イーサリアム：次世代スマートコントラクトと分散型アプリケーションプラットフォーム
Abstract
Ethereum e uma plataforma de criptomoedas e aplicacoes descentralizadas de nova geracao que introduz uma blockchain com uma linguagem de programacao Turing-completa incorporada. Isso permite que qualquer pessoa escreva smart contracts e aplicacoes descentralizadas onde podem criar suas proprias regras arbitrarias para propriedade, formatos de transacao e funcoes de transicao de estado.
A inovacao fundamental do Ethereum e combinar a tecnologia blockchain pioneira do Bitcoin com um ambiente de programacao de proposito geral. Enquanto o Bitcoin fornece um sistema simples de transicao de estado para mover moeda de uma conta para outra, o Ethereum fornece uma plataforma onde desenvolvedores podem construir qualquer tipo de aplicacao descentralizada que possam imaginar, desde moedas alternativas e instrumentos financeiros ate sistemas de registro de dominios e organizacoes descentralizadas.
O Ethereum alcanca isso construindo o que e essencialmente a camada fundacional abstrata definitiva: uma blockchain com uma linguagem de programacao Turing-completa incorporada, permitindo que qualquer pessoa escreva smart contracts e aplicacoes descentralizadas onde podem criar suas proprias regras arbitrarias para propriedade, formatos de transacao e funcoes de transicao de estado. Uma versao basica do Namecoin pode ser escrita em duas linhas de codigo, e outros protocolos como moedas e sistemas de reputacao podem ser construidos em menos de vinte.
Abstract
Ethereumは、チューリング完全なプログラミング言語を内蔵したブロックチェーンを導入する、次世代の暗号通貨および分散型アプリケーションプラットフォームです。これにより、誰でもスマートコントラクトや分散型アプリケーションを作成し、所有権、トランザクション形式、状態遷移関数に関する独自のルールを自由に定義することができます。
Ethereumの根本的なイノベーションは、Bitcoinによって開拓されたブロックチェーン技術と汎用プログラミング環境を組み合わせたことにあります。Bitcoinがある口座から別の口座への通貨移動のためのシンプルな状態遷移システムを提供するのに対し、Ethereumは開発者が想像しうるあらゆる種類の分散型アプリケーション——代替通貨や金融商品からドメイン登録システム、分散型組織に至るまで——を構築できるプラットフォームを提供します。
Ethereumは、本質的に究極の抽象的基盤レイヤーを構築することでこれを実現します。すなわち、チューリング完全なプログラミング言語を内蔵したブロックチェーンであり、誰でもスマートコントラクトや分散型アプリケーションを作成して、所有権、トランザクション形式、状態遷移関数に関する独自のルールを自由に定義できます。Namecoinの基本的なバージョンはわずか2行のコードで記述でき、通貨やレピュテーションシステムなどの他のプロトコルは20行未満で構築できます。
Introduction and Existing Concepts
O conceito de moeda digital descentralizada, assim como aplicacoes alternativas como registros de propriedade, existe ha decadas. Os protocolos anonimos de dinheiro eletronico das decadas de 1980 e 1990, em sua maioria dependentes de uma primitiva criptografica conhecida como cegamento de Chaum, forneciam uma moeda com alto grau de privacidade, mas os protocolos em grande parte nao conseguiram ganhar tracao devido a sua dependencia de um intermediario centralizado. Em 1998, o b-money de Wei Dai tornou-se a primeira proposta a introduzir a ideia de criar dinheiro atraves da resolucao de quebra-cabecas computacionais, bem como consenso descentralizado, mas a proposta era escassa em detalhes sobre como o consenso descentralizado poderia realmente ser implementado.
Em 2009, uma moeda descentralizada foi implementada na pratica pela primeira vez por Satoshi Nakamoto, combinando primitivas estabelecidas para gerenciar propriedade atraves de criptografia de chave publica com um algoritmo de consenso para rastrear quem possui as moedas, conhecido como "proof of work". O mecanismo por tras do proof of work foi um avanco no campo porque resolveu simultaneamente dois problemas. Primeiro, forneceu um algoritmo de consenso simples e moderadamente eficaz, permitindo que os nos da rede concordassem coletivamente em um conjunto de atualizacoes canonicas ao estado do livro-razao do Bitcoin. Segundo, forneceu um mecanismo para permitir a entrada livre no processo de consenso, resolvendo o problema politico de decidir quem pode influenciar o consenso, enquanto simultaneamente prevenia ataques sybil.
A blockchain do Bitcoin provou ser notavelmente robusta ao longo de seus anos de operacao, mas e inerentemente limitada. A linguagem de scripting do Bitcoin e intencionalmente projetada para ser restritiva e nao Turing-completa, carecendo de loops e muitas outras funcionalidades que seriam necessarias para construir aplicacoes mais complexas. Essa limitacao existe para prevenir loops infinitos e outras formas de ataques computacionais, mas restringe severamente o que pode ser construido sobre o Bitcoin.
Nos ultimos cinco anos, houve varias tentativas de estender a funcionalidade do Bitcoin. Os colored coins buscaram usar a blockchain do Bitcoin para rastrear a propriedade de ativos alternativos, o Namecoin tentou criar um banco de dados descentralizado de registro de nomes, e varios protocolos metacoin buscaram construir camadas adicionais sobre o Bitcoin. Embora essas abordagens tenham mostrado promessa, foram finalmente limitadas pelas capacidades de scripting do Bitcoin e pela incapacidade de acessar dados da blockchain de dentro dos scripts.
O que o Ethereum pretende fornecer e uma blockchain com uma linguagem de programacao Turing-completa totalmente desenvolvida que pode ser usada para criar "contratos" que podem ser usados para codificar funcoes de transicao de estado arbitrarias, permitindo aos usuarios criar qualquer um dos sistemas descritos acima, bem como muitos outros que ainda nao imaginamos, simplesmente escrevendo a logica em poucas linhas de codigo.
