【干货】手把手教你入门以太坊

以太坊的使命是成为取代传统服务器集群的分布式世界级计算机。 我们可以把它想象成一个全世界都可以使用的、无法停止和关闭的计算设备。 这篇文章是以太坊路线图的初学者指南，从技术上解释了它是如何工作的。

如果以太坊是一台电脑，那么每一次更新都可以看作是一次操作系统（OS）的升级，类似于谷歌的Android系统升级或者苹果的iOS系列，以太坊会分四个阶段发布版本。

在这四个阶段，以太坊会增加新的功能，提高平台的用户友好性和系统安全性，同时也会提高以太坊的可扩展性。

第一阶段，Frontier（2015年7月）：发布以太坊第一版，允许开发者挖以太坊，开发基于以太坊的dAPP和工具软件。

第二阶段，Homestead（2016年3月）：发布第一个生产环境版本，优化完善多项协议，为后续升级打下基础，加快交易速度。

第三阶段，Metropolis（2017年10月）：第三阶段分为两个版本，命名为拜占庭（2017年10月）和君士坦丁堡（时间待定，预计2018年），将使以太坊更轻、更快、更安全。

第 4 阶段，Serenity（时间待定）：该版本将使用期待已久的权益证明（PoS），它将使用 Casper 共识算法。

所有这些更新都将帮助以太坊实现更大的规模，这也意味着更快的交易速度和更低的费用。 正如我们所见，以太坊团队在扩展交易方面做得非常出色。

当前阶段：大都会

Metropolis 的目标是实现更轻、更快、更安全的以太坊版本，这也将为智能合约开发者提供更大的灵活性。

大都会将分为两个核心版本：拜占庭和君士坦丁堡。 第一次拜占庭硬分叉发生在 10 月，第二次君士坦丁堡硬分叉尚未确定日期，但预计在 2018 年。

每个阶段由一系列以太坊改进提案（简称 EIP）组成。 拜占庭共有九个 EIP，以提高网络的隐私性、可扩展性和安全性。 这些更新将导致更快的以太坊区块和更低的交易费用。

以下是 Metropolis 的一些主要更新：

隐私——实现匿名交易 (zk-SNARKs) 开发者编程更简单，gas 费用可预测 提高钱包安全性（账户抽象） 增加挖矿难度

隐私

在 Metropolis 版本中，开发人员将获得一个新的隐私工具——在链上有效验证 zk-SNARKs 的能力。 zk-SNARKs 是“非交互式零知识证明”的首字母缩写词。

简而言之，零知识证明是一种证据，可以证明陈述的真实性，而不会透露超出其意图证明的其他信息。

这是一个简单的例子。 我需要向约翰证明我知道特定手机的密码。 为了证明这一点，我需要做的是解锁手机，而不是泄露我输入的密码。

零知识证明是证明者（我）说服一个验证者（约翰）他们可以在不暴露真实知识内容的情况下证明自己拥有一定的知识。 在此示例中，我可以在手机中输入密码，它会显示手机已解锁，而不会显示我输入的任何密码。

那么这将如何影响以太坊的发展呢？ 某些联系人变量可以是私有的。 我们不是将这些秘密存储在区块链中，而是将这些信息存储在用户身上。 交易中可以隐藏发件人、收件人、金额和数据等信息。

除了 zkSnarks（用于 zCash）之外，以太坊还使用环签名（用于 Monero 的隐私方案）。 以太坊将利用两者各自的优势。

帐户抽象

在软件工程中，抽象是一种很好的方式，可以让程序员在不忽略不重要的细节的情况下考虑一定程度的复杂性。 开发人员使用抽象让最终用户专注于高级概念并忽略不必要的细节。

这将使用户能够更好地控制他们的私钥，同时也增加了智能合约支付挖矿费用的能力。 抽象化还将降低被黑客使用量子计算攻击的风险。

增加挖矿难度

挖矿难度升级是以太坊逐渐从工作量证明 (PoW) 转向权益证明 (PoS) 过程的开始。 这将使矿工更难挖矿，并且在未来从矿工 PoW 转向基于验证器的 PoS 系统时，挖矿的利润也会降低。 此外，每个区块的 ETH 数量将从 5 个减少到 3 个。

