聊聊以太坊（四）

关于以太坊我们讲了很多内容，接下来会用最后一篇文章把剩下的讲完，当然关于以太坊还有很多很多相关的知识，由于各种原因我没办法全部写出来，感兴趣的小伙伴可以自己搜一下相关资料。还记得前两篇文章写了什么吗？忘了的同学可以翻翻前面的文章~

下面分享一下压缩算法

线路协议和数据库都采用了一个自定义的压缩算法来存储数据。该算法可描述为；行程编码值为0并同时保留其他值(除了一些特殊情况如sha3(”)）

压缩算法存在之前，以太坊协议的许多地方都有一些特殊情况，例如，sha3经常被覆盖，所以sha3(＇＇)=＇＇,这样不需要在账户中存储代码，可以节省64字节。然而，最近所有这些使得以太坊数据结构变得臃肿的特殊情况都被删除了，取而代之的是将数据保存函数添加到区块链协议之外的层，也就是将其放入线路协议以及将其插入用户数据库实现。这样增加了模块化能力，简化了共识层，使得压缩算法能持续更新以便相对容易部署。

那以太坊是如何使用“树”呢?

以太坊区块链中每个区块头都包含指向三个树的指针:状态树、交易树、收据树。

状态树代表访向区块后的整个状态;交易树代表区块中所有交易，这些交易由index索引作为key； (例如，k0:第一个执行的交易，k1;第二个执行的交易)

收据树代表每笔交易相应的收据。交易的收据是一个RLP编码的数据结构;[medstate, gas_used, logbloom,logs]

我们接下来分享下Uncle块

(过时区块/叔块)的奖励

2013年10月，由乔森纳和特拉维夫首次提出的GHOST协议是一-项不起的革新。它是加快生成区块时间的第一个认真尝试。因为区块在网络中传播需要一定时间，如果矿工A挖到一个区块并向全网广播，在广播的路上，B也挖出了区块，那么B的区块是过时的，且B的本次挖矿对网络的安全没有贡献。GHOST的目的正是要解决挖矿过时造成的安全性降低的问题。

此外，还有一个中心化问题:如果A是一个矿池，有30%的算力，B有10%的算力。A有70%的时间产生过时的区块(因为另外的30%时间会产生最新区块，所以它会立即挖到数据)，而B有90%的时间产生过时区块。如果区块的产出时间间隔很短，那么过时率就会变高，则A凭借其更大的算力使挖矿效率也更高。所以，区块生成过快，容易导致网络算力大的矿池控制挖矿过程。

根据乔森纳和特拉维夫的描述，GHOST解决了在计算哪个链是最长的链的过程中，因产生过时区块而造成的网络安全性下降的问题。也就是说，不仅是父区块和更早的区块，同时Uncle区块也被添加到计算哪个块具有最大的工作量证明中去。

简单解释下叔块的意义

uncle块: A挖出区块后广播途中，B也挖出了区块(过时区块)，此时区块链会出现分叉。过时分叉上的区块就叫uncle区块。它不是这个块的父区块，父区块的兄弟区块(平级关系)

为了解决中心化问题，我们采用不同的策略:对过时区块也提供区块奖励:挖到过时区块的奖励是该区块基础奖励的7/8;挖到包含过时区块的nephew区块将收到1/32的基础奖励作为赏金。但是，交易费并不奖励给Uncle区块或nephew区块。

在以太坊，过时分叉上7代内的亲属区块才能称作过时区块。之所以这样限制是因为，首先，GHOST协议若不限制过时区块数量，将会在计算过时区块的有效性上花费大量开销;其次，无限制的过时区块激励政策会让矿工失去在主链上挖矿的热情;最后，计算表明，过时区块奖励政策限制在7层内提供了大部分所需的效果，而且不会带来负面效应。

区块时间算法的设计决策包括:

1) 区块时间12s：选择12s是因为这已经是最快的时间了，基本上比网络延迟更长。在2013年的一份关于测量比特币网络延迟的论文中，确定了126秒是新产生的区块传播到95%节点的时间;然而，该论文还指出传播时间与区块大小成比例，因此在更快的货币中，我们可以期待传榧时间大大减少。传播间隔时间是恒定的，约为2秒。然而，为了安全起见，在我们的分析中，我们假定区块的传播需要12秒。

2) 7个祖先块的限制：这样设计的目的是希望只保留少量区块，而将更早之前的区块清除。已经证明7个区块可以提供大部分所需的效果。

3)1个后南区块的限制：如c(c(p(p(p(head)))) c=child,p=parent,就不合法，因为它有两个后商区块。这样设计的目的是为了简单，上面的模拟结果显示它并没有构成大的中心化风险。