Introduction and Existing Concepts
分散型デジタル通貨の概念は、財産登記などの代替的応用と同様に、数十年前から存在していました。1980年代から1990年代にかけての匿名電子マネープロトコルは、主にチャウミアンブラインディングと呼ばれる暗号プリミティブに依存しており、高度なプライバシーを備えた通貨を提供していましたが、中央集権的な仲介者への依存のため、これらのプロトコルは普及に至りませんでした。1998年、Wei Daiのb-moneyが、計算パズルの解決による貨幣創造と分散型コンセンサスの概念を導入した最初の提案となりましたが、分散型コンセンサスの実際の実装方法についての詳細は不十分でした。
2009年、Satoshi Nakamotoによって、分散型通貨が初めて実用的に実装されました。公開鍵暗号による所有権管理の確立された技術と、誰がコインを所有しているかを追跡するための「プルーフ・オブ・ワーク」と呼ばれるコンセンサスアルゴリズムを組み合わせたものです。プルーフ・オブ・ワークの仕組みは、2つの問題を同時に解決したという点で画期的でした。第一に、ネットワーク内のノードがBitcoin台帳の状態に対する正規の更新セットに集団的に合意できる、シンプルかつ適度に効果的なコンセンサスアルゴリズムを提供しました。第二に、コンセンサスプロセスへの自由な参加を可能にする仕組みを提供し、誰がコンセンサスに影響を与えるかを決定するという政治的問題を解決すると同時に、シビル攻撃を防止しました。
Bitcoinブロックチェーンは長年の運用を通じて驚くほど堅牢であることが証明されましたが、本質的な限界があります。Bitcoinのスクリプト言語は意図的に制限的かつ非チューリング完全に設計されており、ループやより複雑なアプリケーションの構築に必要な多くの機能を欠いています。この制限は無限ループやその他の計算攻撃を防ぐために存在しますが、Bitcoin上に構築できるものを大幅に制約しています。
過去5年間で、Bitcoinの機能を拡張するための多くの試みがありました。カラードコインはBitcoinブロックチェーンを利用して代替資産の所有権を追跡しようとし、Namecoinは分散型の名前登録データベースの作成を試み、様々なメタコインプロトコルがBitcoin上に追加レイヤーを構築することを目指しました。これらのアプローチは有望でしたが、Bitcoinのスクリプト機能の制限とスクリプト内からブロックチェーンデータにアクセスできないことにより、最終的には限界がありました。
Ethereumが提供しようとしているのは、完全なチューリング完全プログラミング言語を内蔵したブロックチェーンです。この言語は、任意の状態遷移関数をエンコードできる「コントラクト」の作成に使用でき、ユーザーは上述のシステムのいずれか、さらには我々がまだ想像していない多くのシステムを、わずか数行のコードでロジックを記述するだけで作成することができます。
Bitcoin As A State Transition System
Do ponto de vista tecnico, o livro-razao de uma criptomoeda como o Bitcoin pode ser pensado como um sistema de transicao de estado, onde ha um "estado" que consiste no status de propriedade de todos os bitcoins existentes e uma "funcao de transicao de estado" que recebe um estado e uma transacao e produz um novo estado que e o resultado. Em um sistema bancario padrao, por exemplo, o estado e um balanco patrimonial, uma transacao e uma solicitacao para mover \(X de A para B, e a funcao de transicao de estado reduz o valor na conta de A em \)X e aumenta o valor na conta de B em \(X. Se a conta de A tem menos de \)X inicialmente, a funcao de transicao de estado retorna um erro.
O "estado" no Bitcoin e a colecao de todas as moedas (tecnicamente, "saidas de transacao nao gastas" ou UTXO) que foram cunhadas e ainda nao gastas, onde cada UTXO tem uma denominacao e um proprietario (definido por um endereco de 20 bytes que e essencialmente uma chave publica criptografica). Uma transacao contem uma ou mais entradas, onde cada entrada contem uma referencia a um UTXO existente e uma assinatura criptografica produzida pela chave privada associada ao endereco do proprietario, e uma ou mais saidas, onde cada saida contem um novo UTXO a ser adicionado ao estado.
A funcao de transicao de estado APPLY(S,TX) - S' pode ser definida aproximadamente da seguinte forma:
- Para cada entrada em TX, se o UTXO referenciado nao esta em S, retornar um erro.
- Se a assinatura fornecida nao corresponde ao proprietario do UTXO, retornar um erro.
- Se a soma das denominacoes de todos os UTXO de entrada e menor que a soma das denominacoes de todos os UTXO de saida, retornar um erro.
- Retornar S com todos os UTXO de entrada removidos e todos os UTXO de saida adicionados.
A primeira metade do primeiro passo impede que os remetentes de transacoes gastem moedas que nao existem, a segunda metade do primeiro passo impede que os remetentes gastem moedas de outras pessoas, e o segundo passo garante a conservacao de valor. Para usar isso para pagamentos, o protocolo e o seguinte: suponha que Alice queira enviar 11.7 BTC para Bob. Primeiro, Alice procurara um conjunto de UTXO disponiveis que ela possui e que somem pelo menos 11.7 BTC. Realisticamente, Alice nao conseguira obter exatamente 11.7 BTC; digamos que o minimo que ela pode obter e 6+4+2=12. Ela entao cria uma transacao com essas tres entradas e duas saidas. A primeira saida sera 11.7 BTC com o endereco de Bob como proprietario, e a segunda saida sera o "troco" restante de 0.3 BTC, sendo a proprietaria a propria Alice.
