假設你設定 Gas Limit 為 150 000,Gas Price 為 100 Gwei,總費用就是 0.015 ETH。如果實際消耗 120 000 Gas,剩餘 30 000 Gas × 100 Gwei = 0.003 ETH 會退還給你。
以太坊概覽
約 4867 字大约 16 分鐘
2025-06-11
以太坊(Ethereum)被稱為“區塊鏈 2.0”,它不僅是一種加密貨幣(以太幣 ETH),更是一臺支援智能合約的“全球共享計算機”。透過程式碼自動執行規則,開發者可以在區塊鏈上構建去中心化金融(DeFi)、數字藝術品(NFT)和去中心化自治組織(DAO)等創新應用,無需依賴銀行或中心化平臺。2022 年完成從“挖礦”(PoW)到更環保的“權益證明”(PoS)的升級(The Merge),並藉助分片和 Layer 2 技術提升效率與擴充套件性。以太坊不僅是技術協議,更承載著去中心化的文化理念——用程式碼和社群協作重塑信任與價值分配,成為 Web3 時代的數字基礎設施。
一. 以太坊的介紹
以太坊(Ethereum)是一個開源的去中心化區塊鏈平臺,透過其原生加密貨幣以太幣(Ether,簡稱 ETH)提供去中心化的以太虛擬機器(EVM)來處理點對點合約。它由程式設計師 維塔利克·布特林(Vitalik Buterin) 於 2013-2014 年間提出,目標是構建“下一代加密貨幣與去中心化應用平臺”。2014 年,以太坊正式啟動,成為繼比特幣之後最重要的區塊鏈專案之一。
以太坊的核心創新在於 智能合約(Smart Contracts) 。智能合約是儲存在區塊鏈上的可執行程式碼,能夠在滿足預設條件時自動執行操作,無需人工干預。這一特性使得以太坊不僅是數字貨幣的載體,更是構建去中心化應用(Dapps)、去中心化金融(DeFi)、非同質化代幣(NFT)等生態系統的基礎設施。截至 2025 年,以太幣(ETH)仍是全球市值排名第二的加密貨幣,僅次於比特幣。自 The Merge 後,ETH 呈現輕微通縮趨勢,年通脹率約為 0.2%-0.8%。
以太坊的定位是“區塊鏈 2.0”的代表。如果說比特幣是區塊鏈 1.0 的象徵(專注於貨幣屬性),那麼以太坊則透過智能合約和可程式設計性,推動區塊鏈技術向更廣泛的應用場景拓展。其目標是成為全球範圍內的“世界計算機” ,為開發者提供構建複雜應用的工具和環境。

以太幣(ETH)是以太坊的原生代幣
在以太坊上進行的任何操作或交易,都需要使用以太幣(ETH)來支付相關費用。
由於區塊鏈是去中心化的,因此在區塊鏈上的操作都需要支付手續費給網路服務提供商。這個手續費通常稱為燃料費(Gas Fee),正如你開車到達目的地時需要消耗汽油一樣。
二、Ethereum 與 Bitcoin 的差異
儘管以太坊和比特幣均基於區塊鏈技術,但兩者的設計目標、功能和技術路線存在顯著差異:
| 維度 | 比特幣(Bitcoin) | 以太坊(Ethereum) |
|---|---|---|
| 目標與定位 | 去中心化的數字貨幣,強調安全、穩定和稀缺性(總量 2100 萬枚) | 去中心化平臺,支援智能合約和 Dapps,定位為“區塊鏈 2.0” |
| 程式設計能力 | 指令碼語言有限,僅支援簡單的交易驗證邏輯 | 圖靈完備的程式語言(如 Solidity),可開發複雜智能合約 |
| 共識機制 | 工作量證明(PoW),礦工透過算力競爭記賬權 | 從 PoW 轉向權益證明(PoS),透過 The Merge 實現能源效率最佳化 |
| 交易速度 | 每 10 分鐘生成一個區塊,交易確認較慢 | 區塊時間約 12 秒,交易確認更快,適合高頻應用 |
| 經濟模型 | 總量固定,強調抗通脹屬性 | 供應靈活,透過 EIP-1559 等機制可能呈現通縮趨勢 |
以太坊的靈活性使其能夠支援更多應用場景,例如 DeFi(借貸、交易)、NFT(數字藝術品)、DAO(去中心化自治組織)等,而比特幣則更專注於作為“數字黃金”儲存價值。
三. 以太坊的定位與演進
以太坊是一個基於區塊鏈的 去中心化計算平臺 ,它的目標是成為“全球計算機”,讓任何人無需依賴第三方即可進行交易、管理資料或執行應用。為了實現這一目標,以太坊經歷了多次重大升級,其中最關鍵的是從 工作量證明(PoW)轉向權益證明(PoS) ,以及被稱為 The Merge(合併) 的里程碑事件。
1. 以太坊 1.0(PoW 階段)
以太坊最初像比特幣一樣,使用 PoW(工作量證明) 機制來維護網路安全。簡單來說:
