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- 自我介绍 我是一名传统行业的系统toB产品经理
- 你认为你会完成本次残酷学习吗？ 我最近工作有一点忙，不确定是不是能够每天都能坚持，但是至少周末可以
"Crypto Anarchist Manifesto" Tim Tim 1998年发布加密无政府宣言，将匿名数字交易视为个人自由的基石
90年代cryptopunks曾多次尝试创建数字货币
David Chaum 推出了DigiCash，首次展现了匿名数字经济的雏形。然而，它依赖于现有的金融基础设施，并且在很大程度上是中心化的。最终，DigiCash 于 1998 年申请破产。
E-gold 于 1996 年晚些时候出现，以实物黄金储备为后盾。在巅峰时期，E-gold 拥有350 万个注册账户，每年促成数十亿美元的交易。然而，2009 年，由于法律问题，转账被暂停。
2008 年，匿名作者中本聪(Satoshi Nakamoto)在一篇题为《比特币：一种点对点电子现金系统》的论文中提出了一种解决方案，解决了如何在没有领导者的情况下达成共识这一悬而未决的问题。比特币确立了一种分布式账本系统，其中的数据以加密方式按时间顺序链接在一起。它还成为第一个去中心化的数字货币，无需底层抵押品即可运行，并且无需银行等受信任的第三方中介机构。
2012 年，Vitalik Buterin和 Mihai Alisie 创办了比特币杂志，这是第一本专注于数字货币的严肃出版物。Vitalik 很快发现了比特币的局限性，并提出了一个支持通用金融应用的平台。
2014年，在Gavin Wood的帮助下，以太坊的设计得以正式化。
2015 年 7 月 30 日，以太坊作为一个平台上线，旨在利用数字货币构建自主经济的工具。
由两个主要部分组成： 执行层 EL The execution layer 处理实际交易和用户交互
共识层 CL The consensus layer 提供权益证明共识机制 确保所有节点遵循相同的提示并驱动执行层的规范链
Execution Layer Specification
状态转换函数 state transition function STF 解决两个主要问题: 1)是否可以将区块附加到区块链末尾 2)状态怎样变化
系统的状态并不是储存在某一个特定的位置，系统的状态不是存储在特定位置，而是通过应用状态折叠函数来动态推导。
转换函数步骤：
- 获取父区块头（Retrieve the Parent Header） 目的：确保新区块基于最新的链状态构建。
操作：从区块链中获取最近一个区块（父区块）的头部信息，包含关键字段如 state_root（状态根哈希）、gas_used（已用 Gas）、timestamp（时间戳）等。
意义：新区块的所有状态转换需基于父区块的最终状态。
- 验证 Excess Blob Gas（EIP-4844 相关） 背景：EIP-4844 引入携带 Blob 的交易类型（Proto-Danksharding），excess_blob_gas 用于动态调整 Blob 交易费用。
操作：
根据父区块头计算预期的 excess_blob_gas。
检查当前区块头中的 excess_blob_gas 字段是否与计算结果一致。
意义：确保 Blob Gas 机制按协议规则更新，防止费用操纵。
- 区块头验证（Header Validation） 关键检查项：
区块高度：current_block.number = parent_block.number + 1。
时间戳：current_block.timestamp > parent_block.timestamp。
难度值（PoW 下）：需符合 Ethash 算法；但在 PoS 后，此字段可能固定。
共识规则：如 base_fee 是否符合 EIP-1559 规则。
意义：确保新区块头与父区块无缝衔接，符合协议共识。
- 验证 Ommers 字段为空 背景：以太坊从 PoW 转向 PoS（The Merge）后，叔块（Ommers/Uncles）机制被废弃。
操作：检查当前区块的 ommers 字段必须为空列表 []。
意义：防止无效的叔块引用，维护 PoS 安全性。
- 执行区块内的交易（Block Execution） 过程：逐笔执行区块中的交易，更新全局状态。
输出结果：
Gas Used：所有交易消耗的总 Gas，必须 ≤ 区块的 gas_limit。
Trie Roots：
transactions_root：交易树的根哈希。
receipts_root：收据树的根哈希。
state_root：执行后全局状态的根哈希。
Logs Bloom：所有交易日志的布隆过滤器，用于快速查询。
State：执行后的最新世界状态（账户余额、合约存储等）。
意义：交易执行是状态转换的核心，决定新区块的有效性。
