【以太坊白皮书解读】比特币和以太币对话八

以太币： 昨天和比特兄重点讲了以太坊的状态转换函数。今天让我们再看看代码的执行和挖矿。

比特币： 行。你们确认创建了一个更有意思的家伙。

以太币：以太坊合约的代码是用低级的，基于堆栈的字节代码语言写成。叫做以太坊虚拟机代码或者EVM代码。代码是由代表操作的一系列字节组成。一般来说，代码的操作是一个连续执行操作的无限循环。每一次操作程序计数器（从零开始）增加一步，直到代码执行完毕或者返回一个错误，操作可以防访问三种数据存储空间。

比特币：具体是哪三种了？

以太币：第一种堆栈，一种后进先出的数据储存，价值可以入栈出栈。第二种是内存，无限扩展的字节列队。第三种是合约的长期储存，也是密钥/价值的存储，存储价值会长期保存。它不像堆栈和内存是计算结束以后重设。代码也能进入价值，发送者，即将进来的数据信息和区块头数据。代码也能返回一个字节列队的数据作为输出。

比特币： 这些设计都很合理。

以太币：比特兄你或许想不到EVM正式执行模型非常的简单。当EVM运行的时候，它所有的运算状态可以被定义为元组（block_state,

transaction, message, code, memory, stack, pc, gas）。Block-state是包含所有账户的余额和存储的全局状态。在每一轮的执行开始时，当前指令被找到通过调出第pc个字节的代码，每个指令对于怎么影响元祖有它们自己的定义。

比特币：确实很简单。比如ADD将两个元素出栈并将他们的和入栈，减少一个能量增加一个pc。SSTORE将顶部的两个元素出栈，然后将第二个对象按照第一个对象的指引放入合约存储。尽管有许多方式通过即使编程去优化执行，但以太坊的基础实施能用几百行代码完成。

以太币：是的，比特兄的例子解释的更清楚了。接着我们来说一说挖矿吧。

比特币：好的，这也是非常关键的步骤。

以太币：先说底层的区块链吧，其实和比特兄你的区块链有很多相似的地方，但还是有一点点不同。最大的不同就在于架构，比特兄你的只是包含交易信息。而以太坊的既有交易信息，也有最近的状态，区块序号和难度值。以太坊的区块确认算法有8个步骤。

比特币：嗯，你的区块丰富了这么多信息。我看看是怎么共识挖矿的。

以太币：第一步检查区块引用的上一个区块是否存在。第二步看区块的时间戳是不是大于上一个区块，时间要小于15分钟。第三步检查区块序列，难易度，交易根，叔根和能量限制（不同的以太坊底层特有的概念）是否有效。第四步看区块上面的工作正式是否有效。第五步将S[0]成为上一个区块的STATE-ROOT。第六步让TX成为区块的交易列表，一共有n笔交易，对于属于属于0……n-1的i，进行状态转换S[i+1]

= APPLY(S[i],TX[i])，如果任何一个应用发生错误，或者程序执行到此处所花费的能量超过了能量限制，返回错误。第七步让S_FINAL为S[n]，但是增加要支付给矿工的奖励。第八步是看默克尔树根里面，由区块头提供的最终状态树根是否等于STATE_ROOT。如果是，区块有效。如果不是，区块无效。

比特币：过程很详细，非常清晰。但是比我们的就要复杂一些了。

以太币：第一眼看这些操作感觉好像非常没效率，因为每个区块都需要储存整个状态。事实上效率可以和比特兄你的区块链相提并论。原因是状态存储在树结构中，每增加一个区块只用修改树上很小的一部分。因此，一般来说，两个相邻区块树的主体大部分都是一样的。数据储存一次，可以利用指针（子树哈希）引用2次。一种被称为Patricia tree的树就被用于完成这个功能，它还包含了对默克尔树概念的修改，这个概念允许节点插入和删除，不仅仅是改变。另外，因为所有的状态信息是最后一个区块的一部分，储存整个区块链的历史是不必要的。这个方法如果比特兄你也像应用的话，经计算可以节约5-20x的空间。

比特币：好建议，但要去问问本聪兄才行。

以太币：我经常被问到合约的代码是在哪里执行？这里有个简单的答案，执行合约代码的过程是状态转换功能的一部分定义。也是区块有效算法的一部分。如果一个交易被增加到区块B，代码的执行就被交易孵化，交易会被所有的节点执行，现在和未来，可以下载和正式区块B。

比特币：好吧，整个原理已经清楚了，现在就看能应用在哪些领域了。

以太币：明天开始我们详细说说应用。

比特币：没问题。

参考阅读

https://ethfans.org/posts/ethereum-whitepaper

https://github.com/ethereum/wiki/wiki/White-Paper