最后阶段：宁静

这是以太坊路线图的最后阶段，将把以太坊网络从工作量证明过渡到权益证明以太坊的交易可以看成是，Serenity 的愿望是使以太坊网络成为真正的主流区块链。

工作量证明 (PoW)

大多数区块链都在“工作证明”上运行，这意味着矿工可以通过解密密码问题来挖掘新区块。 随着时间的推移，这些谜题变得越来越难，需要大量的能量和计算能力。

“工作量证明”的问题在于它让算力越来越中心化，这意味着一些矿业公司控制了比特币的算力。 截至目前，71% 的哈希算力由五个矿池控制。

随着密码谜题变得更具挑战性，它需要更多的硬件和能源，这也非常昂贵。 这使得任何人都很难挖矿，进一步将算力集中到少数矿池中。

为什么这样不好？ 因为如果这五个矿池达成共识，就可以发起51%的攻击。 攻击者将能够阻止确认新交易，从而使他们能够停止用户之间的支付。 这种情况甚至可以使比特币现金 (BCH) 等不同的区块链合法化。

股权证明（PoS）

以太坊解决这个问题的方法是转向“权益证明”。 这意味着验证者（而不是矿工）将不得不抵押以太币，然后通过抵押来“验证”区块。 如果块被准确添加，您将获得与您的股份成比例的奖励。 但如果您押错了方块，您的赌注将被取消。

Proof-of-Stake 也有助于解决 Proof-of-Work 的一些问题，它有助于实现去中心化，提高能源效率，并帮助以太坊扩展。

卡斯帕

这是以太坊“权益证明”协议的名称，Casper 有两个版本。 一个由走在以太坊开发前沿的 Vlad Zamfir 领导，另一个叫做 FFG（friendly finality gadget），由 V 神（Vitalik Buterin）领导。

同样，持币人会将自己的押注币锁定在一个特殊的钱包中，这些持币人每年都会获得以太份额作为奖励。 因此，您投注的 ETH 越多，您最终获得的红利就越大。

无论在 PoS 设置中发生什么，你总是赚到的，不应该有损失。 除非你恶意验证错误的区块，否则你将失去你所投注的所有以太币。

Casper逐渐实现了“持有证明”的共识，从而有效防止了51%攻击的发生。 临时和持续的 51% 攻击对以太坊的未来有着至关重要的影响，而 Casper 将进一步巩固以太坊的这一特性。

以太坊如何扩容

Casper 将为以太坊的扩展及其逐渐成为主流铺平道路。 为了扩展以太坊，它需要能够处理大量交易。 否则，随着成本的飙升，交易将需要更长的时间。

以太坊的创始人 Vitalik 最近提出了一项计划，通过分片帮助扩展以太坊。 分片允许并行生成块，而不是按事务的线性顺序生成。

我们可以将这个想法比作从朋友那里下载一首歌和使用 BitTorrent 从成千上万的人那里下载同一个文件之间的区别。 下图是 MongoDB 中分片的一个例子。

MongoDB 中的分片

分片也是区块链数据分解的过程，每个节点只需要关注区块链的一小部分。 这将使以太坊每秒处理数千笔交易，但如果所有交易都在同一条链上处理，则可能需要很长时间。

比特币每秒处理约 7 笔交易以太坊每秒处理约 15 笔交易贝宝每秒处理约 200 笔交易维萨每秒处理约 200 笔交易，但理论上限可以达到每秒 56,000 笔交易。

如您所见，比特币和以太坊在超越 Visa 目前惊人的交易量之前还有很长的路要走。 （还有一家名为 Hashgraph 的新公司以太坊的交易可以看成是，声称它每秒可以处理 25 万笔交易！）

等离子体

与比特币类似，虽然以太坊缩短了交易时间，但智能合约费用却持续攀升，尤其是在 ICO 期间。 Plasma 是修复以太坊扩容问题的更新。 这是闪电网络的 Vitalik 和 Joseph Poon 之间的合作。

据V神介绍，以太坊需要解决四个主要问题才能迈向更高的层次：隐私、共识安全、智能合约安全和解决最大的挑战——可扩展性。

以太坊仍然是一项新兴技术，但很有希望真正成为主流。 如果以太坊能够实现多年来的愿景和抱负，将奠定区块链生态的基础和支柱！