本文阅读时长大约8分钟。
本文实时同步发布在区块链原创技术公众号【堂说区块链】上，欢迎关注订阅。
推荐一个新的区块链领域优质内容输出平台：币读【www.biduDNA.com】博主已在币读平台上首开专栏，区块链领域技术原创文章将同步首发在【币读】平台上；
币读专栏地址：https://www.bidudna.com/statics/topics?id=49
1.区块链项目的TPS现状
在系列文章《区块链的发展走向：一场去中心化与TPS的角力战争》中，已经介绍了目前整个区块链领域各项目的TPS现状。不清楚的看官们，请移步了解一下~
业内曾经有一个口号，虽然特别武断，但也可以从中略窥一二：“凡是敢号称TPS上万的，都是耍流氓，白皮书都不用看，绝对的空气币”
不过，直到EOS的诞生，以及大姨太分片技术的诞生，这个口号成为了历史。
PS:
1）关于EOS的介绍将在系列其他文章中做介绍;
2）本文讲分两个子篇幅来介绍下以太坊的Casper以及V神牛气的分片技术~本篇为第一篇，主要介绍以太坊的Casper+POS共识算法（也是延续上一篇《区块链的灵魂：共识机制》中3.5小节未讲述到的Casper）
2.以太坊与Capser
2.1 什么是以太坊？
以太坊（英语：Ethereum）是一个开源的有智能合约功能的公共区块链平台。以太坊是一个基于交易的状态机。从创世区块开始，以太坊的状态随着一笔一笔的交易而发生改变。
通过其专用加密货币以太币（Ether）提供去中心化的虚拟机（“以太虚拟机” Ethereum Virtual Machine）来处理点对点合约。
以太坊的概念首次在2013至2014年间由程序员Vitalik Buterin，受比特币启发后提出，大意为“下一代加密货币与去中心化应用平台”。
以太坊的底层支撑技术最大的亮点就是跨平台的EVM。可以对标JVM（Java Virtual Machine）进行理解。
2.2 EVM的实现原理概括
简单一句话概括下EVM的运行原理：
智能合约的开发流程是用solidlity编写逻辑代码--->再通过编译器编译元数据---->最后再发布到以太坊上。
以太坊底层通过EVM模块支持合约的执行与调用，调用时根据合约地址获取到代码，生成环境后载入到EVM中运行。
如下图所示
（各位看官莫急，动手搭建区块链JAVA版，将在《动手编写区块链》系列文章中一一实现）。
2.3 以太坊上几个概念介绍
1）ETH
以太坊网络的内部的加密代币。以太是用来支付交易和以太坊交易的计算费用。
2）智能合约
一套以数字形式定义的承诺（promises），包括合约参与方可以在上面执行这些承诺的协议。可以理解为就是一段预定义好的代码，达到触发条件就自动执行。
3）Gas
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，智能合约完成的动作越复杂用，来完成运行就需要支付的Gas就越多。
智能合约里的每一步动作都是要消耗Gas的，比如乘法（MUL）消耗5个Gas，加法（ADD）消耗3个Gas。
所以可以把Gas理解为：执行一步操作需要消耗多少单位的工作量（这个量不等同于消耗的价格，虽然，最终Gas付费体现在ETH上），而且针对于相同的一步操作，这个消耗的单位工作量永远是恒定的。
另外：Gas只是EVM内部使用的一个计量单位。
（类比：某品牌汽车百里耗油10个，含义是行驶100公里需要耗油10升）
4）Gas与Fee
燃料不等于费用，一笔交易的总费用，又叫做GasCost，公式如下：
GasCost = GasUsed*GasPrice GasUsed上面已经说到是消耗的燃料的量，gasPrice可以理解为是动态调节的燃料单价。单价*消耗量 = 总Gas消耗，即费用。
gasPrice可以动态调节，由矿工和用户自主调节。
5）区块GasLimit与交易GasLimit
区块GasLimitt是单个区块允许的最多可消耗的gas总量，用来限制单个区块中能打包多少笔交易。
交易GasLimit是单笔交易设定的最高消耗Gas量。
例如，我们有4笔交易的GasLimit分别是10、20、30、40.如果区块gas limit是60，那么前3笔交易就能被成功打包进入这个区块。
矿工有权决定将哪些交易打包入区块。所以，另一个矿工可以选择打包第2&4笔交易进入这个区块（20+40）。
如果尝试将一个会使用超过当前区块GasLimit的交易打包，这个交易会被网络拒绝，以太坊客户端会反馈错误”交易超过区块GasLimit”。
6）消息
以太坊中的消息不同于我们常规理解的消息，在EVM中，消息指的是合约与合约之间的触发调用，可以理解为是函数调用，是只存在于EVM内部的，不可序列化的。
