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以太坊Geth几种同步模式

发布时间:2024-12-03 13:57:38

以太坊中的计量单位及相互转换

首先我们来看一下以太币单位之间的转换,以太币的最小单位为wei,1个eth相当于10的18次方wei。通常,大家也使用Gwei作为展示单位。比较常用的就是eth,Gwei和wei。

为了使用和验证web3的操作命令,我们先进入geth的console控制台,在这里对具体的单位或进制转换进行详细的实例演示。

此转换方法为web3.toDecimal(hexString)。直接在控制台输入一下命令进行使用此函数进行转换。

通过此函数将十六进制的0x16转换为十进制的22。

转换函数:web3.fromDecimal(number)。

控制台命令及结果如下:

把给定数字或十六进制字符串转为 BigNumber 类型的实例。

此处转换需要注意的是BigNumber只会保留小数点后20位,超过20位的部分将会被截取掉。

上面表格中列出了以太币之间的单位进制,同样可以使用web3进行相应的转换,基本函数为web3.fromWei和web3.toWei(number, unit)。

具体实例如下:

其他的相关转换大家可自行尝试,下面列出相应的转换种类:

通过上面的函数,在交易的过程中我们就可以随意的单位进行发送交易,而不必使用最小单位wei。

通过查询余额的方法,我们也可以看出区块链中存储这些数据的单位为wei。

代币中的单位
在编写ERC-20的代币合约时我们可以指定代币的单位,比如:

这里就指定了代币单位精确到小数点后几位。比如精确到小数点后3位,那么1个代币存储时就是1000个最小单位的值。

⑵ 以太币挖矿,用什么来挖

以太币挖矿教程

1、在硬盘上新建文件夹,比C:Eth。之后所有挖矿软件就存放在这里。

2、下载以下软件

1)Geth——选择Geth-Win下载然后解压

2)Ethminer——下载解压到同一个文件夹,重命名为“miner”

3)Ethereum Wallet(以太坊钱包)——下载Win以太坊钱包,解压之后重命名“wallet”

安装好所有软件

3、打开命令提示符(同时点击Win和R键或者点击开始菜单然后输入cmd)。命令提示符是命令行解析器,让你在操作系统中执行命令输入的软件。

之后你就拥有以太坊钱包了。但是没有余额,所以接下来你需要建立ethminer。暂时可以最小化钱包了。

挖矿

⑶ 以太坊 cd go-ethereum 、make geth超时问题

解决https://proxy.golang.org/github.com 报443 超时问题

make geth

go: github.com/Azure/[email protected]: Get "https://proxy.golang.org/github.com/%21azure/azure-storage-blob-go/@v/v0.7.0.mod": dial tcp 172.217.24.17:443: i/o timeout

make: *** [geth] Error 1

替换一个国内的代理地址

终端命令执行:

go env -w GOPROXY=https://goproxy.cn

重新执行make geth 

⑷ 以太坊钱包不更新

网络不顺畅或其它。
节点同步慢原因以及解决方法:1、以太坊钱包节点同步需要联网操作,如果你的网络不畅通就会造成同步慢这种情况,所以在同步之前请检查好你的网络,确认网络状况良好在进行同步。2、节点同步需要占用大量的内存,如果你的电脑内存不够就会造成阶段同步慢甚至停止同步这种情况,建议用户在同步节点之前清理一下电脑保证电脑内存充足,目前有用户反映同步节点内存最高可占用100G左右内存哦。3、可以在以太坊钱包中修改peer数,默认peer是25个,建议你可以修改成巨大的数值,例如9999个。4、同步阶段还需要你的路由器支持uPnP。可以在路由器设置中修改。5、需要公网IP,如果你没有的话就会慢很多,所以建议设置一个公网IP吧。6、也有网友反映是钱包本身的问题,以太坊钱包软件本身并不是很成熟,在同步节点的时候会有很多问题出现,这个只有等待以太坊官方修改。7、电脑配置不能太低。8、第一次同步时使用--fast选项,可以更快地同步到最新块。9、使用的是geth,运行时间长了可能会有问题,可以考虑每天重启一次geth。10、及时更新geth到最新版本。11、硬盘空间要足够大,建议至少1T以上。为了运行以太坊全节点,买了500G的硬盘空间,使用--fast同步完成后才占40多G空间,之后正常模式同步硬盘占用空间快速增长,3个月左右已经430G了,最近又买了500G磁盘空间。12、交易未被打包时,相同nonce值可以覆盖之前的交易,覆盖交易只看nonce值,至于交易的其它部分内容可以相同也可以不同。13、如果有低nonce值还未被打包,新的交易gasPrice再高,也需要先等低nonce值的交易被打包,如果低nonce值的交易因为gasPrice设低了而等待,需要先使用相同nonce值来修改gasPrice。
以太币(ETH)是以太坊的一种加密数字代币,被视为“比特币2。0版”,创始人是杰弗里_维尔克。

