组成一个验证者委员会，出于安全目的，Validators 在每个 epoch 开始时通过混洗协议(swap-or-not)被重新随机分配到委员会中，委员会中还有一个额外的角色叫做聚合者（自愿）
每个 slot 会产生一个新的区块
- 前4s：通过伪随机协议(RANDAO)分配一个验证者(Validators)作为区块提议者(Proposer)向委员会提议一个区块
- 中4s：其它委员会节点作为见证者(Attester)检查区块并进行FFG投票
- 后4s：FFG投票由聚合者节点聚合，进行LMD GHOST投票，广播给下一个 slot 的 Proposer
如果轮到某个 Validators 提议区块时但刚好不在线，则 slot 可能为空
虽然每个节点在一个 epoch 只能投一票，但不同节点质押的$ETH余额不同，所以投票的权重不同，若有冲突区块会导致链分叉，则累积质押$ETH最多的链被称之为规范链(canonical chain)
区块状态¶
https://info.etherscan.com/epoch-in-ethereum/
Unfinalized尚未被 Validators 构建和验证的区块，可能会被重组Unfinalized(Safe)已被2/3的 Validators 验证的区块，重组可能性较小Finalized已由 Validators 完全验证的区块，不太可能被重组
区块内容¶
https://ethereum.org/zh/developers/docs/blocks/
slot：区块所属的时隙
proposer_index：提出区块的 Validators 的 ID
parent_root：前一个区块的哈希
state_root：状态对象的根哈希
body：包含一些字段的对象，定义如下
randao_reveal：用于选择下一个区块提议者的值
eth1_data：有关存款合约的信息
graffiti：用于标记区块的任意数据
proposer_slashings：将要受到惩罚的验证者的列表
attester_slashings：将要受到惩罚的验证者的列表
attestations：支持当前区块的认证列表
aggregation_bits：参与此认证的验证者列表
signature：所有证明验证者的聚合签名
data：具有多个子字段的容器
slot：认证涉及的时隙
index：证明验证者的索引
beacon_block_root：包含此对象的信标链区块的根哈希
source：上一个合理的检查点
target：最新的时段边界区块
deposits：存入存款合约中的新存款的列表
voluntary_exits：将要退出网络的验证者的列表
sync_aggregate：用于服务轻客户端的验证者子集
execution_payload：由执行客户端传送的交易
parent_hash：父块的哈希
fee_recipient：接收交易费的帐户地址
state_root：应用此区块中的变化后全局状态的根哈希
receipts_root：交易收据树的哈希
logs_bloom：包含事件日志的数据结构
prev_randao：随机选择验证者时使用的值
block_number：当前区块的编号
gas_limit：此区块允许使用的最大燃料量
gas_used：此区块实际使用的燃料量
timestamp：出块时间
extra_data：作为原始字节的任意附加数据
base_fee_per_gas：基础费的值
block_hash：执行区块的哈希
transactions：要执行交易的列表
区块奖励¶
区块奖励通常包含：Static Block Reward + Priority Fees
old: 每210,000个区块 Static Block Reward 减半一次，最初为 5 $ETH
new: eth2.0 staking rewards
除了基本的奖励之外，Validators 能够从他们生产的区块内重新排序交易中获得额外的收益，这部分收益称之为 MEV(Maximal Extractable Value)
https://info.etherscan.com/exploring-the-world-of-mev/
单位¶
计算机处理浮点数通常会有误差，所以一般涉及到金钱相关的会缩小单位，比如1角应该存储为10分，而不是0.1元
以太坊中常用单位：1 Ether = 10^9 Gwei = 10^18 wei
在线单位换算工具：https://eth-converter.com/
- wei 是以太坊中的最小单位（以b-money的发明者 Wei Dai 命名），常用于开发中
- Gwei 主要用于表示 Gas Fees
交易¶
https://info.etherscan.com/understanding-an-ethereum-transaction/
交易一般可分为
- 正常交易：充值、提现、转账等等
- 内部交易：合约间调用
- 代币转移：ERC20 或 ERC721 等 Token Txns
Gas Fees¶
所有会改变智能合约状态的操作都会消耗 Gas，一笔交易可能包含各种操作，不同操作消耗不同，所以不同种类的交易消耗的 Gas 也不同，Gas 的基本单位为 Gwei
在 EIP-1599 之前，即传统方式(Legacy)，Gas Fees = Fees * Gas Limit，其中 Fees 的多少取决于用户愿意支付多少，但矿工会选择多的优先打包，因此产生竞价，波动较大，且难以预估
EIP-1599之后，即 2021.8 伦敦升级后的新方式，将 Fees 改为 Base Fee + Priority Fee
其中 Priority Fee 是给矿工的小费，可以设置一个最大值，矿工会优先打包小费高的
而 Base Fee 是由当前网络拥堵程度动态决定的，一个区块的最大容量为 25M 个 Gas，如果当前区块容量大于50%，即大于12.5M，则下一个区块的 Base Fee 价格上调 12.5%，反之下调
Base Fee 最终会被燃烧掉(Burnt)，在交易中需要设置 Max Fee，剩余的(Savings Fees)会退还回来：Max Fee - Max Priority Fee - Base Fee
之所以叫 Savings Fees 大概是因为传统方式时的 Fees 用于合约操作剩下的都会被当作矿工小费，不会退还
Gas Limit 用于限制 Gas 的最高消耗量，最低为 21000
Transaction_Fee = (Base + Max_Priority) * Usage_by_Txn = Gas_Price * Usage_by_Txn
Burnt = Base * Usage_by_Txn
Gas Price 预估
