2.2 以太坊核心原则

作为一个相对成熟的区块链平台，以太坊以其安全性、可靠性和易用性受到众多开发者和公司的信赖。 以太坊的整体架构如图所示。

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以太坊底层主要包括p2p协议，它是一种无需中央服务器，两个节点之间直接进行网络通信的协议。 只有基于p2p，区块链才能提供去中心化的服务。 共识算法是区块链平台的核心组成部分。 它是一种在不同节点之间达成共识的算法和策略。 目前，以太坊中最重要的两种共识算法是 pow 和 pos。 evm 是以太坊虚拟机，它是去中心化应用程序的容器。 智能合约编译成字节码后，可以在evm中运行。 LevelDB 是以太坊的底层数据库。 它是谷歌实现的一个非常高效的键值数据库。 目前很多企业级区块链平台的底层也是使用LevelDB进行存储。 多种不同的非对称加密和哈希算法从密码学的角度保证以太坊平台上的账户和交易信息的安全，并使用数字签名和验证签名等机制确保数据不可篡改。 Solidity 是目前编写智能合约的主要语言。 它是以太坊推荐的旗舰语言，也是最流行的智能合约语言之一。 RPC远程过程调用是以太坊对外提供的接口。 上层应用可以使用JSON-RPC与以太坊进行交互，调用合约或发送以太坊。 所有业务逻辑都通过智能合约实现。

## 以太坊共识机制
共识机制是多个节点之间达成一致性的 一种数学算法。在区块链中，共识机制的作用显得尤为重要。由于区块链中的每个节点都是相互独立的，而每一个极点都存有分布式账本的完全备份，如何对这些账本数据进行一致性验证就是共识机制需要考虑的问题。换句话说，共识机制就是在不同节点之间建立信任，获取权益的数学算法。它允许关联机器连接起来进行工作，并在某些成员失效的情况下仍能正常运行。
常见的共识机制有工作量证明算法、权益证明、股份授权证明和拜占庭容错，基于不同的应用场景和共识机制等特性，可以通过以下纬度来拼价共识机制的优劣。

(1)合规监管：是否支持超级权限节点对全网节点和数据进行监管。

(2) 性能效率：交易共识和确认的效率。

(3)容错性：防止攻击和欺诈的能力。

(4) 资源消耗：共识过程中的资源消耗，如CPU、网络IO、存储等计算资源。

下面介绍几种常见的共识机制。

(1) PoW：工作量证明。 依靠机器进行数学运算获得记账权以太坊原理介绍，资源消耗高于其他共识机制，监管薄弱。 而且每次达成共识都需要全网参与计算，性能效率比较低。 在容错性上，允许全网50%的节点出错，即51%的攻击。 目前，以太坊采用这种 PoW 共识机制。

(2) PoS：股权证明。 它是 PoW 的升级版。 根据每个节点代币的比例和时间，按比例降低计算难度，从而加快寻找随机数的速度。 PoS 在一定程度上缩短了达成共识的时间，但仍然需要时间。 它本质上并没有解决商业应用的痛点，在容错性上与Pow类似。 以太坊随后将切换到 pos 算法。

(3) DPoS：共享授权证明机制。 与 PoS 不同的是，一定数量的节点投票进行代理验证和记账。 DPoS大大减少了参与验证和记账的节点数量，可以实现极好的共识验证，但整个共识机制仍然依赖于代币，很多商业应用并不需要代币的存在。

(4) Paxos：一种基于选举领导人的共识机制。 Leader 节点拥有绝对的权限，允许强监管节点参与。 高性能，低资源消耗。 选举过程中不允许作恶节点，没有容错能力。

(5) PBFT：拜占庭容错。 与Paxos类似，也是一种共识机制，采用许可投票，少数服从多数选举出leader记账。 共识机制允许拜占庭容错，允许强监管节点参与，具有权限分级能力以太坊原理介绍，具有更高的性能，更低的能耗，允许33%的节点作恶，不可容错。

与以太坊有关的是PoW 和Pos算法。以太坊项目分为Frontier、Homestead、Metropolis和Serenity四个阶段。在前面三个阶段，以太坊共识算法采用的是PoW,在第四个阶段会转移到PoS。
PoW共识机制已经非常成熟，但它的实现需要消耗大量的电力成本，PoS虽然仍处于发展阶段，但在效率和成本方面有诸多优势，不再需要为了安全产生区块而消耗大量电能。未来一点时间，PoS将会得到快速发展。