14.ETH-以太坊概述-北大肖臻老师客堂笔记

北京大学肖臻老师《区块链技术与应用》公开课第 14 讲是以太坊 (Ethereum) 的开篇,主题通常是**"以太坊概述" (Introduction to Ethereum)**。

在告别了比特币章节后,课程正式进入"区块链 2.0"时代。这一讲主要介绍了以太坊的设计理念、与比特币的区别以及核心账户模型。

以下是本课内容的结构化详细总结

一、 以太坊的定位:区块链 2.0

  1. 从去中心化货币到去中心化合约
  • 比特币 (Bitcoin):主要目标是做一个去中心化的加密货币(Payment Network),被称为"全球账本"。
  • 以太坊 (Ethereum) :主要目标是做一个去中心化的智能合约平台 (Smart Contract Platform),被称为"世界计算机"。
  1. 可编程性
  • 比特币的脚本语言(Script)非常简单,功能有限(非图灵完备),很难开发复杂的应用。
  • 以太坊提供了一种图灵完备 (Turing Complete) 的编程语言(Solidity),允许开发者在区块链上编写任意复杂的逻辑(智能合约)。

二、 以太坊的账户模型 (Account-based Model)

这是以太坊与比特币最底层的区别。

1. 比特币:UTXO 模型
  • 特点:没有"账户余额"的概念,你的钱是一堆"未花费的交易输出" (UTXO) 拼凑出来的。
  • 缺点:难以精确控制"状态"。比如你想写一个合约限制"每天只能取 10 块钱",在 UTXO 模型下很难实现,因为你需要追溯并管理大量零散的 UTXO。
2. 以太坊:基于账户的模型
  • 特点 :系统直接记录每个账户的余额 (Balance)计数器 (Nonce) 等状态。这就好比银行账户,想转账直接扣款即可。
  • 优点
  • 直观:符合人们对"账户"的直觉理解。
  • 易于编程:智能合约本质上就是管理状态(State),账户模型天生适合状态管理。
  • 防重放攻击:显式地使用 Nonce(交易计数器)来防止同一笔交易被广播两次。

三、 两类账户 (Two Types of Accounts)

在以太坊中,账户分为两类,它们在数据结构上是统一的,但功能不同。

1. 外部账户 (Externally Owned Account, EOA)
  • 控制者 :由私钥控制(即普通用户使用的账户)。
  • 特点
  • 有余额 (Balance)。
  • 有 Nonce (交易序号)。
  • 没有代码 (No Code)。
  • 主动发起交易:只有 EOA 才能发起交易(Transaction),这是区块链一切活动的源头。
2. 合约账户 (Contract Account)
  • 控制者 :由代码逻辑控制(没有私钥对应)。

  • 特点

  • 有余额。

  • 有 Nonce。

  • 有代码 (Code):存储了智能合约的编译后字节码。

  • 有存储 (Storage):维护了一棵存储树(Storage Trie),保存合约运行时的状态变量(如投票数、众筹金额等)。

  • 被动执行:合约账户不能自己发起交易,必须被 EOA 或其他合约调用(发送消息)才能触发其代码执行。

四、 交易与消息 (Transaction & Message)

  • 交易 (Transaction)

  • 指的是从 外部账户 (EOA) 发出的签名数据包。

  • 包含:接收方地址、金额、Nonce、签名、以及可选的数据(Data,用于调用合约函数)。

  • 消息 (Message / Internal Transaction)

  • 指的是合约调用合约时产生的数据传递。

  • 它不直接记录在区块链上,而是作为交易执行过程中的一部分。

五、 以太坊的数据结构概览

肖老师在这一讲中也简要铺垫了以太坊复杂的状态树结构(下一讲会深入):

  • 状态树 (State Trie):记录全网所有账户的状态(余额、Nonce、代码哈希、存储根)。
  • 特点:使用 MPT (Merkle Patricia Trie) 结构,既能像 Merkle Tree 一样验证数据完整性,又能高效地进行查找和更新。

🧠 逻辑流程:以太坊的运行机制

执行层
网络层
用户层

  1. 发起交易 (带签名) 2. 验证签名 & Nonce 3. 触发代码 (EVM执行) 条件满足
    调用其他合约
    用户 EOA
    以太坊网络
    合约账户
    逻辑判断
  2. 修改状态 (余额/存储) 发送内部消息 Message

💡 总结

第 14 讲的核心任务是**"转换思维"**:

从比特币的 "UTXO + 脚本" 思维,转换到以太坊的 "账户 + 状态 + 智能合约" 思维。这是理解后续去中心化应用 (DApp) 的基石。

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