- 礦工透過計算機算力“挖礦”,爭奪打包交易的權利。
- 礦工需要消耗大量電力資源,競爭激烈。
- 成功打包區塊的礦工會獲得新生成的 ETH 獎勵。
問題:
- 能耗高:全球以太坊礦工的電力消耗相當於一個小國家的用電量。
- 擴充套件性差:每秒只能處理約 30 筆交易(TPS),速度慢、費用高。
為了解決這些問題,以太坊啟動了多次升級(如 Homestead、Metropolis),逐步最佳化網路效能和安全性,但核心的 PoW 機制仍未改變。
2. 以太坊 2.0 與 The Merge:從雙鏈並行到完美合併
The Merge 完整故事:
2020 年 12 月:信標鏈啟動
以太坊團隊首先建立了一條全新的信標鏈(Beacon Chain),專門執行 PoS 共識機制。此時:
- 以太坊主網繼續使用 PoW 挖礦
- 信標鏈獨立執行 PoS 驗證
- 兩條鏈並行存在,互不干擾
2022 年 9 月:歷史性合併
2022 年 9 月 15 日,The Merge 發生:
- 以太坊主網“關閉”了 PoW 挖礦引擎
- 將共識機制“插接”到信標鏈的 PoS 系統
- 從此,以太坊主網由信標鏈保護安全
合併後的新架構
現在的以太坊實際上是兩層結構:
- 執行層:處理交易、智能合約(原主網)
- 共識層:管理驗證者、確定區塊順序(信標鏈)
PoS 機制詳解
驗證者如何工作:
- 准入門檻:質押 32 ETH 成為驗證者
- 工作方式:系統隨機選擇驗證者來提議和驗證區塊
- 獎勵機制:驗證者獲得新發行的 ETH + 交易費用
- 懲罰機制:作惡者質押的 ETH 被銷燬(Slashing)
相比 PoW 的優勢:
- 能耗降低 99.95%:無需大量電力和硬體
- 經濟安全性:攻擊成本約需控制全網 67% 的質押 ETH(價值數百億美元)
- 最終確定性:區塊確認更快、更可靠
3. 未來升級路線圖
The Merge 只是起點,以太坊的“進化”還在繼續!接下來的升級目標是:讓更多人用得起、用得快、用得安全。以下是重點方向:
分片技術演進——從執行分片到資料分片
原計劃 vs 新策略:
- 原計劃:將以太坊分成 64 條分片鏈,每條獨立處理交易
- 策略調整:專注於資料分片,配合 Layer 2 實現擴容
當前方案:
- 資料可用性分片:為 Rollup 提供更多、更便宜的資料儲存空間
- 配合 Layer 2:主網專注安全和資料可用性,Layer 2 負責大量交易處理
- EIP-4844 先行:透過 Blob 交易為分片技術做準備
預期效果:
- Layer 2 成本進一步降低 90%+
- 以太坊主網專注於做“結算層”和“資料可用性層”
時間表:全面分片預計 2025-2026 年 啟動,重點是 Proto-Danksharding
EIP-4844(Cancun 升級)——“省錢神器”
Layer 2 工作原理簡述:
- Layer 2 在鏈下批次處理大量交易
- 定期將交易資料“打包”提交到以太坊主網
- 主網驗證資料正確性,提供最終安全保障
EIP-4844 的突破:
- 問題:以前 L2 提交資料需要使用常規交易,成本高昂
- 解決方案:引入專門的“Blob 交易”型別,資料儲存成本大幅降低
- 技術細節:Blob 資料會在一定時間後自動刪除,不會永久佔用主網儲存
實際效果:
- L2 交易費用降低 70% - 90%
- Arbitrum、Optimism 等主流 L2 費用降至幾美分
- 狀態:已於 2024 年 3 月 13 日上線主網,執行穩定
ZK-Rollup 技術——“批次驗證,一步到位”
ZK-Rollup 簡單理解:
- 想象你是老師,需要檢查 1000 份作業
- 普通方法:一份份檢查(慢且耗時)
- ZK 方法:學生提交一個“證明”,證明所有作業都做對了
技術原理:
- 批次處理:在鏈下一次性處理數百筆交易
- 零知識證明:生成一個簡潔的“正確性證明”
- 主網驗證:以太坊只需驗證這個證明,無需重新執行所有交易
優勢:
- 速度快:主網只需驗證一個證明而非數百筆交易
- 成本低:多筆交易分攤驗證成本
- 安全性高:繼承以太坊主網的安全性
代表專案:zkSync Era、Polygon zkEVM、Scroll
其他重要升級方向
- EIP-1559 成果:已實現基礎費用機制,但 Gas 費仍受網路擁堵影響較大
- Verkle 樹技術:最佳化狀態儲存結構,減少節點同步所需的資料量
- 執行環境最佳化:提升 EVM 效能,支援更復雜的智能合約應用