4) uncle块要求具有有效性：**uncle块必须是有效的header,而不是有效的区块。这样做也是为了简化，将区块链模型保持为线性数据结构。不过，要求uncle块是有效的区块也是合法的方法。

5)奖金分配： 7/8的挖矿基础奖励分配给uncle块，1/32分给nephew块，它们交易费用都是0%。如果费用占多数，从中心化的角度看，这会使uncle块激励机制无效;然而，这也是为什么只要我们继续使用Pow,以太坊就会不断发行以太币的原因。

尤其重要的是gas和费用设计

比特币中所有交易大体相同，因此它们的网络成本可以建成一个模型。以太坊中的交易要更复杂，所以交易费用需要考虑到账户的许多方面，包括宽带费用，存储费用和计算费用。尤其重要的是，以太坊编程语言是图灵完备的，所以交易会使用任意数量的宽带、存储和计算成本。这就可能会导致在计算成本过程中，突遗停电而计算被迫中止。

以太坊交易费用的基本机制如下:

1)每第交易必须指明一定数量的gas (即指定startgas的值)，以及支付每单元gas所需费用(即gasprice),在交易执行开始时，startgas * gasprice价值的以太币会从发送者账户中扣除;

2)交易执行期间的所有操作，包括读写故据库、发送消息以及每一步的计算都会消耗一定数量的gas;

3)如果交易执行完毕，消耗的gas值小于指定的限制值，则交易执行正常，并将剩余的gas值赋予变量gas. rem;在交易完成后，发送者会收到返回的gas. rem * gasprice价值的以太币，而给矿工的奖励是( startgas- gas rem)* gasprice价值的以太市;

4)如果交易执行中，gas消耗殆尽，则所有的执行恢复原样，但交易仍然有效，只是交易的唯一结果是将startgas * gasprice价值的以太币支付给矿工，其他不变;

5)当一个合约发送消息给另一个合约，可以对这个消息引起的子执行设置一个gas限制。如果子执行耗尽了gas,则子执行恢复原样，但gas仍然消耗。

以太坊交易费用的基本机制如下:

1)每第交易必须指明一定数量的gas (即指定startgas的值)，以及支付每单元gas所需费用(即gasprice),在交易执行开始时，startgas * gasprice价值的以太币会从发送者账户中扣除;

2)交易执行期间的所有操作，包括读写故据库、发送消息以及每一步的计算都会消耗一定数量的gas;

3)如果交易执行完毕，消耗的gas值小于指定的限制值，则交易执行正常，并将剩余的gas值赋予变量gas. rem;在交易完成后，发送者会收到返回的gas. rem * gasprice价值的以太币，而给矿工的奖励是( startgas- gas rem)* gasprice价值的以太市;

4)如果交易执行中，gas消耗殆尽，则所有的执行恢复原样，但交易仍然有效，只是交易的唯一结果是将startgas * gasprice价值的以太币支付给矿工，其他不变;

5)当一个合约发送消息给另一个合约，可以对这个消息引起的子执行设置一个gas限制。如果子执行耗尽了gas,则子执行恢复原样，但gas仍然消耗。

也有特殊情况出现，比如

1)如果交易没有指定gas限制，那么恶意用户就会发送一个有数十亿步循环的交易。没有人能够处理这样的交易，因为处理这样的交易花的时间可能很长很长，从而无法预先告知网络上的矿工，这会导致拒绝服务的漏洞产生。

2)替代严格的gas计数、时间限制等机制的方案不起作用，因为它们太主观了。

3) startgas * gasprice的整个值，在开始时就应该设置好，这样不至于在交易执行中因gas不够而造成交易终止。注意，仅仅检查账户余额是不够的，因为账户可以在其他地方发送余额。

4)如果在gas不够的情况下，交易执行没有恢复操作(回滚），合约必须采用强有力的安全措施来防止合约发生变化。

5)如果子限制不存在，则恶意账户会通过与其他账户达成协议来对它们采取拒绝服务攻击。在计算开始时插入一个大循环，那么发送消息给受害合约或者受害合约的任何补救尝试，都会使整个交易死锁。

6)要求交易发送者而不是合约来支

付gas,这样大大增加了开发人员的可操作性。以太坊早期的版本是由合约来支付gas的，这导致了一个相当严重的问题:每个合约必须实现“守护"代码，确保每个传入的消息有足够的以太币供其消耗。

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