⑸ 以太坊是什么丨以太坊开发入门指南

以太坊是什么丨以太坊开发入门指南
很多同学已经跃跃欲试投入到区块链开发队伍当中来,可是又感觉无从下手,本文将基于以太坊平台,以通俗的方式介绍以太坊开发中涉及的各晦涩的概念,轻松带大家入门。
以太坊是什么
以太坊(Ethereum)是一个建立在区块链技术之上, 去中心化应用平台。它允许任何人在平台中建立和使用通过区块链技术运行的去中心化应用。
对这句话不理解的同学,姑且可以理解为以太坊是区块链里的Android,它是一个开发平台,让我们就可以像基于Android Framework一样基于区块链技术写应用。
在没有以太坊之前,写区块链应用是这样的:拷贝一份比特币代码,然后去改底层代码如加密算法,共识机制,网络协议等等(很多山寨币就是这样,改改就出来一个新币)。
以太坊平台对底层区块链技术进行了封装,让区块链应用开发者可以直接基于以太坊平台进行开发,开发者只要专注于应用本身的开发,从而大大降低了难度。
目前围绕以太坊已经形成了一个较为完善的开发生态圈:有社区的支持,有很多开发框架、工具可以选择。
智能合约
什么是智能合约
以太坊上的程序称之为智能合约, 它是代码和数据(状态)的集合。
智能合约可以理解为在区块链上可以自动执行的(由事件驱动的)、以代码形式编写的合同(特殊的交易)。
在比特币脚本中,我们讲到过比特币的交易是可以编程的,但是比特币脚本有很多的限制,能够编写的程序也有限,而以太坊则更加完备(在计算机科学术语中,称它为是“图灵完备的”),让我们就像使用任何高级语言一样来编写几乎可以做任何事情的程序(智能合约)。
智能合约非常适合对信任、安全和持久性要求较高的应用场景,比如:数字货币、数字资产、投票、保险、金融应用、预测市场、产权所有权管理、物联网、点对点交易等等。
目前除数字货币之外,真正落地的应用还不多(就像移动平台刚开始出来一样),相信1到3年内,各种杀手级会慢慢出现。
编程语言:Solidity
智能合约的默认的编程语言是Solidity,文件扩展名以.sol结尾。
Solidity是和JavaScript相似的语言,用它来开发合约并编译成以太坊虚拟机字节代码。
还有长像Python的智能合约开发语言:Serpent,不过建议大家还是使用Solidity。
Browser-Solidity是一个浏览器的Solidity IDE, 大家可以点进去看看,以后我们更多文章介绍Solidity这个语言。
运行环境:EVM
EVM(Ethereum Virtual Machine)以太坊虚拟机是以太坊中智能合约的运行环境。
Solidity之于EVM,就像之于跟JVM的关系一样,这样大家就容易理解了。
以太坊虚拟机是一个隔离的环境,在EVM内部运行的代码不能跟外部有联系。
而EVM运行在以太坊节点上,当我们把合约部署到以太坊网络上之后,合约就可以在以太坊网络中运行了。
合约的编译
以太坊虚拟机上运行的是合约的字节码形式,需要我们在部署之前先对合约进行编译,可以选择Browser-Solidity Web IDE或solc编译器。
合约的部署
在以太坊上开发应用时,常常要使用到以太坊客户端(钱包)。平时我们在开发中,一般不接触到客户端或钱包的概念,它是什么呢?
以太坊客户端(钱包)
以太坊客户端,其实我们可以把它理解为一个开发者工具,它提供账户管理、挖矿、转账、智能合约的部署和执行等等功能。
EVM是由以太坊客户端提供的。
Geth是典型的开发以太坊时使用的客户端,基于Go语言开发。 Geth提供了一个交互式命令控制台,通过命令控制台中包含了以太坊的各种功能(API)。Geth的使用我们之后会有文章介绍,这里大家先有个概念。
Geth控制台和Chrome浏览器开发者工具里的面的控制台是类似,不过是跑在终端里。
相对于Geth,Mist则是图形化操作界面的以太坊客户端。
如何部署
智能合约的部署是指把合约字节码发布到区块链上,并使用一个特定的地址来标示这个合约,这个地址称为合约账户。
以太坊中有两类账户:
· 外部账户
该类账户被私钥控制(由人控制),没有关联任何代码。
· 合约账户
该类账户被它们的合约代码控制且有代码与之关联。
和比特币使用UTXO的设计不一样,以太坊使用更为简单的账户概念。
两类账户对于EVM来说是一样的。
外部账户与合约账户的区别和关系是这样的:一个外部账户可以通过创建和用自己的私钥来对交易进行签名,来发送消息给另一个外部账户或合约账户。
在两个外部账户之间传送消息是价值转移的过程。但从外部账户到合约账户的消息会激活合约账户的代码,允许它执行各种动作(比如转移代币,写入内部存储,挖出一个新代币,执行一些运算,创建一个新的合约等等)。
只有当外部账户发出指令时,合同账户才会执行相应的操作。
合约部署就是将编译好的合约字节码通过外部账号发送交易的形式部署到以太坊区块链上(由实际矿工出块之后,才真正部署成功)。
运行
合约部署之后,当需要调用这个智能合约的方法时只需要向这个合约账户发送消息(交易)即可,通过消息触发后智能合约的代码就会在EVM中执行了。
Gas
和云计算相似,占用区块链的资源(不管是简单的转账交易,还是合约的部署和执行)同样需要付出相应的费用(天下没有免费的午餐对不对!)。
以太坊上用Gas机制来计费,Gas也可以认为是一个工作量单位,智能合约越复杂(计算步骤的数量和类型,占用的内存等),用来完成运行就需要越多Gas。
任何特定的合约所需的运行合约的Gas数量是固定的,由合约的复杂度决定。
而Gas价格由运行合约的人在提交运行合约请求的时候规定,以确定他愿意为这次交易愿意付出的费用:Gas价格(用以太币计价) * Gas数量。
Gas的目的是限制执行交易所需的工作量,同时为执行支付费用。当EVM执行交易时,Gas将按照特定规则被逐渐消耗,无论执行到什么位置,一旦Gas被耗尽,将会触发异常。当前调用帧所做的所有状态修改都将被回滚, 如果执行结束还有Gas剩余,这些Gas将被返还给发送账户。
如果没有这个限制,就会有人写出无法停止(如:死循环)的合约来阻塞网络。
因此实际上(把前面的内容串起来),我们需要一个有以太币余额的外部账户,来发起一个交易(普通交易或部署、运行一个合约),运行时,矿工收取相应的工作量费用。
以太坊网络
有些着急的同学要问了,没有以太币,要怎么进行智能合约的开发?可以选择以下方式:
选择以太坊官网测试网络Testnet
测试网络中,我们可以很容易获得免费的以太币,缺点是需要发很长时间初始化节点。
使用私有链
创建自己的以太币私有测试网络,通常也称为私有链,我们可以用它来作为一个测试环境来开发、调试和测试智能合约。
通过上面提到的Geth很容易就可以创建一个属于自己的测试网络,以太币想挖多少挖多少,也免去了同步正式网络的整个区块链数据。
使用开发者网络(模式)
相比私有链,开发者网络(模式)下,会自动分配一个有大量余额的开发者账户给我们使用。
使用模拟环境
另一个创建测试网络的方法是使用testrpc,testrpc是在本地使用内存模拟的一个以太坊环境,对于开发调试来说,更方便快捷。而且testrpc可以在启动时帮我们创建10个存有资金的测试账户。
进行合约开发时,可以在testrpc中测试通过后,再部署到Geth节点中去。
更新:testrpc 现在已经并入到Truffle 开发框架中,现在名字是Ganache CLI。
Dapp:去中心化的应用程序
以太坊社区把基于智能合约的应用称为去中心化的应用程序(DecentralizedApp)。如果我们把区块链理解为一个不可篡改的数据库,智能合约理解为和数据库打交道的程序,那就很容易理解Dapp了,一个Dapp不单单有智能合约,比如还需要有一个友好的用户界面和其他的东西。
Truffle
Truffle是Dapp开发框架,他可以帮我们处理掉大量无关紧要的小事情,让我们可以迅速开始写代码-编译-部署-测试-打包DApp这个流程。
总结
我们现在来总结一下,以太坊是平台,它让我们方便的使用区块链技术开发去中心化的应用,在这个应用中,使用Solidity来编写和区块链交互的智能合约,合约编写好后之后,我们需要用以太坊客户端用一个有余额的账户去部署及运行合约(使用Truffle框架可以更好的帮助我们做这些事情了)。为了开发方便,我们可以用Geth或testrpc来搭建一个测试网络。
注:本文中为了方便大家理解,对一些概念做了类比,有些严格来不是准确,不过我也认为对于初学者,也没有必要把每一个概念掌握的很细致和准确,学习是一个逐步深入的过程,很多时候我们会发现,过一段后,我们会对同一个东西有不一样的理解。