Bitcoin As A State Transition System
技術的な観点から、Bitcoinのような暗号通貨の台帳は状態遷移システムと考えることができます。「状態」はすべての既存bitcoinの所有権の状況で構成され、「状態遷移関数」は状態とトランザクションを受け取り、結果として新しい状態を出力します。標準的な銀行システムでは、例えば、状態は貸借対照表であり、トランザクションはAからBへ\(Xを移動する要求であり、状態遷移関数はAの口座の値を\)X減少させ、Bの口座の値を\(X増加させます。もしAの口座に最初から\)X未満しかなければ、状態遷移関数はエラーを返します。
Bitcoinにおける「状態」は、鋳造されたがまだ使われていないすべてのコイン（技術的には「未使用トランザクション出力」またはUTXO）の集合です。各UTXOは額面と所有者（本質的に暗号公開鍵である20バイトのアドレスで定義される）を持っています。トランザクションは1つ以上の入力を含み、各入力は既存のUTXOへの参照と所有者のアドレスに関連付けられた秘密鍵によって生成された暗号署名を含みます。また、1つ以上の出力を含み、各出力は状態に追加される新しいUTXOを含みます。
状態遷移関数APPLY(S,TX) - S'は、おおよそ以下のように定義できます：
- TX内の各入力について、参照されたUTXOがSに存在しない場合、エラーを返す。
- 提供された署名がUTXOの所有者と一致しない場合、エラーを返す。
- すべての入力UTXOの額面の合計が、すべての出力UTXOの額面の合計より小さい場合、エラーを返す。
- すべての入力UTXOが削除され、すべての出力UTXOが追加されたSを返す。
最初のステップの前半は、トランザクション送信者が存在しないコインを使うことを防ぎ、最初のステップの後半は、トランザクション送信者が他人のコインを使うことを防ぎ、2番目のステップは価値の保存を強制します。これを支払いに使用するためのプロトコルは次の通りです：AliceがBobに11.7 BTCを送りたいとします。まず、Aliceは自分が所有する利用可能なUTXOの中から合計が少なくとも11.7 BTCになるセットを探します。現実的には、Aliceはちょうど11.7 BTCを得ることはできません。得られる最小の組み合わせが6+4+2=12だとします。そして、3つの入力と2つの出力を持つトランザクションを作成します。最初の出力はBobのアドレスを所有者とする11.7 BTCであり、2番目の出力は残りの0.3 BTCの「おつり」で、所有者はAlice自身です。
Mining
Se tivessemos acesso a um servico centralizado confiavel, este sistema seria trivial de implementar; poderia simplesmente ser codificado exatamente como descrito, usando o disco rigido de um servidor centralizado para rastrear o estado. No entanto, com o Bitcoin estamos tentando construir um sistema de moeda descentralizado, entao precisaremos combinar o sistema de transicao de estado com um sistema de consenso para garantir que todos concordem com a ordem das transacoes. O processo de consenso descentralizado do Bitcoin requer que os nos na rede tentem continuamente produzir pacotes de transacoes chamados "blocos". A rede e projetada para produzir aproximadamente um bloco a cada dez minutos, com cada bloco contendo um carimbo de tempo, um nonce, uma referencia ao (ou seja, hash do) bloco anterior e uma lista de todas as transacoes que ocorreram desde o bloco anterior.
Com o tempo, isso cria uma "blockchain" persistente e em constante crescimento que se atualiza constantemente para representar o estado mais recente do livro-razao do Bitcoin. O algoritmo para verificar se um bloco e valido, expresso neste paradigma, e o seguinte:
- Verificar se o bloco anterior referenciado pelo bloco existe e e valido.
- Verificar que o carimbo de tempo do bloco e maior que o do bloco anterior e menor que 2 horas no futuro.
- Verificar que o proof of work do bloco e valido.
- Seja S o estado no final do bloco anterior.
- Suponha que TX e a lista de transacoes do bloco com n transacoes. Para todo i em 0...n-1, definir S = APPLY(S,TX[i]). Se qualquer aplicacao retornar um erro, sair e retornar falso.
- Retornar verdadeiro e registrar S como o estado no final deste bloco.
Essencialmente, cada transacao no bloco deve fornecer uma transicao de estado valida do que era o estado canonico antes da transacao ser executada para algum novo estado. Note que o estado nao esta codificado no bloco de nenhuma forma; e puramente uma abstracao a ser lembrada pelo no validador e so pode ser calculada (de forma segura) para qualquer bloco comecando a partir do estado genesis e aplicando sequencialmente cada transacao em cada bloco.
O minerador e recompensado por seu trabalho computacional com bitcoins recem-criados mais as taxas de transacao. O processo de mineracao funciona da seguinte forma: os mineradores pegam o cabecalho do bloco e fazem hash dele repetidamente com diferentes valores de nonce ate encontrar um hash que esteja abaixo de um certo alvo de dificuldade. Quando um minerador encontra tal hash, transmite o bloco para a rede, e outros nos verificam que o hash e valido e que todas as transacoes no bloco sao validas. O alvo de dificuldade e ajustado automaticamente pelo protocolo a cada 2016 blocos (aproximadamente duas semanas) para garantir que os blocos sejam produzidos a uma taxa aproximadamente constante.
Note que a longo prazo, a seguranca da blockchain depende dos mineradores terem um incentivo financeiro para se comportar honestamente. Se um atacante controlar mais de 50% do poder de mineracao da rede, ele pode potencialmente executar um "ataque de 51%" criando uma blockchain alternativa que cresce mais rapido que a cadeia honesta. No entanto, tal ataque exigiria enormes recursos computacionais e provavelmente resultaria nas recompensas de mineracao do atacante se tornando sem valor a medida que a rede perdesse confianca na integridade da blockchain.
Mining
信頼できる中央集権的なサービスにアクセスできれば、このシステムの実装は自明です。記述された通りにコーディングし、中央サーバーのハードドライブを使って状態を追跡するだけで済みます。しかし、Bitcoinでは分散型通貨システムを構築しようとしているため、すべての人がトランザクションの順序に合意することを保証するために、状態遷移システムとコンセンサスシステムを組み合わせる必要があります。Bitcoinの分散型コンセンサスプロセスでは、ネットワーク内のノードが「ブロック」と呼ばれるトランザクションのパッケージを継続的に生成しようと試みます。ネットワークはおよそ10分ごとに1つのブロックを生成することを意図しており、各ブロックにはタイムスタンプ、ノンス、前のブロックへの参照（すなわちハッシュ）、および前のブロック以降に行われたすべてのトランザクションのリストが含まれます。
時間の経過とともに、これはBitcoin台帳の最新の状態を表すために常に更新される、永続的で成長し続ける「ブロックチェーン」を生み出します。このパラダイムにおいてブロックが有効かどうかを検証するアルゴリズムは以下の通りです：
- ブロックが参照する前のブロックが存在し、有効であることを確認する。
