本文以Java版以太坊EthereumJ為研究對象。
區(qū)塊鏈本質上是一個去中心化的數(shù)據(jù)庫。第一代區(qū)塊鏈代表是比特幣，第二代就是以太坊。
以太坊本質上是一個保存了數(shù)字交易永久記錄的去中心化的公共數(shù)據(jù)庫。這個數(shù)據(jù)庫不需要任何中央權威機構來維持和保護各方的權益。也就是你可以在不需要第三方的情況下進行點對點交易。
以太坊系統(tǒng)中運行著數(shù)百萬筆交易，這些交易被分組歸類為“區(qū)塊”。區(qū)塊可以理解為記錄一段時間內(nèi)發(fā)生的交易和狀態(tài)結果的數(shù)據(jù)結構，是對當前賬本狀態(tài)的一次共識。
一個區(qū)塊包含一系列交易，每個塊與其前面的區(qū)塊串聯(lián)在一起。
區(qū)塊整體分為區(qū)塊頭和區(qū)塊體兩部分，區(qū)塊體含有交易列表和叔區(qū)塊。
區(qū)塊 = 區(qū)塊頭 + 交易列表 + 叔區(qū)塊。
區(qū)塊頭里面存儲著區(qū)塊的頭信息，包含上一個區(qū)塊的哈希值（PreHash），本區(qū)塊體的哈希值（Hash），以及時間戳（TimeStamp）等等。
叔區(qū)塊我們知道，比特幣大概10分鐘出一個塊，而以太坊大概15秒就出一個塊，出塊速度大大提高。出塊速度越快，說明為產(chǎn)出區(qū)塊所要解的題難度就越低，因為難度低大家才能更快地算出來。
但同時，難度越低，就越容易多個礦工同時解出題。同時因為區(qū)塊間隔時間短，只有10多秒，一個區(qū)塊被打包之后，在這10多秒里可能還沒有在全網(wǎng)播布完，所以比較多地會出現(xiàn)分叉情況，也就是一部分節(jié)點先收到A打包的區(qū)塊，另一部分節(jié)點先收到B打包的區(qū)塊。
但是因為POW機制的“最長區(qū)塊鏈”原則，只有最長的那條鏈才是有效的，這就導致可能某些節(jié)點跟在A區(qū)塊后面創(chuàng)建了很多區(qū)塊，但后面發(fā)現(xiàn)B鏈條更長，這就很悲催了，這些最終不在B鏈條的區(qū)塊，稱之為“孤區(qū)塊”。在比特幣里，這些孤區(qū)塊消耗了算力，但沒為系統(tǒng)做出貢獻，也沒獎勵。
當然，比特幣的孤區(qū)塊不多，不算個事。但在以太坊里，孤區(qū)塊實在太多，才成為一個問題。 大家想想，如果一個小礦工，整天挖到孤塊，拿不到獎勵，是不是很影響積極性，長期以往，很多小礦工可能就退出了，使得整個以太坊系統(tǒng)的算力下降，算力下降也就意味著安全性降低。而叔區(qū)塊機制就很好地避免了這一個問題。
區(qū)塊里包含叔區(qū)塊，意味著叔區(qū)塊的工作量也納入了整個系統(tǒng)，也為安全做出了貢獻。既然做了貢獻，那肯定要給予獎勵。以太坊這個獎勵機制也設置得很好，使得大家皆大歡喜。
我們先看一個正常區(qū)塊的收益，首先它有一個5以太幣的固定獎勵，然后是該區(qū)塊里的交易上繳的gas費用。這兩點跟比特幣類似。最后，就是納入叔區(qū)塊的獎勵，如果該區(qū)塊包含了叔區(qū)塊，每包含一個，可以得到固定獎勵的1/32，也就是0.15625以太幣。這就刺激了區(qū)塊包含叔區(qū)塊的積極性。
不過，以太坊也設置了數(shù)量上限，一個區(qū)塊最多包含2個叔區(qū)塊。這是包含叔區(qū)塊的區(qū)塊所獲得的獎勵。
當然，叔區(qū)塊的創(chuàng)建者本身也會獲得獎勵，不過這個獎勵公式稍微復雜一點： 叔區(qū)塊獎勵 = ( 叔區(qū)塊高度 + 8 - 本區(qū)塊的高度 ) * 固定區(qū)塊獎勵 / 8 根據(jù)我們之前對叔區(qū)塊的定義，因為叔區(qū)塊和本區(qū)塊高度相差1，所以可以很快算出來一個叔區(qū)塊的收益為4.375以太幣，不少?。?/p>
其實，根據(jù)這個公式可以看出，叔區(qū)塊可以不必拘泥于一定是本區(qū)塊的叔叔，也可以是本區(qū)塊的叔爺爺，叔曾爺爺，甚至是自己的兄弟都行，而且“血緣”關系越近，叔區(qū)塊拿到的獎勵越多，不過最多不要超過8層，因為根據(jù)公式超過8層就沒獎勵了。 不過，現(xiàn)在以太坊用到的應該還只是純正的叔區(qū)塊。
Ghost協(xié)議在“叔區(qū)塊”內(nèi)容中我們可以知道以太坊會有分叉情況出現(xiàn)，即多條鏈。
為了確定哪個路徑是最有效的，并防止分叉的發(fā)生，以太坊使用了一種叫做“GHOST協(xié)議”的機制。
簡單地說，GHOST協(xié)議讓我們必須選擇在鏈上做最多計算的路徑。確定該路徑的一種方法是使用最新區(qū)塊的數(shù)量，來表示當前路徑中的區(qū)塊總數(shù)（不計算起源塊）。
塊數(shù)越多，路徑越長，挖礦的難度越大，最終就一定會到達最新區(qū)塊。使用這個方式讓我們對當前區(qū)塊鏈狀態(tài)的唯一版本達成一致。
所謂“哇況”，其實就是計算機對工作量證明進行的一個運算過程，簡單來說就是尋找一個哈希值。以太坊網(wǎng)絡的任意節(jié)點通過不斷地更換隨機數(shù)來探尋合適的哈希值，當節(jié)點最先計算出合適的哈希值，它所打包的塊如果通過其他共識節(jié)點的驗證，則會被加入到區(qū)塊鏈中。計算出這個值并成功把這個區(qū)塊添加到主鏈上，該節(jié)點就會得到以太坊的數(shù)字代幣—以太幣(Ether)作為一種報酬。
交易以太坊的交易主要是指一條外部賬戶發(fā)送到區(qū)塊鏈上另一賬戶的消息的簽名數(shù)據(jù)包，其主要包含發(fā)送者的簽名、接收者的地址以及發(fā)送者轉移給接收者的以太幣數(shù)量等內(nèi)容。
交易是以太坊整體架構中的重要部分，它將以太坊的賬戶連接起來，起到價值的傳遞作用。
公鑰加密后只能用私鑰解密，私鑰加密后只能用公鑰解密。
私鑰是自己保存，公鑰公開發(fā)放。
既然是加密，那肯定是不希望別人知道我的消息，所以只有我才能解密，所以可得出公鑰負責加密，私鑰負責解密；同理，既然是簽名，那肯定是不希望有人冒充我發(fā)消息，只有我才能發(fā)布這個簽名，所以可得出私鑰負責簽名，公鑰負責驗證。
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