⑹ 走进以太坊网络

目录


术语“以太坊节点”是指以某种方式与以太坊网络交互的程序。从简单的手机钱包应用程序到存储整个区块链副本的计算机,任何设备均可扮演以太坊节点。

所有节点都以某种方式充当通信点,但以太坊网络中的节点分为多种类型。


与比特币不同,以太坊找不到任何程序作为参考实施方案。在比特币生态系统中, 比特币核心 是主要节点软件,以太坊黄皮书则提出了一系列独立(但兼容)的程序。目前最流行的是Geth和Parity。


若要以允许独立验证区块链数据的方式连接以太坊网络,则应使用之前提到的软件运行全节点。

该软件将从其他节点下载区块,并验证其所含交易的正确性。软件还将运行调用的所有智能合约,确保接收的信息与其他节点相同。如果一切按计划运行,我们可以认为所有节点设备均存储相同的区块链副本。

全节点对于以太坊的运行至关重要。如果没有遍布全球的众多节点,网络将丧失其抗审查性与去中心化特性。


通过运行全节点,您可以直接为网络的 健康 和安全发展贡献一份力量。然而,全节点通常需要使用独立的机器完成运行和维护。对于无法(或单纯不愿)运行全节点的用户,轻节点是更好的选择。

顾名思义,轻节点均为轻量级设备,可显著降低资源和空间占用率。手机或笔记本电脑等便携式设备均可作为轻节点。然而,降低开销也要付出代价:轻节点无法完全实现自给自足。它们无法与整条区块链同步,需要全节点提供相关信息。

轻节点备受商户、服务供应商和用户的青睐。在不必使用全节点并且运行成本过高的情况下,它们广泛应用于支收付款。

挖矿节点既可以是全节点客户端,也可以是轻节点客户端。“挖矿节点”这个术语的使用方式与比特币生态系统不同,但依然应用于识别参与者。

如需参与以太坊挖矿,必须使用一些附加硬件。最常见的做法是构建 矿机 。用户通过矿机将多个GPU(图形处理器)连接起来,高速计算哈希数据。

矿工可以选择两种挖矿方案:单独挖矿或加入矿池。 单独挖矿 表示矿工独自创建区块。如果成功,则独享挖矿奖励。如果加入 矿池 ,众多矿工的哈希算力会结合起来。出块速度得以提升,但挖矿奖励将由众多矿工共享。