以太坊升級里程碑
- The Merge(2022 年完成):從高能耗 PoW → 低能耗 PoS
- EIP-4844(2024 年完成):讓 L2 更便宜,普通人用得起
- 資料分片(2025-2026 年):進一步降低 L2 成本,提升整體擴充套件性

四、以太坊生態概覽:L1、L2、Sidechains 等
以太坊的生態系統由多層架構組成,包括 L1(主網)、L2(二層擴充套件解決方案)、側鏈(Sidechains) 等,共同支援高吞吐量和低費用的交易處理。
- Layer 1(L1)
- 以太坊主網:核心區塊鏈,負責最終安全性與共識。
- EVM:以太坊虛擬機器,執行智能合約程式碼。
- 賬戶系統:外部賬戶(EOA)與合約賬戶(CA)共同構成網路基礎。
- Layer 2(L2)
- Rollup:透過將交易批次處理後提交至 L1,降低 Gas 費。
- Optimistic Rollup:假設交易合法,僅在爭議時驗證。
- ZK Rollup:透過零知識證明驗證交易,無需鏈上爭議。
- Rollup:透過將交易批次處理後提交至 L1,降低 Gas 費。
- 側鏈(Sidechains):獨立執行的鏈,透過橋接與主網互動。
- 以太坊生態分層架構
以太坊生態可以分為以下幾個層次:
1. 應用層(Application Layer)
使用者直接互動的應用和介面:
- DeFi 應用:Uniswap(去中心化交易所)、Aave(借貸協議)、Compound(借貸協議)
- NFT 平臺:OpenSea、Foundation、SuperRare
- 錢包應用:MetaMask、Coinbase Wallet、Rainbow
- DAO 工具:Snapshot、Aragon、Colony
2. 協議層(Protocol Layer)
以太坊的核心基礎設施:
- 共識層客戶端:Prysm、Lighthouse、Nimbus、Teku
- 執行層客戶端:Geth、Nethermind、Erigon、Besu
- 核心協議:EVM、狀態管理、Gas 機制
3. 擴充套件層(Scaling Layer)
提升效能和降低成本的解決方案:
- Layer 2 Rollups:Arbitrum、Optimism、Polygon zkEVM、zkSync Era
- 側鏈:Polygon PoS、xDAI(Gnosis Chain)
- 狀態通道:Lightning Network for Ethereum
五、以太坊文化與價值觀
以太坊的文化深受 密碼朋克運動(Cypherpunk) 影響,體現了對技術賦權個人、重塑社會協作的願景:
核心價值觀
去中心化治理(Decentralization)
- 沒有單一的控制者或權威機構
- 社群透過公開討論和 EIP(以太坊改進提案)機制共同決策
- 驗證者遍佈全球,防止權力集中
無需許可與開放性(Permissionless & Open)
- 任何人都可以使用、開發、部署智能合約
- 開原始碼,透明可審計
- 無身份、地域、財富限制的參與門檻
抗審查性(Censorship Resistance)
- 交易和智能合約不受政府或機構干預
- 透過分散式驗證確保網路彈性
- 支援言論自由和經濟自由
密碼朋克精神(Cypherpunk Ethos)
- 程式碼即法律:用演算法和數學構建信任
- 密碼學保護隱私和自主權
- 技術驅動的社會變革,而非政治手段
公共物品導向(Public Goods Orientation)
- 優先考慮生態系統整體利益
- 支援開源專案和基礎設施建設
- 透過各種資助計劃推動創新
可持續發展理念
- The Merge 體現了對環境責任的承諾
- 長期主義思維,注重技術的可持續演進
- 平衡創新速度與網路穩定性
這些價值觀不僅塑造了以太坊的技術發展方向,也形成了獨特的社群文化,吸引了全球開發者、研究者和使用者的參與。
六、以太坊核心機制:從賬戶到執行的完整鏈路
在上面我們就瞭解到,以太坊不僅僅是一條區塊鏈,更是一個全球共享的“分散式計算機”。它的核心價值在於透過程式碼實現無需信任的自動化規則(如智能合約),而這一切的背後依賴於三個關鍵機制:賬戶系統、Gas 模型 和 以太坊虛擬機器(EVM)。
我們平時使用 賬戶系統 裡面的 外部賬戶(EOA) 與區塊鏈中的其他使用者的 外部賬戶(EOA) 或者與智能合約所在的 合約賬戶(CA) 進行互動,而其中的 Gas 模型 是支撐整個網路的經濟基礎, Gas 模型 和其他經濟來源支撐著全球的 以太坊虛擬機器(EVM) 來實現以太坊網路。
