以太坊白皮书
以太坊白皮书
当中本聪在2009年1月启动比特币区块链时，他同时向世界引入了两种未经测试的革命性的新概念。第一种就是比特币（bitcoin），一种去中心化的点对点的网上货币，在没有任何资产担保、内在价值或者中心发行者的情况下维持着价值。到目前为止，比特币已经吸引了大量的公众注意力, 就政治方面而言，它是一种没有中央银行的货币，并且有着剧烈的价格波动。
然而，中本聪的伟大试验还有与比特币同等重要的一部分：基于工作量证明的区块链概念使得人们可以就交易顺序达成共识。作为应用的比特币可以被描述为一个先申请（first-to-file）系统：如果某人有50BTC并且同时向A和B发送这50BTC，只有被首先确认的交易才会生效。没有固有方法可以决定两笔交易哪一笔先到，这个问题阻碍了去中心化的发展许多年。中本聪的区块链是第一个可靠的去中心化解决办法。现在，开发者们的注意力开始迅速地转向比特币技术的第二部分，区块链怎样应用于货币以外的领域。
常被提及的应用，包括使用链上数字资产来代表定制货币和金融工具（彩币），某种基础物理设备的所有权（智能资产），如域名一样的没有可替代性的资产（域名币）以及如去中心化交易所，金融衍生品，点到点赌博和链上身份和信誉系统等更高级的应用。
另一个常被问询的重要领域是“智能合约”- 根据事先任意制订的规则来自动转移
数字资产的系统。例如，一个人可能有一个存储合约，形式为“A可以每天最多
提现X个币，B每天最多Y个，A和B一起可以随意提取，A可以停掉B的提
现权”。这种合约的符合逻辑的扩展就是去中心化自治组织（DAOs）-长期的包
含一个组织的资产并把组织的规则编码的智能合约。以太坊的目标就是提供一个带有内置的成熟的图灵完备语言的区块链，用这种语言可以创建合约来编码任意状态转换功能，用户只要简单地用几行代码来实现逻辑，就能够创建以上提及的所有系统以及许多我们还想象不到的的其它系统。
目录
比特币如何挖矿历史
去中心化的概念，正如财产登记这样的替代应用一样，早在几十年以前就被提出来了。1980和1990年代的匿名电子现金协议，大部分是以乔姆盲签技术（Chaumian blinding）为基础的。这些电子现金协议提供具有高度隐私性
的货币，但是这些协议都没有流行起来，因为它们都依赖于一个中心化的中介机构。1998年，戴伟（Wei Dai）的b-money首次引入了通过解决计算难题和去
中心化共识创造货币的思想，但是该建议并未给出如何实现去中心化共识的具体方法。2005年，芬尼（Hal Finney）引入了“可重复使用的工作量证明机制”（reusable proofs of work）概念，它同时使用b-money的思想和Adam Back
提出的计算困难的哈希现金（Hashcash）难题来创造密码学货币。但是，这种
概念再次迷失于理想化，因为它依赖于可信任的计算作为后端。
因为货币是一个先申请应用，交易的顺序至关重要，所以去中心化的货币需要到实现去中心化共识的方法。比特币以前的所有电子货币协议所遇到的主要障碍是，尽管对如何创建安全的拜占庭问题容错（Byzantine-fault-tolerant）多方共
识系统的研究已经历时多年，但是上述协议只解决了问题的一半。这些协议假设系统的所有参与者是已知的，并产生如“如果有N方参与到系统中，那么系统可以容忍N/4的恶意参与者”这样形式的安全边界。然而这个假设的问题在于，在
匿名的情况下，系统设置的安全边界容易遭受女巫攻击，因为一个攻击者可以在一台服务器或者僵尸网络上创建数以千计的节点，从而单方面确保拥有多数份额。
中本聪的创新是引入这样一个理念：将一个非常简单的基于节点的去中心化共识协议与工作量证明机制结合在一起。节点通过工作量证明机制获得参与到系统的权利，每十分钟将交易打包到“区块”中，从而创建出不断增长的区块链。拥有大量算力的节点有更大的影响力，但获得比整个网络更多的算力比创建一百万个节点困难得多。尽管比特币区块链模型非常简陋，但是实践证明它已经足够好用了，在未来五年，它将成为全世界两百个以上的货币和协议的基石。
作为状态转换系统的比特币
从技术角度讲，比特币账本可以被认为是一个状态转换系统，该系统包括所有现存的比特币所有权状态和“状态转换函数”。状态转换函数以当前状态和交易为输入，输出新的状态。例如，在标准的银行系统中，状态就是一个资产负债表，一个从A账户向B账户转账X美元的请求是一笔交易，状态转换函数将从A账户中减去X美元，向B账户增加X美元。如果A账户的余额小于X美元，状态转换函数就会返回错误提示。所以我们可以如下定义状态转换函数：
在上面提到的银行系统中，状态转换函数如下：
但是：
比特币系统的“状态”是所有已经被挖出的、没有花费的比特币（技术上称为“未花费的交易输出，unspent transaction outputs 或UTXO”）的集合。每个UTXO 都有一个面值和所有者（由20个字节的本质上是密码学公钥的地址所定义[1]）。
一笔交易包括一个或多个输入和一个或多个输出。每个输入包含一个对现有UTXO的引用和由与所有者地址相对应的私钥创建的密码学签名。每个输出包含一个新的加入到状态中的UTXO。
在比特币系统中，状态转换函数APPLY(S,TX)->S’大体上可以如下定义：
1.交易的每个输入：
- 如果引用的UTXO不存在于现在的状态中（S），返回错误提示
- 如果签名与UTXO所有者的签名不一致，返回错误提示
1.如果所有的UTXO输入面值总额小于所有的UTXO输出面值总额，返回错误提
示
2.返回新状态S’，新状态S’中移除了所有的输入UTXO，增加了所有的输出UTXO。
第一步的第一部分防止交易的发送者花费不存在的比特币，第二部分防止交易的发送者花费其他人的比特币。第二步确保价值守恒。比特币的支付协议如下。假
设Alice想给Bob发送11.7BTC。事实上，Alice不可能正好有11.7BTC。假设，她能得到的最小数额比特币的方式是：6+4+2=12。所以，她可以创建一笔有3个输入，2个输出的交易。第一个输出的面值是11.7BTC，所有者是Bob（Bob 的比特币地址），第二个输出的面值是0.3BTC，所有者是Alice自己，也就是零。
挖矿
如果我们拥有可信任的中心化服务机构，状态转换系统可以很容易地实现，可以简单地将上述功能准确编码。然而，我们想把比特币系统建成为去中心化的货币系统，为了确保每个人都同意交易的顺序，我们需要将状态转换系统与一个共识系统结合起来。比特币的去中心化共识进程要求网络中的节点不断尝试将交易打包成“区块”。网络被设计为大约每十分钟产生一个区块，每个区块包含一个时间戳、一个随机数、一个对上一个区块的引用（即哈希）和上一区块生成以来发生的所有交易列表。这样随着时间流逝就创建出了一个持续增长的区块链，它不断地更新，从而能够代表比特币账本的最新状态。
依照这个范式，检查一个区块是否有效的算法如下：
1.检查区块引用的上一个区块是否存在且有效。
2.检查区块的时间戳是否晚于以前的区块的时间戳，而且早于未来2小时[2]。

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