区块链最重要的特性之一就是“开放访问”。这表明任何人均可运行以太坊节点,并通过验证交易和区块强化网络。

与比特币相似,许多企业都提供即插即用的以太坊节点。如果只想启动并运行单一节点,这种设备无疑是最佳选择,缺点是必须为便捷性额外付费。

如前文所述,以太坊中存在众多不同类型的节点软件实施方案,例如Geth和Parity。若要运行个人节点,必须掌握所选实施方案的安装流程。

除非运行名为 归档节点 的特殊节点,否则消费级笔记本电脑足以支持以太坊全节点正常运行。不过,最好不要使用日常工作设备,因为节点会严重拖慢运行速度。

运行个人节点时,建议设备始终在线。倘若节点离线,再次联网时可能耗费大量的时间进行同步。因此,最好选择造价低廉并且易于维护的设备。您甚至可以通过Raspberry Pi运行轻节点。


随着网络即将过渡到权益证明机制,以太坊挖矿不再是最安全的长期投资方式。过渡成功后,以太坊矿工只能将挖矿设备转入其他网络或直接变卖。

鉴于过渡尚未完成,参与以太坊挖矿仍需使用特殊硬件(例如GPU或ASIC)。若要获得可观收益,则必须定制矿机并寻找电价低廉的矿场。此外,还需创建以太坊钱包并配置相应的挖矿软件。这一切都会耗费大量的时间和资金。在参与挖矿前,请认真考量自己能否应对各种挑战。(国内严禁挖矿,切勿以身试法)


ProgPow代表 程序化工作量证明 。这是以太坊挖矿算法Ethash的扩展方案,旨在提升GPU的竞争力,使其超过ASIC。

在比特币和以太坊社区,抗ASIC多年来一直是饱受争议的话题。在比特币网络中,ASIC已经成为主要的挖矿力量。

在以太坊中,ASIC并不是主流,相当一部分矿工仍然使用GPU。然而,随着越来越多的公司将以太坊ASIC矿机引入市场,这种情况很快就会改变。然而,ASIC到底存在什么问题呢?

一方面,ASIC明显削弱网络的去中心化。如果GPU矿工无法盈利,不得不停止挖矿,哈希率最终就会集中在少数矿工手中。此外,ASIC芯片的开发成本相当昂贵,坐拥开发能力与资源的公司屈指可数。这种现状有可能导致以太坊挖矿产业集中在少数公司手中,形成一定程度的行业垄断。

自2018年以来,ProgPow的集成一直饱受争议。有些人认为,它有益于以太坊生态系统的 健康 发展。另一些人则持反对态度,认为它可能导致硬分叉。随着权益证明机制的到来,ProgPoW能否应用于网络仍然有待观察。


以太坊与比特币是一样,均为开源平台。所有人都可以参与协议开发,或基于协议构建应用程序。事实上,以太坊也是区块链领域目前最大的开发者社区。

Andreas Antonopoulos和Gavin Wood出品的 Mastering Ethereum ,以及Ethereum.org推出的 开发者资源 等都是新晋开发者理想的入门之选。


智能合约的概念于20世纪90年代首次提出。其在区块链中的应用带来了一系列全新挑战。2014年由Gavin Wood提出的Solidity已经成为开发以太坊智能合约的主要编程语言,其语法与Java、JavaScript以及C++类似。

从本质上讲,使用Solidity语言,开发者可以编写在分解后可由以太坊虚拟机(EVM)解析的指令。您可以通过Solidity GitHub详细了解其工作原理。

其实,Solidity语言并非以太坊开发者的唯一选择。Vyper也是一种热门的开发语言,其语法更接近Python。

⑺ 区块链同步需要多少内存(区块链数据同步)

【区块链】什么是区块链钱包?

提起区块链钱包我们就不得不谈到比特币钱包(Bitcoincore),其他区块链钱包大多都是仿照比特币钱包做的,比特币钱包是我们管理比特币的工具。

比特币钱包里存储着我们的比特币信息,包括比特币地址(类似于你的银行卡账号)、私钥(类似于你的银行卡密码),比特币钱包可以存储多个比特币地址以及每个比特币地址所对应的独立私钥。

比特币钱包的核心功能就是保护你的私钥,如果钱包丢失你将可能永远失去你的比特币。

区块链钱包有很多种形态。

根据用户是否掌握私钥可将钱包分为:链上钱包(onchainwallet)和托管钱包(offchainwallet)。他们之间有如下两点区别:

关于链上钱包(onchainwallet)我们又可根据私钥存储是否联网划分为冷钱包和热钱包;冷钱包和热钱包我们也称之为离线钱包和在线钱包。

通常所说的硬件钱包就属于冷钱包(一般准备长期持有的大额数字货币建议使用冷钱包存放),除了这种专业的设备我们还可以使用离线的电脑、手机、纸钱包、脑钱包等作为冷钱包存储我们的数字资产。

冷钱包最大优点就是安全,因为它不触网的属性可以大大降低黑客攻击的可能性;唯一需要担心就是不要把自己的冷钱包弄丢即可。

与冷钱包相对应的就是热钱包,热钱包是需要联网的;热钱包又可分为桌面钱包、手机钱包和网页钱包。

热钱包往往是在线钱包的形式,因此在使用热钱包时最好在不同平台设置不同密码,且开启二次认证确保自己的资产安全。

根据区块链数据的维护方式和钱包的去中心化程度又可将钱包分为全节点钱包、轻节点钱包、中心化钱包。

全节点钱包大部分都属于桌面钱包,其中的代表有Bitcoin-Core核心钱包、Geth、Parity等等,此类钱包需要同步所有区块链数据,占用很大的内存,但可以实现完全去中心化。

而手机钱包和网页钱包大部分属于轻节点钱包,轻钱包依赖区块链网络中的其他全节点,仅同步与自己相关的交易数据,基本可以实现去中心化。

中心化钱包不依赖区块链网络,所有的数据均从自己的中心化服务器中获取;但是交易效率很高,可以实时到账,你在交易平台中注册的账号就是中心化钱包。

记住在区块链的世界里谁掌握私钥谁才是数字资产真正的主人。

全局节点什么意思

全节点是是拥有完整区块链账本的节点,全节点需要占用内存同步所有的区块链数据,能够独立校验区块链上的所有交易并实时更新数据,主要负责区块链的交易的广播和验证。

请问,大学生区块链本科专业,电脑需要什么样的配置够用?