- 验证区块头参数（Header Parameters Verification） 关键校验：
state_root：必须与执行后的状态树根哈希一致。
transactions_root 和 receipts_root：必须与交易/收据树的根哈希匹配。
gas_used 和 logs_bloom：需与执行结果一致。
意义：确保区块头如实反映交易执行结果，防止数据篡改。
- 添加区块到链（Block Addition） 操作：通过所有检查后，将新区块添加到区块链末尾。
意义：完成一次有效的状态转换，区块链长度 +1。
- 修剪旧区块（Pruning Old Blocks） 背景：为优化存储，执行层通常仅保留最近 255 个区块的完整状态（非归档节点）。
操作：删除超过此范围的旧区块数据（但保留区块头）。
例外：归档节点会保留全部历史数据。
- 错误处理（Error Handling） 失败场景：任何步骤校验不通过（如 Gas 超限、根哈希不匹配）。
操作：立即终止处理，抛出 Invalid Block 错误，区块不被加入链。
意义：确保无效区块不会破坏链的一致性或安全性。
状态根哈希（State Root）：全局状态的默克尔树根哈希，任何状态变化都会改变根哈希。
布隆过滤器（Logs Bloom）：高效存储日志事件的概率数据结构，便于轻节点快速过滤日志。
默克尔树（Merkle Trie）：以太坊用改进的默克尔帕特里夏树（MPT）存储账户、交易和收据。
- 执行层的核心职责 以太坊执行层负责 处理交易 和 维护全局状态，是区块链的「计算引擎」，具体包括：
交易执行：验证并执行交易（转账、合约调用等）。
状态管理：维护账户余额、合约代码、存储数据等全局状态。
区块构建：生成符合共识规则的区块（含 Gas 计算、状态根哈希等）。
与共识层交互：在 PoS 下，执行层与共识层（CL）协作完成区块验证与链的扩展。
- 关键架构组件 (1) 以太坊虚拟机（EVM） 功能：执行智能合约字节码的沙盒环境。
特性：
基于栈的指令集（如 PUSH, JUMP, SSTORE）。
Gas 机制：每个操作消耗 Gas，防止无限循环。
隔离性：合约执行不影响外部环境，错误仅回滚当前调用。
(2) 状态存储（World State） 数据结构：使用 Merkle Patricia Trie（MPT） 存储账户状态，确保高效验证。
账户类型：外部账户（EOA）和合约账户。
状态根哈希：每个区块头中的 state_root 反映全局状态的唯一哈希。
(3) 交易处理流程 交易池（Mempool）：接收并验证广播的交易。
Gas 计算：验证 Gas Limit 和 Gas Price（或 Priority Fee）。
执行交易：按顺序执行交易，更新状态（失败则回滚）。
生成收据：记录交易结果（成功/失败、Gas 消耗、日志等）。
(4) 区块结构 区块头：包含元数据（父哈希、时间戳、状态根等）。
区块体：
交易列表：有序的交易集合。
Ommers（已弃用）：PoW 时代的叔块引用（PoS 后必须为空）。
(5) 客户端实现 主流客户端：Geth（Go）、Nethermind（.NET）、Erigon（优化版 Go）、Besu（Java）。
核心模块：
网络层（P2P 通信）
数据库（LevelDB/RocksDB 存储状态）
同步机制（全量同步、快照同步等）
- 执行层与共识层的协作（Post-Merge） 分工：
执行层：负责交易执行、状态转换。
共识层：负责区块提议与验证（通过 Casper FFG + LMD GHOST）。
交互流程：
共识层提出新区块（包含交易列表）。
执行层执行交易，生成状态根和收据。
共识层验证执行结果，确认区块有效性。
- 关键机制与优化 (1) Gas 机制 Gas Limit：区块内交易消耗的 Gas 上限。
动态费用（EIP-1559）：
base_fee：根据网络拥堵动态调整，直接销毁。
priority_fee：矿工/验证者的小费。
(2) 状态存储优化 状态过期（EIP-161）：清理空账户。
快照（Snapshot）：加速状态访问。
无状态客户端（Stateless Clients）：通过 Witness 数据验证状态，减少存储需求。
(3) 同步策略 全节点：存储全部历史数据，验证所有区块。
轻节点：仅下载区块头，依赖默克尔证明验证特定数据。
快照同步：快速下载最近状态，无需重放历史交易。
- 安全与验证 签名验证：确保每笔交易由合法账户签名。
防重放攻击：通过 nonce 值确保交易顺序唯一。
状态根验证：区块头中的 state_root 必须与执行结果一致。
- 未来升级方向 EIP-4844（Proto-Danksharding）：引入 Blob 交易，降低 Layer2 费用。
Verkle Trees：替代 MPT，提升状态证明效率。
无状态性：通过 Witness 数据分离执行与验证。