- ブロックのタイムスタンプが前のブロックのタイムスタンプより大きく、未来の2時間以内であることを確認する。
- ブロックのプルーフ・オブ・ワークが有効であることを確認する。
- Sを前のブロックの終了時点の状態とする。
- TXをn個のトランザクションからなるブロックのトランザクションリストとする。0...n-1のすべてのiについて、S = APPLY(S,TX[i])とする。いずれかの適用がエラーを返した場合、終了してfalseを返す。
- trueを返し、Sをこのブロックの終了時点の状態として登録する。
本質的に、ブロック内の各トランザクションは、トランザクション実行前の正規の状態から新しい状態への有効な状態遷移を提供しなければなりません。状態はブロック内にいかなる形でもエンコードされていないことに注意してください。状態は純粋に検証ノードによって記憶される抽象概念であり、ジェネシス状態から始めてすべてのブロック内のすべてのトランザクションを順次適用することによってのみ、任意のブロックに対して（安全に）計算できます。
マイナーは、新しく作成されたbitcoinとトランザクション手数料によって計算作業に対する報酬を受け取ります。マイニングプロセスは次のように機能します：マイナーはブロックヘッダーを取得し、特定の難易度ターゲット以下のハッシュを見つけるまで、異なるノンス値で繰り返しハッシュ化します。マイナーがそのようなハッシュを見つけると、ブロックをネットワークにブロードキャストし、他のノードがハッシュの有効性とブロック内のすべてのトランザクションの有効性を検証します。難易度ターゲットは、ブロックがおおよそ一定の速度で生成されることを保証するために、プロトコルによって2016ブロック（約2週間）ごとに自動的に調整されます。
長期的には、ブロックチェーンのセキュリティはマイナーが正直に行動する経済的インセンティブを持っていることに依存することに注意してください。攻撃者がネットワークのマイニングパワーの50%以上を制御する場合、正直なチェーンよりも速く成長する代替ブロックチェーンを作成することで「51%攻撃」を実行できる可能性があります。しかし、そのような攻撃には膨大な計算リソースが必要であり、ブロックチェーンの完全性に対するネットワークの信頼が失われることで、攻撃者のマイニング報酬が無価値になる可能性が高いでしょう。
Merkle Trees
Merkle trees sao uma estrutura de dados fundamental utilizada nos blocos do Bitcoin para permitir a verificacao eficiente e segura da inclusao de transacoes. Um Merkle tree e uma arvore binaria de hashes onde os nos folha contem hashes de transacoes individuais, e cada no interior contem o hash de seus dois filhos, construindo-se recursivamente ate um unico hash raiz que e armazenado no cabecalho do bloco. Essa estrutura hierarquica permite que qualquer pessoa verifique que uma transacao especifica esta incluida em um bloco baixando apenas o ramo do Merkle tree — a cadeia de hashes desde a transacao ate a raiz — em vez de baixar todas as transacoes do bloco.
Os ganhos de eficiencia sao substanciais: enquanto um no completo do Bitcoin deve armazenar toda a blockchain (aproximadamente 15GB em 2013), um no de verificacao de pagamento simplificada (SPV) so precisa baixar os cabecalhos dos blocos contendo as raizes do Merkle tree, exigindo apenas 4MB de dados. Para verificar uma transacao, um no SPV solicita o ramo do Merkle tree aos nos completos, o que requer apenas O(log n) dados onde n e o numero de transacoes em um bloco. Essa escalabilidade logaritmica torna viavel executar clientes leves em dispositivos moveis e ambientes com recursos limitados.
O uso de Merkle trees pelo Bitcoin demonstra um principio-chave: estruturas criptograficas podem reduzir drasticamente os requisitos de confianca e recursos para participar de uma rede descentralizada. Esse mesmo principio fundamenta o design do Ethereum, onde Merkle trees sao usados nao apenas para transacoes, mas tambem para armazenamento de estado e recibos, permitindo protocolos de clientes leves ainda mais sofisticados.
Merkle Trees
マークル木は、Bitcoinブロックにおいてトランザクションの包含を効率的かつ安全に検証するために使用される基本的なデータ構造です。マークル木はハッシュの二分木であり、リーフノードには個々のトランザクションのハッシュが含まれ、各内部ノードにはその2つの子のハッシュが含まれ、再帰的に構築されて最終的にブロックヘッダーに格納される単一のルートハッシュになります。この階層構造により、ブロック内のすべてのトランザクションをダウンロードすることなく、トランザクションからルートまでのハッシュの連鎖であるマークルブランチのみをダウンロードすることで、特定のトランザクションがブロックに含まれていることを誰でも検証できます。
効率性の向上は顕著です：完全なBitcoinノードはブロックチェーン全体を保存する必要がありますが（2013年時点で約15GB）、簡易支払い検証（SPV）ノードはマークルルートを含むブロックヘッダーのみをダウンロードすればよく、必要なデータはわずか4MBです。トランザクションを検証するために、SPVノードはフルノードにマークルブランチを要求しますが、これにはブロック内のトランザクション数をnとしてO(log n)のデータしか必要ありません。この対数的なスケーリングにより、モバイルデバイスやリソースの限られた環境でも軽量クライアントを実行することが可能になります。
Bitcoinのマークル木の使用は重要な原則を示しています：暗号構造は分散型ネットワークへの参加に必要な信頼とリソースの要件を劇的に削減できるということです。この同じ原則はEthereumの設計にも基盤として存在しており、マークル木はトランザクションだけでなく状態とレシートの保存にも使用され、さらに洗練されたライトクライアントプロトコルを可能にしています。
Alternative Blockchain Applications
O sucesso da blockchain do Bitcoin inspirou inumeras tentativas de estender o conceito alem da simples moeda. Namecoin, lancado em 2010, foi um dos primeiros exemplos — um banco de dados descentralizado de registro de nomes construido sobre uma blockchain, permitindo que os usuarios registrassem nomes em um espaco de nomes distribuido que nenhuma autoridade central poderia censurar ou revogar. Os colored coins surgiram como uma forma de representar ativos alternativos na blockchain do Bitcoin "marcando" saidas de transacao especificas para representar a propriedade de ativos do mundo real, acoes de empresas ou outras criptomoedas. Os metacoins e metaprotocolos como Mastercoin (posteriormente Omni) adicionaram funcionalidade extra sobre o Bitcoin codificando dados adicionais nas transacoes do Bitcoin e construindo regras de protocolo separadas por cima.
No entanto, todas essas abordagens sofriam de limitacoes fundamentais impostas pela arquitetura do Bitcoin. A linguagem de scripting do Bitcoin e intencionalmente restrita — nao pode acessar o estado da blockchain, carece de loops e fluxo de controle complexo, e fornece introspecao limitada sobre os valores das transacoes. Construir aplicacoes sofisticadas exigia solucoes alternativas desajeitadas: codificar metadados em campos de transacao que nunca foram destinados para esse proposito, depender de infraestrutura fora da cadeia para logica complexa, ou aceitar limitacoes severas no que o protocolo poderia realizar.