学生的电脑普通电脑配置就够用了,三四千块钱的台式机用起来就不错

什么是区块链扩容?

普通用户能够运行节点对于区块链的去中心化至关重要

想象一下凌晨两点多,你接到了一个紧急呼叫,来自世界另一端帮你运行矿池(质押池)的人。从大约14分钟前开始,你的池子和其他几个人从链中分离了出来,而网络仍然维持着79%的算力。根据你的节点,多数链的区块是无效的。这时出现了余额错误:区块似乎错误地将450万枚额外代币分配给了一个未知地址。

一小时后,你和其他两个同样遭遇意外的小矿池参与者、一些区块浏览器和交易所方在一个聊天室中,看见有人贴出了一条推特的链接,开头写着“宣布新的链上可持续协议开发基金”。

到了早上,相关讨论广泛散布在推特以及一个不审查内容的社区论坛上。但那时450万枚代币中的很大一部分已经在链上转换为其他资产,并且进行了数十亿美元的defi交易。79%的共识节点,以及所有主要的区块链浏览器和轻钱包的端点都遵循了这条新链。也许新的开发者基金将为某些开发提供资金,或者也许所有这些都被领先的矿池、交易所及其裙带所吞并。但是无论结果如何,该基金实际上都成为了既成事实,普通用户无法反抗。

或许还有这么一部主题电影。或许会由MolochDAO或其他组织进行资助。

这种情形会发生在你的区块链中吗?你所在区块链社区的精英,包括矿池、区块浏览器和托管节点,可能协调得很好,他们很可能都在同一个telegram频道和微信群中。如果他们真的想出于利益突然对协议规则进行修改,那么他们可能具备这种能力。以太坊区块链在十小时内完全解决了共识失败,如果是只有一个客户端实现的区块链,并且只需要将代码更改部署到几十个节点,那么可以更快地协调客户端代码的更改。能够抵御这种社会性协作攻击的唯一可靠方式是“被动防御”,而这种力量来自去一个中心化的群体:用户。

想象一下,如果用户运行区块链的验证节点(无论是直接验证还是其他间接技术),并自动拒绝违反协议规则的区块,即使超过90%的矿工或质押者支持这些区块,故事会如何发展。

如果每个用户都运行一个验证节点,那么攻击很快就会失败:有些矿池和交易所会进行分叉,并且在整个过程中看起来很愚蠢。但是即使只有一些用户运行验证节点,攻击者也无法大获全胜。相反,攻击会导致混乱,不同用户会看到不同的区块链版本。最坏情况下,随之而来的市场恐慌和可能持续的链分叉将大幅减少攻击者的利润。对如此旷日持久的冲突进行应对的想法本身就可以阻止大多数攻击。

Hasu关于这一点的看法:

“我们要明确一件事,我们之所以能够抵御恶意的协议更改,是因为拥有用户验证区块链的文化,而不是因为PoW或PoS。”

假设你的社区有37个节点运行者,以及80000名被动监听者,对签名和区块头进行检查,那么攻击者就获胜了。如果每个人都运行节点的话,攻击者就会失败。我们不清楚针对协同攻击的启动群体免疫的确切阈值是多少,但有一点是绝对清楚的:好的节点越多,恶意的节点就越少,而且我们所需的数量肯定不止于几百几千个。

那么全节点工作的上限是什么?

为了使得有尽可能多的用户能够运行全节点,我们会将注意力集中在普通消费级硬件上。即使能够轻松购买到专用硬件,这能够降低一些全节点的门槛,但事实上对可扩展性的提升并不如我们想象的那般。

全节点处理大量交易的能力主要受限于三个方面:

算力:在保证安全的前提下,我们能划分多少CPU来运行节点?

带宽:基于当前的网络连接,一个区块能包含多少字节?

存储:我们能要求用户使用多大的空间来进行存储?此外,其读取速度应该达到多少?(即,HDD足够吗?还是说我们需要SSD?)

许多使用“简单”技术对区块链进行大幅扩容的错误看法都源自于对这些数字过于乐观的估计。我们可以依次来讨论这三个因素:

算力

错误答案:100%的CPU应该用于区块验证

正确答案:约5-10%的CPU可以用于区块验证

限制之所以这么低的四个主要原因如下:

我们需要一个安全边界来覆盖DoS攻击的可能性(攻击者利用代码弱点制造的交易需要比常规交易更长的处理时间)

节点需要在离线之后能够与区块链同步。如果我掉线一分钟,那我应该要能够在几秒钟之内完成同步

运行节点不应该很快地耗尽电池,也不应该拖慢其他应用的运行速度

节点也有其他非区块生产的工作要进行,大多数是验证以及对p2p网络中输入的交易和请求做出响应

请注意,直到最近大多数针对“为什么只需要5-10%?”这一点的解释都侧重于另一个不同的问题:因为PoW出块时间不定,验证区块需要很长时间,会增加同时创建多个区块的风险。这个问题有很多修复方法,例如BitcoinNG,或使用PoS权益证明。但这些并没有解决其他四个问题,因此它们并没有如许多人所料在可扩展性方面获得巨大进展。