7）以太坊客户端
以太坊客户端俗称钱包，提供账户管理、挖矿、转账、智能合约的部署和执行等功能，以太坊节点利用以太坊客户端接入到以太坊网络。开发中使用最广泛的客户端是Geth。
8）账户
在的以太坊有两类账户：即外部账户和合约账户。
以太坊正在试图模糊二者的界限，即你可以同时拥有合约账户和外部账户，这种做法本质上就是让用户按照合约账户的格式来定义外部账户。
合约账户存在于以太坊的特定地址（发布智能合约的地址上），拥有以下特性：
1）拥有以太币余额 2）有相关联的代码 3）通过交易或消息调用的方式触发并由以太坊虚拟机（EVM）解释执行
3. 以太坊的灵魂：Casper
Casper是POS的一个变种。通过增加惩罚机制的方式，解决了Nothing at Stake问题的POS共识机制的一个变种。
Casper是一种基于保证金的经济激励共识协议。协议中的节点，作为“锁定保证金的验证人”，必须先缴纳保证金(这一步叫做锁定保证金，才可以参与出块和共识形成。
Casper共识协议通过对这些保证金的直接控制来约束验证人的行为。具体来说就是，如果一个验证人作出了任何Casper认为“无效”的事情，他的保证金将被罚没，出块和参与共识的权利也会被取消。
保证金的引入解决了"nothing at stake"，也就是经典POS协议中做坏事的代价很低的问题。现在有了代价，而且被客观证明做错事的验证人将会付出这个代价。
参见下图（POS的两大核心问题）
关于POS的Nothing at stake
Nothing at stake：指的是低险的投机。这是POS共识机制最严重的问题，拥有股权的越少的人，作恶成本越低。
比如：如果攻击者fork当前的链，挖矿节点的保证金已经押在了两条链上，他不需要去判断哪条是正确的链，而是都支持，从而导致攻击者得逞，而无论攻击者是否得逞，节点选择全部挖的策略也可以保障自己的收益，所以只要理性节点不是“token大户”，都会去支持攻击者。
关于POS的Long range attack（长距离攻击）
Long range attack 含义：
与Nothing at Stake不同，作恶节点不是去fork现有的主链，而是回到主要的初始阶段的某一块上，试图快速的去创造一个比现有主链更长的链，让网络的其余节点误以为此链为主链。
POW不存在Long range attack问题，原因是：规定了平均10分钟出一块，而且是基于算力的挖矿行为，作恶节点永远也追赶不上主链。
但POS却没有规定准确的出块时间。
Casper通过限定更改区块长度上限来一定程度上降低了Long range attack的发生概率，但是也没有从根本上解决该问题。
Long range attack可以理解为是POS中的女巫攻击。
4.以太坊扩展可选路线
4.1分片Sharding技术
以太坊最新分片技术落实进展。
参加V神在北京以太坊开发者大会上的报告：《何成为Casper+POS分片技术的验证者？》
分片是什么意思呢?
就是如果你有 100 个共识节点,不分片的话,只能同时做一个智能合约。那么你分片的话,比如每 20 个共识节点,分到一个片,那么你就有 5 个片。每个片处理一个智能合约, 你同时就可以做 5个智能合约,那么你速度就提高 15倍。
分片的核心难点是什么？
分片必须要保证同一个地址的交易要分到同一个分片里，不然就会出现“双花”问题-这简直就是天灾。
分片分为硬分片和软分片
硬分片：比如Zilliqa项目。固定600个节点为一个组，其中选举出一个组长，组长负责与其他599个组员节点交互，收集500个签名之后，做一个多重签名出来即可。这样就把信息交互量大幅度减少,交易速度就大幅度的提升了,但是就变中心化了。
软分叉：典型的墨客就是逻辑分片,又叫软分片,是按照智能合约的要求来分片。
4.2雷电网络（闪电网络LightingNetwork）
就是比特币系统用的闪电网络, 在以太坊上面称为雷电网络。
解决的方法,就是把频率高金额小的交易放到链下, 然后在固定时间段,将交易汇聚成一笔更新到链上。在经常发生高频小额交易的节点之间，开辟独有的状态通道。
闪电网络的安全性不是很完善，因此只适合那些高频并且小额度的交易场景。
这个方法,主要处理本地的用户交易,在墨客里面,解决方法叫做Flash,已经报了专利,是在链内的智能合约服务器里实现的。这个也是墨客的交易处理速度能从 5000tps提升到1W+的关键。
本章介绍了一下以太坊的相关知识点，以及以太坊的Casper共识算法的运行机制，下一篇将站在源码角度分析下《Casper分片技术的底层原理》，敬请期待~~~
今天的堂说区块链时间到此结束，个人理解欢迎关注diss。
欢迎关注同名微信技术公众号
