解读以太坊黄皮书(一)

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各位好久不见!很久没有发文了。不知道大家有没有看过我最近更新的一篇文章,最近我加入了 ConsenSys ,成为了一名区块链协议工程师。

我在区块链领域还是个门外汉,过去的几周里恶补了很多知识。不过面对这一挑战,我兴奋不已,而且乐在其中。

我前段时间开始读以太坊的白皮书和黄皮书的时候萌生了写作的灵感。最近大概发生了以下几件事:

以太坊白皮书点燃了我对这个项目的学习热情;对以太坊进行了很多研究(博客帖子、文章、教程等等);开始阅读以太坊黄皮书,发现自己啥都不懂;心态崩了,被自己蠢哭了!

经过了几天的抓狂之后,我又跟其他人聊了下,发现不少人也是如此。我撰写本文的目的是:在阅读以太坊黄皮书的过程中对其进行梳理,尝试简化一些概念,并针对以太坊协议的主要部分来创建一个思维模型。

接下来就进入正题!

引言

(这是最简单的部分!别掉以轻心!)

在这一节中,作者介绍了以太坊项目的目标和驱动因素,并且引用了很多前人的大作。

重点:

以太坊想要创建一个新的去中心化计算机,每个人都可以参与进来,并使用它。

区块链范式

“可以将以太坊 [...] 看作是一个基于交易的状态机。”

我是计算机科学专业的。我还记得我学过的关于计算机系统架构的知识。从本质上来说,计算机一词最简单的定义大概是:

“能够获得输入、进行某种处理、存储数据,并给出一个输出的东西。”

(如果你觉得这个定义过于简单的话,可以了解一下 冯·诺伊曼的计算机架构。)

简单来说,在以太坊模型中,交易和智能合约的执行会改变节点的状态;可以把以太坊想象成一台计算机。因此,如果你将这个逻辑复制到分布于点对点网络中的其他节点上,并找到一种方法来让这些节点就操作的执行顺序和正确状态达成共识,最后就能得到一个去中心化的计算机,其中节点使用交易(输入)来执行计算(处理),存储其结果(输出),以便之后查询(输出)。

公式 1 是从状态转换顺序的角度对“以太坊计算机”下的数学定义 。我们来看一下:

这个公式表明,交易(输入)会影响(处理)当前的世界状态(存储),最后得到一个新的世界状态(存储/输出)。

另一种思路就是将以太坊看作是状态转换机。在这个模型中,交易 T

T 就是当前状态 $σt和下一个状态

和下一个状态σt+_1$ 之间的弧线。

(在之后的文章中,我们会更详细地讲解以太坊的世界状态。如果你想了解更多的话,可以看一下 Timothy McCallum 写的这篇博客文章。)

拓展模型

在以太坊上,交易都是打包成区块(数据块)的。这些区块相互链接起来,形成了一条区块链。将新的区块添加到链上的过程被称为 挖矿 。其中一个很重要的知识点是,节点必需提供计算机和电力才能生成区块。因此,我们需要通过某个机制来激励人们参与进来。每当有一个节点创建了一个新的区块,相关参与者就能得到奖励。

因此,我们可以将上文的以太坊范式扩展到区块和奖励上。这就是公式 2、3、4 的由来。我们来看一下:

综上所述,这 4 个公式阐明了区块链的运作方式。节点挖出一个区块之后,该区块内的交易会(按顺序)执行,改变当前的世界状态。挖出该区块的节点会得到奖励。

我知道这看上去很复杂。我第一遍读的时候也是什么没看懂。不过放轻松点,难的还在后面呢... :)

这一节的最后,作者还着重介绍了一下区块奖励。以太坊有自己的原生货币(以太币),以太币会作为出块奖励发放给挖矿节点。以太币可以拆分成很小的单位,如下表所示:

结语

恭喜你!读到这里,你就学完黄皮书的前两页内容了!

我希望这篇文章能帮助你理解黄皮书的内容。我读不惯学术论文,感觉根本看不懂。不过多读多研究还是有用的。如果本文对你有帮助的话,请告诉我,我会超级开心的!

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