并行性也不是灵丹妙药。通常,即使是看似单线程区块链的客户端也已经并行化了:签名可以由一个线程验证,而执行由其他线程完成,并且有一个单独的线程在后台处理交易池逻辑。而且所有线程的使用率越接近100%,运行节点的能源消耗就越多,针对DoS的安全系数就越低。

带宽

错误答案:如果没2-3秒都产生10MB的区块,那么大多数用户的网络都大于10MB/秒,他们当然都能处理这些区块

正确答案:或许我们能在每12秒处理1-5MB的区块,但这依然很难

如今,我们经常听到关于互联网连接可以提供多少带宽的广为传播的统计数据:100Mbps甚至1Gbps的数字很常见。但是由于以下几个原因,宣称的带宽与预期实际带宽之间存在很大差异:

“Mbps”是指“每秒数百万bits”;一个bit是一个字节的1/8,因此我们需要将宣称的bit数除以8以获得字节数。

网络运营商,就像其他公司一样,经常编造谎言。

总是有多个应用使用同一个网络连接,所以节点无法独占整个带宽。

P2P网络不可避免地会引入开销:节点通常最终会多次下载和重新上传同一个块(更不用说交易在被打包进区块之前还要通过mempool进行广播)。

当Starkware在2019年进行一项实验时,他们在交易数据gas成本降低后首次发布了500kB的区块,一些节点实际上无法处理这种大小的区块。处理大区块的能力已经并将持续得到改善。但是无论我们做什么,我们仍然无法获取以MB/秒为单位的平均带宽,说服自己我们可以接受1秒的延迟,并且有能力处理那种大小的区块。

存储

错误答案:10TB

正确答案:512GB

正如大家可能猜到的,这里的主要论点与其他地方相同:理论与实践之间的差异。理论上,我们可以在亚马逊上购买8TB固态驱动(确实需要SSD或NVME;HDD对于区块链状态存储来说太慢了)。实际上,我用来写这篇博文的笔记本电脑有512GB,如果你让人们去购买硬件,许多人就会变得懒惰(或者他们无法负担800美元的8TBSSD)并使用中心化服务。即使可以将区块链装到某个存储设备上,大量活动也可以快速地耗尽磁盘并迫使你购入新磁盘。

一群区块链协议研究员对每个人的磁盘空间进行了调查。我知道样本量很小,但仍然...

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此外,存储大小决定了新节点能够上线并开始参与网络所需的时间。现有节点必须存储的任何数据都是新节点必须下载的数据。这个初始同步时间(和带宽)也是用户能够运行节点的主要障碍。在写这篇博文时,同步一个新的geth节点花了我大约15个小时。如果以太坊的使用量增加10倍,那么同步一个新的geth节点将至少需要一周时间,而且更有可能导致节点的互联网连接受到限制。这在攻击期间更为重要,当用户之前未运行节点时对攻击做出成功响应需要用户启用新节点。

交互效应

此外,这三类成本之间存在交互效应。由于数据库在内部使用树结构来存储和检索数据,因此从数据库中获取数据的成本随着数据库大小的对数而增加。事实上,因为顶级(或前几级)可以缓存在RAM中,所以磁盘访问成本与数据库大小成正比,是RAM中缓存数据大小的倍数。

不要从字面上理解这个图,不同的数据库以不同的方式工作,通常内存中的部分只是一个单独(但很大)的层(参见leveldb中使用的LSM树)。但基本原理是一样的。

例如,如果缓存为4GB,并且我们假设数据库的每一层比上一层大4倍,那么以太坊当前的~64GB状态将需要~2次访问。但是如果状态大小增加4倍到~256GB,那么这将增加到~3次访问。因此,gas上限增加4倍实际上可以转化为区块验证时间增加约6倍。这种影响可能会更大:硬盘在已满状态下比空闲时需要花更长时间来读写。

这对以太坊来说意味着什么?

现在在以太坊区块链中,运行一个节点对许多用户来说已经是一项挑战,尽管至少使用常规硬件仍然是可能的(我写这篇文章时刚刚在我的笔记本电脑上同步了一个节点!)。因此,我们即将遭遇瓶颈。核心开发者最关心的问题是存储大小。因此,目前在解决计算和数据瓶颈方面的巨大努力,甚至对共识算法的改变,都不太可能带来gaslimit的大幅提升。即使解决了以太坊最大的DoS弱点,也只能将gaslimit提高20%。

对于存储大小的问题,唯一解决方案是无状态和状态逾期。无状态使得节点群能够在不维护永久存储的情况下进行验证。状态逾期会使最近未访问过的状态失活,用户需要手动提供证明来更新。这两条路径已经研究了很长时间,并且已经开始了关于无状态的概念验证实现。这两项改进相结合可以大大缓解这些担忧,并为显著提升gaslimit开辟空间。但即使在实施无状态和状态逾期之后,gaslimit也可能只会安全地提升约3倍,直到其他限制开始发挥作用。

另一个可能的中期解决方案使使用ZK-SNARKs来验证交易。ZK-SNARKs能够保证普通用户无需个人存储状态或是验证区块,即使他们仍然需要下载区块中的所有数据来抵御数据不可用攻击。另外,即使攻击者不能强行提交无效区块,但是如果运行一个共识节点的难度过高,依然会有协调审查攻击的风险。因此,ZK-SNARKs不能无限地提升节点能力,但是仍然能够对其进行大幅提升(或许是1-2个数量级)。一些区块链在layer1上探索该形式,以太坊则通过layer2协议(也叫ZKrollups)来获益,例如zksync,Loopring和Starknet。

分片之后又会如何?