Essas restricoes motivaram a busca por uma plataforma blockchain de proposito mais geral. Em vez de construir mais um protocolo de proposito especial sobre a base limitada do Bitcoin, o Ethereum adota uma abordagem diferente: fornecer uma blockchain com uma linguagem de programacao Turing-completa incorporada, permitindo que qualquer pessoa escreva smart contracts e aplicacoes descentralizadas com regras arbitrarias para propriedade, formatos de transacao e funcoes de transicao de estado.
Alternative Blockchain Applications
Bitcoinのブロックチェーンの成功は、この概念を単純な通貨を超えて拡張する多くの試みを触発しました。2010年に開始されたNamecoinは最も初期の例の一つであり、ブロックチェーン上に構築された分散型名前登録データベースで、中央機関が検閲や取り消しできない分散型の名前空間にユーザーが名前を登録できるようにしました。カラードコインは、特定のトランザクション出力に「タグ付け」することで、Bitcoinブロックチェーン上で現実世界の資産、会社の株式、または他の暗号通貨の所有権を表す代替資産の手段として登場しました。Mastercoin（後のOmni）などのメタコインやメタプロトコルは、Bitcoinトランザクションに追加データをエンコードし、その上に別のプロトコルルールを構築することで、Bitcoin上に追加機能をレイヤー化しました。
しかし、これらのアプローチはすべて、Bitcoinのアーキテクチャによって課される根本的な制限に苦しみました。Bitcoinのスクリプト言語は意図的に制限されており、ブロックチェーンの状態にアクセスできず、ループや複雑な制御フローを欠き、トランザクション値への内省が限られています。洗練されたアプリケーションを構築するには、不格好な回避策が必要でした：本来そのような目的を想定していないトランザクションフィールドにメタデータをエンコードしたり、複雑なロジックのためにオフチェーンインフラストラクチャに依存したり、プロトコルが達成できることの厳しい制限を受け入れたりする必要がありました。
これらの制約が、より汎用的なブロックチェーンプラットフォームの探求を動機づけました。Bitcoinの限られた基盤の上にさらに別の特殊目的プロトコルを構築するのではなく、Ethereumは異なるアプローチを取ります：チューリング完全なプログラミング言語を内蔵したブロックチェーンを提供し、誰でもスマートコントラクトや分散型アプリケーションを作成して、所有権、トランザクション形式、状態遷移関数に関する任意のルールを定義できるようにします。
Scripting
Bitcoin Script, a linguagem usada para definir as condicoes de gasto das transacoes do Bitcoin, e intencionalmente projetada com severas limitacoes. Nao e Turing-completa — notavelmente, carece de loops e estruturas complexas de fluxo de controle. A linguagem opera como um ambiente de execucao simples baseado em pilha onde as operacoes empurram e extraem valores, avaliam condicoes criptograficas e finalmente retornam verdadeiro ou falso para determinar se uma transacao e valida. Embora essa simplicidade forneca beneficios de seguranca e facilite a analise formal, tambem torna impossivel implementar muitos tipos de aplicacoes.
Essas limitacoes se dividem em tres categorias principais. Primeiro, a falta de completude de Turing impede a implementacao de maquinas de estado complexas, arvores de decisao ou qualquer algoritmo que requeira iteracao. Segundo, a cegueira de valor significa que os scripts nao podem especificar controle detalhado sobre as quantias de saque — um UTXO so pode ser gasto em sua totalidade, com o troco enviado para uma nova saida. Um script nao pode, por exemplo, limitar saques a um maximo de X por dia enquanto deixa o restante bloqueado. Terceiro, a falta de consciencia do estado da blockchain significa que os UTXO estao gastos ou nao gastos sem estados intermediarios, tornando impossivel implementar contratos de multiplas etapas puramente na cadeia.
Essas restricoes tornam aplicacoes sofisticadas como organizacoes autonomas descentralizadas, carteiras de poupanca com limites de saque, exchanges descentralizadas ou mercados de predicao impossiveis ou exigem mecanismos desajeitados fora da cadeia. Um contrato financeiro avancado pode exigir acesso a dados de mercado, a capacidade de manter estado interno atraves de multiplas transacoes e logica condicional complexa — nada do que o Bitcoin Script pode fornecer. O Ethereum elimina essas limitacoes fornecendo uma linguagem Turing-completa com acesso completo ao estado da blockchain.
Scripting
Bitcoin Script——Bitcoinトランザクションの使用条件を定義するために使用される言語——は、意図的に厳しい制限のもとに設計されています。チューリング完全ではなく、特にループや複雑な制御フロー構造を欠いています。この言語は、値のプッシュとポップ、暗号条件の評価を行い、最終的にトランザクションが有効かどうかを判定するためにtrueまたはfalseを返す、単純なスタックベースの実行環境として動作します。このシンプルさはセキュリティ上の利点を提供し、形式的分析を容易にしますが、多くの種類のアプリケーションの実装を不可能にもしています。
これらの制限は主に3つのカテゴリに分類されます。第一に、チューリング完全性の欠如は、複雑な状態機械、決定木、または反復を必要とするいかなるアルゴリズムの実装も妨げます。第二に、値の不可視性は、スクリプトが引き出し金額に対するきめ細かい制御を指定できないことを意味します——UTXOはその全額でしか使用できず、おつりは新しい出力に送られます。例えば、スクリプトは1日あたりの引き出しをX以下に制限し、残りをロックしたままにするということができません。第三に、ブロックチェーン状態の認識の欠如は、UTXOが使用済みか未使用のいずれかであり中間状態がないことを意味し、多段階のコントラクトをオンチェーンのみで実装することを不可能にしています。
これらの制約により、分散型自律組織、引き出し制限付きの貯蓄ウォレット、分散型取引所、予測市場などの高度なアプリケーションは、不可能であるか、不格好なオフチェーンメカニズムを必要とします。高度な金融コントラクトは、市場データへのアクセス、複数のトランザクションにわたる内部状態の維持、複雑な条件ロジックを必要とするかもしれません——これらのいずれもBitcoin Scriptでは提供できません。Ethereumは、ブロックチェーン状態への完全なアクセスを備えたチューリング完全言語を提供することで、これらの制限を取り除きます。
Ethereum
O objetivo fundamental do Ethereum e fornecer uma blockchain com uma linguagem de programacao Turing-completa incorporada que permita a qualquer pessoa escrever smart contracts e aplicacoes descentralizadas onde possam criar suas proprias regras arbitrarias para propriedade, formatos de transacao e funcoes de transicao de estado. Em vez de projetar um protocolo para aplicacoes especificas como moeda, registro de nomes ou negociacao de ativos, o Ethereum fornece uma camada fundacional — uma plataforma de computacao distribuida baseada em blockchain que os desenvolvedores podem usar para construir qualquer aplicacao que possam imaginar.