1. 賬戶系統:你的數字身份
賬戶系統 包含由私鑰控制的 外部賬戶(EOA) 和由智能合約程式碼控制的 合約賬戶(CA) 。
想象你第一次接觸以太坊——你需要一個“數字錢包”來參與網路。這個錢包的核心是 外部賬戶(EOA) ,它由一對金鑰(私鑰和公鑰)生成,就像銀行賬戶的密碼和賬號。私鑰是你控制賬戶的“鑰匙”,必須嚴格保密;公鑰透過加密演算法生成一個唯一的地址(如 0xAbc...123),你可以把它分享給朋友接收轉賬。
除了使用者控制的 EOA,還有 合約賬戶(CA) 。它們不像 EOA 那樣受私鑰控制,而是由程式碼驅動。比如,你部署一個智能合約(如一個 NFT 市場),區塊鏈會自動生成一個 CA 地址(如 0xDef...456)。這個賬戶不能主動發起交易,只能透過 EOA 觸發——比如你點選“購買 NFT”按鈕時,EOA 向 CA 傳送交易,CA 的程式碼自動執行出貨邏輯。
每個賬戶都包含四個關鍵欄位:
- Nonce:防止重複交易的計數器(EOA 記錄傳送次數,CA 記錄建立合約次數)。
- 餘額:賬戶持有的 ETH 數量(單位為 Wei)。
- CodeHash:EOA 為空雜湊,CA 儲存合約位元組碼的雜湊值。
- StorageRoot:記錄賬戶資料的 Merkle 樹根雜湊(如 NFT 歸屬關係)。
2. Gas 模型:交易的燃料費
當你用錢包使用自己的 EOA 發起一筆交易(比如轉賬或操作合約),這件事當然 不會是免費的,你需要支付“燃料費”——也就是 Gas。
Gas 是怎麼計算的?
Gas 費用 = 用多少 × 每單位多少錢,就像你打車一樣:
- Gas Limit(限額):你最多願意“燒”多少燃料。 比如你覺得最多可能需要 15 萬單位,就設定 150,000。
- Gas Price(單價):每單位燃料多少錢,用 Gwei 表示(1 Gwei = 0.000000001 ETH)。 網路越擁堵,價格越貴,就像打車高峰期加價。
所以,總費用 = Gas Limit × Gas Price。
Gas 的存在有兩個目的:
- 激勵礦工/驗證者:你給得越多(Gas Price 越高),他們越願意優先處理你的交易。
- 防止資源濫用:如果有人想讓合約死迴圈,Gas 會用光,交易失敗,系統不會被拖垮。
在 EIP-1559 升級後,Gas Price 被拆分了:
以前,Gas Price 全部給礦工。 現在,分成兩部分:
- 基礎費用(Base Fee):每個區塊都會有,自動計算,直接銷燬(直接消失)來幫助 ETH 通縮,畢竟物以稀為貴。
- 小費(Tip):你額外加的錢,用來鼓勵礦工優先處理你。
3. 以太坊虛擬機器(EVM):程式碼的執行引擎
EVM(Ethereum Virtual Machine)是 以太坊的“大腦”,是專門用來執行智能合約的虛擬計算機。它執行在每個節點上,確保整個網路在處理程式碼時,結果都一致、可信任。
EVM 的核心特點:
- 圖靈完備:就像真正的電腦一樣,EVM 可以執行各種邏輯,比如 if 判斷、迴圈等。
- 全球同步:每個礦工/節點都會自己執行一遍合約程式碼,保證結果一樣。
- 隔離安全:EVM 把合約“關”在一個小房間裡執行,不允許它亂訪問使用者的資料和網路,保護隱私和安全。
七、一般流程與類比
1. 一般流程
- 使用者透過 EOA 發起交易(如呼叫合約與 CA 互動,或者轉賬與其他使用者的 EOA 互動)。
- 交易附帶 Gas 引數,礦工 / 驗證者選擇打包。
- EVM 執行合約程式碼,修改儲存(如更新 NFT 歸屬)。
- Gas 費用按 Gas Limit × Gas Price 扣除,保障資源合理使用。
2. 相似類比
- EOA = 個人錢包:你用私鑰“簽名”來證明身份,可以主動發起任何交易
- CA = 智慧保險箱:按照預設程式自動執行,只有滿足條件才執行操作(如:收到正確密碼後自動轉賬)
- Gas = 計算資源費用:
- Gas Limit:你願意支付的最大計算量
- Gas Price:每單位計算的價格
- 如果設定 1000 單位 ×10Gwei,實際用了 800 單位,退還 200 單位的費用
- EVM = 全球共享計算機:所有節點同時執行相同的程式,確保結果一致且可信
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