分片从根本上解决了上述限制,因为它将区块链上包含的数据与单个节点需要处理和存储的数据解耦了。节点验证区块不是通过亲自下载和执行,而是使用先进的数学和密码学技术来间接验证区块。

因此,分片区块链可以安全地拥有非分片区块链无法实现的非常高水平的吞吐量。这确实需要大量的密码学技术来有效替代朴素完整验证,以拒绝无效区块,但这是可以做到的:该理论已经具备了基础,并且基于草案规范的概念验证已经在进行中。

以太坊计划采用二次方分片(quadraticsharding),其中总可扩展性受到以下事实的限制:节点必须能够同时处理单个分片和信标链,而信标链必须为每个分片执行一些固定的管理工作。如果分片太大,节点就不能再处理单个分片,如果分片太多,节点就不能再处理信标链。这两个约束的乘积构成了上限。

可以想象,通过三次方分片甚至指数分片,我们可以走得更远。在这样的设计中,数据可用性采样肯定会变得更加复杂,但这是可以实现的。但以太坊并没有超越二次方,原因在于,从交易分片到交易分片的分片所获得的额外可扩展性收益实际上无法在其他风险程度可接受的前提下实现。

那么这些风险是什么呢?

最低用户数量

可以想象,只要有一个用户愿意参与,非分片区块链就可以运行。但分片区块链并非如此:单个节点无法处理整条链,因此需要足够的节点以共同处理区块链。如果每个节点可以处理50TPS,而链可以处理10000TPS,那么链至少需要200个节点才能存续。如果链在任何时候都少于200个节点,那可能会出现节点无法再保持同步,或者节点停止检测无效区块,或者还可能会发生许多其他坏事,具体取决于节点软件的设置。

在实践中,由于需要冗余(包括数据可用性采样),安全的最低数量比简单的“链TPS除以节点TPS”高几倍,对于上面的例子,我们将其设置位1000个节点。

如果分片区块链的容量增加10倍,则最低用户数也增加10倍。现在大家可能会问:为什么我们不从较低的容量开始,当用户很多时再增加,因为这是我们的实际需要,用户数量回落再降低容量?

这里有几个问题:

区块链本身无法可靠地检测到其上有多少唯一用户,因此需要某种治理来检测和设置分片数量。对容量限制的治理很容易成为分裂和冲突的根源。

如果许多用户突然同时意外掉线怎么办?

增加启动分叉所需的最低用户数量,使得防御恶意控制更加艰难。

最低用户数为1,000,这几乎可以说是没问题的。另一方面,最低用户数设为100万,这肯定是不行。即使最低用户数为10,000也可以说开始变得有风险。因此,似乎很难证明超过几百个分片的分片区块链是合理的。

历史可检索性

用户真正珍视的区块链重要属性是永久性。当公司破产或是维护该生态系统不再产生利益时,存储在服务器上的数字资产将在10年内不再存在。而以太坊上的NFT是永久的。

是的,到2372年人们仍能够下载并查阅你的加密猫。

但是一旦区块链的容量过高,存储所有这些数据就会变得更加困难,直到某时出现巨大风险,某些历史数据最终将……没人存储。

要量化这种风险很容易。以区块链的数据容量(MB/sec)为单位,乘以~30得到每年存储的数据量(TB)。当前的分片计划的数据容量约为1.3MB/秒,因此约为40TB/年。如果增加10倍,则为400TB/年。如果我们不仅希望可以访问数据,而且是以一种便捷的方式,我们还需要元数据(例如解压缩汇总交易),因此每年达到4PB,或十年后达到40PB。InternetArchive(互联网档案馆)使用50PB。所以这可以说是分片区块链的安全大小上限。

因此,看起来在这两个维度上,以太坊分片设计实际上已经非常接近合理的最大安全值。常数可以增加一点,但不能增加太多。

结语

尝试扩容区块链的方法有两种:基础的技术改进和简单地提升参数。首先,提升参数听起来很有吸引力:如果您是在餐纸上进行数学运算,这就很容易让自己相信消费级笔记本电脑每秒可以处理数千笔交易,不需要ZK-SNARK、rollups或分片。不幸的是,有很多微妙的理由可以解释为什么这种方法是有根本缺陷的。

运行区块链节点的计算机无法使用100%的CPU来验证区块链;他们需要很大的安全边际来抵抗意外的DoS攻击,他们需要备用容量来执行诸如在内存池中处理交易之类的任务,并且用户不希望在计算机上运行节点的时候无法同时用于任何其他应用。带宽也会受限:10MB/s的连接并不意味着每秒可以处理10MB的区块!也许每12秒才能处理1-5MB的块。存储也是一样,提高运行节点的硬件要求并且限制专门的节点运行者并不是解决方案。对于去中心化的区块链而言,普通用户能够运行节点并形成一种文化,即运行节点是一种普遍行为,这一点至关重要。

区块链的核心技术是什么?