A arquitetura difere fundamentalmente do modelo UTXO do Bitcoin. O Ethereum usa um sistema baseado em contas onde o estado da blockchain consiste em um mapeamento de enderecos para objetos de conta. Cada conta tem um saldo, um contador de transacoes (nonce), e para contas de contrato, codigo associado e armazenamento. A plataforma inclui uma linguagem de programacao Turing-completa incorporada para escrever codigo de contrato que e executado na Maquina Virtual Ethereum (EVM), um ambiente de execucao baseado em pilha que processa transacoes e transicoes de estado.
Essa generalidade permite uma vasta gama de aplicacoes: criptomoedas alternativas com regras de emissao personalizadas, derivativos financeiros e stablecoins, sistemas de identidade e reputacao, armazenamento de arquivos descentralizado, organizacoes autonomas descentralizadas (DAOs), e muito mais. O whitepaper enfatiza que o Ethereum nao e otimizado para nenhum caso de uso particular, mas sim fornece os blocos de construcao fundamentais — contas, transacoes, uma linguagem Turing-completa e execucao medida por gas — que os desenvolvedores podem combinar para criar qualquer aplicacao que o ecossistema demande.
Ethereum
Ethereumの根本的な目標は、チューリング完全なプログラミング言語を内蔵したブロックチェーンを提供し、誰でもスマートコントラクトや分散型アプリケーションを作成して、所有権、トランザクション形式、状態遷移関数に関する独自のルールを自由に定義できるようにすることです。通貨、名前登録、資産取引などの特定のアプリケーション向けにプロトコルを設計するのではなく、Ethereumは基盤レイヤー——開発者が想像しうるあらゆるアプリケーションを構築するために使用できるブロックチェーンベースの分散コンピューティングプラットフォーム——を提供します。
このアーキテクチャはBitcoinのUTXOモデルとは根本的に異なります。Ethereumはアカウントベースのシステムを使用しており、ブロックチェーンの状態はアドレスからアカウントオブジェクトへのマッピングで構成されます。各アカウントは残高、トランザクションカウンター（ノンス）を持ち、コントラクトアカウントの場合は関連するコードとストレージも持ちます。プラットフォームには、Ethereum仮想マシン（EVM）——トランザクションと状態遷移を処理するスタックベースの実行環境——で実行されるコントラクトコードを記述するための、チューリング完全なプログラミング言語が内蔵されています。
この汎用性により、幅広いアプリケーションが可能になります：カスタム発行ルールを持つ代替暗号通貨、金融デリバティブとステーブルコイン、アイデンティティおよびレピュテーションシステム、分散型ファイルストレージ、分散型自律組織（DAO）、その他多数。ホワイトペーパーは、Ethereumが特定のユースケースに最適化されているのではなく、アカウント、トランザクション、チューリング完全言語、ガスによる計量実行という基本的なビルディングブロックを提供し、開発者がそれらを組み合わせてエコシステムが求めるあらゆるアプリケーションを作成できることを強調しています。
Ethereum Accounts
No Ethereum, o estado e composto por contas, e ha dois tipos fundamentais. As contas de propriedade externa (EOAs) sao controladas por chaves privadas e nao possuem codigo associado — representam usuarios humanos ou entidades externas interagindo com a blockchain. As contas de contrato sao controladas pelo seu codigo de contrato e sao ativadas quando recebem uma mensagem ou transacao. Ambos os tipos compartilham uma estrutura comum: cada conta tem um nonce (um contador usado para garantir que cada transacao so possa ser processada uma vez), um saldo de ether, e para os contratos especificamente, codigo de contrato e armazenamento persistente.
Ether e a criptomoeda interna principal do Ethereum, servindo tanto como meio de transferencia de valor quanto como unidade fundamental para pagar taxas de transacao (gas). Diferentemente do modelo UTXO do Bitcoin onde o valor esta distribuido entre multiplas saidas nao gastas, as contas do Ethereum mantem um saldo simples que aumenta quando recebem ether e diminui quando o enviam. Esse modelo baseado em contas simplifica muitos tipos de aplicacoes, particularmente aquelas que requerem estado persistente ou controle de acesso complexo, embora introduza diferentes consideracoes de seguranca comparado com a abordagem do Bitcoin.
A distincao entre EOAs e contas de contrato e crucial para entender o funcionamento do Ethereum. As EOAs podem iniciar transacoes criando e assinando mensagens com suas chaves privadas, pagando taxas de gas para que suas transacoes sejam incluidas em blocos. As contas de contrato nao podem iniciar transacoes por si mesmas, mas podem enviar mensagens para outros contratos em resposta ao recebimento de uma transacao ou mensagem, permitindo cadeias complexas de execucao onde uma unica transacao externa desencadeia multiplas interacoes de contrato para contrato.
Ethereum Accounts
Ethereumにおいて、状態はアカウントで構成されており、2つの基本的な種類があります。外部所有アカウント（EOA）は秘密鍵によって制御され、関連するコードを持ちません——ブロックチェーンと対話する人間のユーザーや外部エンティティを表します。コントラクトアカウントはそのコントラクトコードによって制御され、メッセージまたはトランザクションを受信した際に起動されます。両方の種類は共通の構造を共有しています：すべてのアカウントはノンス（各トランザクションが一度だけ処理されることを保証するために使用されるカウンター）、Ether残高を持ち、コントラクトの場合は特にコントラクトコードと永続ストレージを持ちます。
Etherは Ethereumの主要な内部暗号通貨であり、価値移転の手段とトランザクション手数料（ガス）を支払うための基本単位の両方として機能します。価値が複数の未使用出力に分散されるBitcoinのUTXOモデルとは異なり、Ethereumのアカウントは単純な残高を維持し、Etherを受信すると増加し、送信すると減少します。このアカウントベースのモデルは、特に永続的な状態や複雑なアクセス制御を必要とする多くの種類のアプリケーションを簡素化しますが、Bitcoinのアプローチとは異なるセキュリティ上の考慮事項を導入します。
EOAとコントラクトアカウントの区別は、Ethereumの動作を理解する上で極めて重要です。EOAは秘密鍵でメッセージを作成・署名してトランザクションを開始でき、トランザクションがブロックに含まれるためにガス手数料を支払います。コントラクトアカウントは自らトランザクションを開始することはできませんが、トランザクションやメッセージの受信に応じて他のコントラクトにメッセージを送信できます。これにより、単一の外部トランザクションが複数のコントラクト間のインタラクションをトリガーする、複雑な実行チェーンが可能になります。
Messages and Transactions
As transacoes no Ethereum sao pacotes de dados assinados criados por contas de propriedade externa e transmitidos para a rede. Uma transacao contem o endereco do destinatario, uma assinatura criptografica provando a identidade do remetente, a quantidade de ether a transferir, um campo de dados opcional (crucial para interagir com contratos), STARTGAS (o numero maximo de passos computacionais que a transacao pode realizar) e GASPRICE (a taxa por passo computacional que o remetente esta disposto a pagar). Os mineradores coletam essas transacoes, as validam, as executam e as incluem em blocos, recebendo as taxas de gas como compensacao.