简单来说,区块链是一个提供了拜占庭容错、并保证了最终一致性的分布式数据库;从数据结构上看,它是基于时间序列的链式数据块结构;从节点拓扑上看,它所有的节点互为冗余备份;从操作上看,它提供了基于密码学的公私钥管理体系来管理账户。

或许以上概念过于抽象,我来举个例子,你就好理解了。

你可以想象有100台计算机分布在世界各地,这100台机器之间的网络是广域网,并且,这100台机器的拥有者互相不信任。

那么,我们采用什么样的算法(共识机制)才能够为它提供一个可信任的环境,并且使得:

节点之间的数据交换过程不可篡改,并且已生成的历史记录不可被篡改;

每个节点的数据会同步到最新数据,并且会验证最新数据的有效性;

基于少数服从多数的原则,整体节点维护的数据可以客观反映交换历史。

区块链就是为了解决上述问题而产生的技术方案。

二、区块链的核心技术组成

无论是公链还是联盟链,至少需要四个模块组成:P2P网络协议、分布式一致性算法(共识机制)、加密签名算法、账户与存储模型。

1、P2P网络协议

P2P网络协议是所有区块链的最底层模块,负责交易数据的网络传输和广播、节点发现和维护。

通常我们所用的都是比特币P2P网络协议模块,它遵循一定的交互原则。比如:初次连接到其他节点会被要求按照握手协议来确认状态,在握手之后开始请求Peer节点的地址数据以及区块数据。

这套P2P交互协议也具有自己的指令集合,指令体现在在消息头(MessageHeader)的命令(command)域中,这些命令为上层提供了节点发现、节点获取、区块头获取、区块获取等功能,这些功能都是非常底层、非常基础的功能。如果你想要深入了解,可以参考比特币开发者指南中的PeerDiscovery的章节。

2、分布式一致性算法

在经典分布式计算领域,我们有Raft和Paxos算法家族代表的非拜占庭容错算法,以及具有拜占庭容错特性的PBFT共识算法。

如果从技术演化的角度来看,我们可以得出一个图,其中,区块链技术把原来的分布式算法进行了经济学上的拓展。

在图中我们可以看到,计算机应用在最开始多为单点应用,高可用方便采用的是冷灾备,后来发展到异地多活,这些异地多活可能采用的是负载均衡和路由技术,随着分布式系统技术的发展,我们过渡到了Paxos和Raft为主的分布式系统。

而在区块链领域,多采用PoW工作量证明算法、PoS权益证明算法,以及DPoS代理权益证明算法,以上三种是业界主流的共识算法,这些算法与经典分布式一致性算法不同的是,它们融入了经济学博弈的概念,下面我分别简单介绍这三种共识算法。

PoW:通常是指在给定的约束下,求解一个特定难度的数学问题,谁解的速度快,谁就能获得记账权(出块)权利。这个求解过程往往会转换成计算问题,所以在比拼速度的情况下,也就变成了谁的计算方法更优,以及谁的设备性能更好。

PoS:这是一种股权证明机制,它的基本概念是你产生区块的难度应该与你在网络里所占的股权(所有权占比)成比例,它实现的核心思路是:使用你所锁定代币的币龄(CoinAge)以及一个小的工作量证明,去计算一个目标值,当满足目标值时,你将可能获取记账权。

DPoS:简单来理解就是将PoS共识算法中的记账者转换为指定节点数组成的小圈子,而不是所有人都可以参与记账。这个圈子可能是21个节点,也有可能是101个节点,这一点取决于设计,只有这个圈子中的节点才能获得记账权。这将会极大地提高系统的吞吐量,因为更少的节点也就意味着网络和节点的可控。

3、加密签名算法

在区块链领域,应用得最多的是哈希算法。哈希算法具有抗碰撞性、原像不可逆、难题友好性等特征。

其中,难题友好性正是众多PoW币种赖以存在的基础,在比特币中,SHA256算法被用作工作量证明的计算方法,也就是我们所说的挖矿算法。

而在莱特币身上,我们也会看到Scrypt算法,该算法与SHA256不同的是,需要大内存支持。而在其他一些币种身上,我们也能看到基于SHA3算法的挖矿算法。以太坊使用了Dagger-Hashimoto算法的改良版本,并命名为Ethash,这是一个IO难解性的算法。

当然,除了挖矿算法,我们还会使用到RIPEMD160算法,主要用于生成地址,众多的比特币衍生代码中,绝大部分都采用了比特币的地址设计。

除了地址,我们还会使用到最核心的,也是区块链Token系统的基石:公私钥密码算法。

在比特币大类的代码中,基本上使用的都是ECDSA。ECDSA是ECC与DSA的结合,整个签名过程与DSA类似,所不一样的是签名中采取的算法为ECC(椭圆曲线函数)。

从技术上看,我们先从生成私钥开始,其次从私钥生成公钥,最后从公钥生成地址,以上每一步都是不可逆过程,也就是说无法从地址推导出公钥,从公钥推导到私钥。

4、账户与交易模型

从一开始的定义我们知道,仅从技术角度可以认为区块链是一种分布式数据库,那么,多数区块链到底使用了什么类型的数

⑻ Geth 控制台使用及 Web3.js 使用

在以太坊的DAPP开发中,需要 页面开发 智能合约 开发,页面开发需要 H5 智能合约 开发用 Solidity 实现。页面和以太坊智能合约交互,就需要使用 Web3.js

Geth 控制台(REPL)实现了所有的 web3 API 及 Admin API ,如果你对Geth命令行不太熟悉,请参考之前的文章。
以太坊客户端Geth常用命令详解

重定向日志到文件

使用geth console启动时,会在当前的交互界面下时不时出现日志。
可以使用以下方式把日志输出到文件。

可以新开一个命令行终端输入以下命令查看日志:

重定向另一个终端

也可以把日志重定向到另一个终端,先在想要看日志的终端输入:

就可以获取到终端编号,如:/dev/test
然后另一个终端使用:

启动geth, 这是日志就输出到另一个终端。
如果不想看到日志还可以重定向到空终端:

日志级别控制

使用–verbosity可以控制日志级别,如不想看到日志还可以使用:

另外一个启动geth的方法是连接到一个geth节点:

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