As mensagens sao conceitualmente similares as transacoes, mas sao produzidas por contratos em vez de atores externos. Quando o codigo de um contrato e executado, ele pode enviar mensagens para outros contratos — essas mensagens internas contem o remetente (o endereco do contrato), o destinatario, uma quantidade de ether a transferir, uma carga de dados opcional e um limite de STARTGAS. As mensagens permitem a comunicacao de contrato para contrato, possibilitando que aplicacoes complexas sejam construidas a partir de multiplos contratos interagindo entre si em vez de programas monoliticos.
O mecanismo de gas e crucial para prevenir abusos: cada passo computacional, operacao de armazenamento e byte de dados em uma transacao consome gas. Se uma transacao ficar sem gas antes de ser concluida, todas as mudancas de estado sao revertidas (exceto o pagamento de gas ao minerador), prevenindo que loops infinitos ou computacao excessiva paralisem a rede. O remetente especifica tanto o orcamento total de gas (STARTGAS) quanto o preco que esta disposto a pagar por unidade (GASPRICE), e qualquer gas nao utilizado e reembolsado apos a execucao ser concluida.
Messages and Transactions
Ethereumにおけるトランザクションは、外部所有アカウントによって作成され、ネットワークにブロードキャストされる署名付きデータパッケージです。トランザクションには、受信者アドレス、送信者の身元を証明する暗号署名、送金するEtherの量、オプションのデータフィールド（コントラクトとのインタラクションにおいて重要）、STARTGAS（トランザクションに許可される計算ステップの最大数）、およびGASPRICE（送信者が計算ステップごとに支払う意思のある手数料）が含まれます。マイナーはこれらのトランザクションを収集し、検証し、実行し、ブロックに含め、報酬としてガス手数料を受け取ります。
メッセージはトランザクションと概念的に似ていますが、外部アクターではなくコントラクトによって生成されます。コントラクトのコードが実行されると、他のコントラクトにメッセージを送信できます——これらの内部メッセージには、送信者（コントラクトアドレス）、受信者、送金するEtherの量、オプションのデータペイロード、およびSTARTGAS制限が含まれます。メッセージはコントラクト間の通信を可能にし、モノリシックなプログラムではなく、複数の相互作用するコントラクトから複雑なアプリケーションを構築できるようにします。
ガスメカニズムは不正利用を防ぐために不可欠です：トランザクション内のすべての計算ステップ、ストレージ操作、データバイトがガスを消費します。トランザクションが完了前にガスを使い果たした場合、すべての状態変更はロールバックされます（マイナーへのガス支払いを除く）。これにより、無限ループや過剰な計算がネットワークを停止させることを防ぎます。送信者はガス予算の合計（STARTGAS）と単位あたりの支払い価格（GASPRICE）の両方を指定し、実行完了後に未使用のガスは返金されます。
Ethereum State Transition Function
A funcao de transicao de estado do Ethereum APPLY(S,TX) - S' define como uma transacao transforma o estado da blockchain, e segue uma sequencia precisa de etapas. Primeiro, o sistema verifica a validade da transacao: verificando que a assinatura esta correta, confirmando que o nonce corresponde ao nonce da conta do remetente, e garantindo que o remetente tem saldo suficiente para pagar o custo inicial (STARTGAS x GASPRICE mais o valor enviado). Se qualquer verificacao falhar, a transacao e rejeitada antes que a execucao comece. Se valida, a taxa de transacao e deduzida da conta do remetente, o nonce do remetente e incrementado, e um contador de gas inicial e definido como STARTGAS menos uma taxa por byte para os dados da transacao.
Em seguida, o sistema transfere o valor de ether especificado do remetente para o destinatario. Se o destinatario e uma conta de propriedade externa, isso completa a transacao. Se o destinatario e uma conta de contrato, o codigo do contrato e executado na Maquina Virtual Ethereum, consumindo gas para cada operacao ate que o codigo seja concluido com sucesso, o codigo pare explicitamente, ou o gas se esgote. Durante a execucao, o contrato pode ler e modificar seu armazenamento, enviar mensagens para outros contratos e criar novos contratos.
Finalmente, se a transferencia de valor falhou (saldo insuficiente) ou a execucao do codigo falhou (ficar sem gas ou encontrar um erro), todas as mudancas de estado sao revertidas — exceto que o remetente ainda paga as taxas de gas ao minerador pela computacao realizada. Se a execucao foi bem-sucedida, o gas restante e reembolsado ao remetente, e o gas consumido e enviado ao minerador como taxa. Esse mecanismo garante que os mineradores sejam compensados pela computacao enquanto previne que a execucao descontrolada consuma recursos ilimitados.
Ethereum State Transition Function
Ethereumの状態遷移関数APPLY(S,TX) - S'は、トランザクションがブロックチェーンの状態をどのように変換するかを定義し、正確な一連のステップに従います。まず、システムはトランザクションの有効性を検証します：署名が正しいことの確認、ノンスが送信者のアカウントノンスと一致することの確認、送信者が前払い費用（STARTGAS × GASPRICE加えて送金額）を支払うのに十分な残高を持っていることの確認です。いずれかのチェックが失敗した場合、実行開始前にトランザクションは拒否されます。有効であれば、トランザクション手数料が送信者のアカウントから差し引かれ、送信者のノンスがインクリメントされ、トランザクションデータのバイトごとの手数料を差し引いたSTARTGASに初期ガスカウンターが設定されます。
次に、システムは指定されたEther値を送信者から受信者に送金します。受信者が外部所有アカウントの場合、これでトランザクションは完了します。受信者がコントラクトアカウントの場合、コントラクトのコードがEthereum仮想マシン内で実行され、コードが正常に完了するか、コードが明示的に停止するか、ガスが尽きるまで、各操作でガスを消費します。実行中、コントラクトはそのストレージの読み書き、他のコントラクトへのメッセージの送信、新しいコントラクトの作成が可能です。
最後に、値の送金が失敗した場合（残高不足）またはコード実行が失敗した場合（ガス切れまたはエラー発生）、すべての状態変更がロールバックされます——ただし、送信者は実行された計算に対するガス手数料をマイナーに支払います。実行が成功した場合、残りのガスは送信者に返金され、消費されたガスは手数料としてマイナーに送られます。このメカニズムにより、マイナーは計算に対する報酬を受け取り、同時に制御不能な実行が無制限のリソースを消費することを防ぎます。
Code Execution
A Maquina Virtual Ethereum (EVM) e o ambiente de execucao onde o codigo dos contratos e executado — uma maquina virtual de baixo nivel baseada em pilha, similar em conceito a Maquina Virtual Java ou WebAssembly. O codigo do contrato e armazenado como uma sequencia de bytes, onde cada byte representa uma operacao (opcode) que a EVM pode executar. O modelo de execucao e deliberadamente simples e deterministico: cada no executando a EVM com o mesmo estado de entrada e transacao deve chegar ao mesmo estado de saida, garantindo o consenso atraves da rede.
A EVM fornece tres tipos distintos de armazenamento para computacao. A pilha (stack) e uma estrutura de ultimo a entrar, primeiro a sair (LIFO) limitada a 1024 elementos, usada para valores de operacao imediatos. A memoria (memory) e um array de bytes infinitamente expansivel que persiste apenas durante a duracao de uma unica chamada de mensagem e e reiniciada entre execucoes. O armazenamento (storage) e o armazem persistente de chave-valor permanentemente associado a cada conta de contrato, onde os contratos mantem seu estado de longo prazo entre transacoes. Esses tipos de armazenamento tem precos diferentes em gas — as operacoes de pilha e memoria sao baratas, enquanto as operacoes de armazenamento sao caras para prevenir o inchaamento da blockchain.
Durante a execucao, o codigo do contrato tem acesso a contexto crucial: pode ler o endereco do remetente da mensagem, a quantidade de ether enviada, a carga de dados fornecida pelo invocador, e propriedades a nivel de bloco como o numero do bloco atual, o carimbo de tempo e o endereco do minerador. O codigo pode retornar um array de bytes de saida ao invocador e pode enviar mensagens para outros contratos ou criar novos contratos. Esse modelo de execucao e Turing-completo — loops e fluxo de controle complexo sao possiveis — mas o mecanismo de gas garante que toda a computacao termine em tempo limitado, resolvendo o problema da parada de forma economica em vez de atraves de restricoes da linguagem.
Code Execution
Ethereum仮想マシン（EVM）は、コントラクトコードが実行されるランタイム環境であり、Java仮想マシンやWebAssemblyと概念的に類似した低レベルのスタックベース仮想マシンです。コントラクトコードはバイトの列として格納され、各バイトはEVMが実行できるオペレーション（オペコード）を表します。実行モデルは意図的にシンプルかつ決定論的です：同じ入力状態とトランザクションでEVMを実行するすべてのノードは、同じ出力状態に到達しなければならず、ネットワーク全体のコンセンサスを保証します。
EVMは計算のために3つの異なるタイプのストレージを提供します。スタックは1024要素に制限された後入先出（LIFO）構造であり、即座の操作値に使用されます。メモリは単一のメッセージコールの間だけ持続し、実行間でリセットされる無限に拡張可能なバイト配列です。ストレージは各コントラクトアカウントに永続的に関連付けられた永続キーバリューストアであり、コントラクトがトランザクションをまたいで長期的な状態を維持する場所です。これらのストレージタイプはガス料金が異なります——スタックとメモリの操作は安価ですが、ストレージ操作はブロックチェーンの肥大化を防ぐために高価です。
実行中、コントラクトコードは重要なコンテキストにアクセスできます：メッセージ送信者のアドレス、送られたEtherの量、呼び出し元が提供したデータペイロード、現在のブロック番号、タイムスタンプ、マイナーアドレスなどのブロックレベルのプロパティを読み取ることができます。コードは呼び出し元に出力バイト配列を返すことができ、他のコントラクトにメッセージを送信したり、新しいコントラクトを作成したりできます。この実行モデルはチューリング完全であり、ループや複雑な制御フローが可能ですが、ガスメカニズムによりすべての計算が有限時間で終了することが保証され、言語の制限ではなく経済的な方法で停止性問題を解決しています。
Blockchain and Mining
A blockchain do Ethereum e fundamentalmente similar a do Bitcoin, servindo como um banco de dados contendo cada transacao ja executada. No entanto, enquanto o Bitcoin armazena apenas uma lista de transacoes, o Ethereum armazena tanto a lista de transacoes quanto o estado mais recente. Cada bloco no Ethereum contem o hash do bloco anterior, uma raiz de estado (o hash raiz do Merkle Patricia trie representando o estado completo), uma raiz de transacoes, uma raiz de recibos (armazenando dados da execucao de transacoes), junto com valores de dificuldade, carimbo de tempo e nonce. O estado em si e um grande Merkle Patricia trie mapeando enderecos para objetos de conta, onde cada conta tem um saldo, nonce, codigo (se presente) e armazenamento.
O Ethereum usa uma versao modificada do protocolo GHOST (Greedy Heaviest Observed Subtree) para abordar problemas de seguranca que surgem de tempos de bloco rapidos. Nos protocolos tradicionais de cadeia mais longa, blocos rapidos levam a altas taxas de obsolescencia, reduzindo a seguranca da rede e aumentando os riscos de centralizacao ja que grandes mineradores desperdicam menos computacao em blocos obsoletos. O GHOST inclui blocos obsoletos (chamados "tios" no Ethereum) no calculo de qual cadeia e mais longa, e fornece recompensas parciais aos blocos tio, incentivando mineradores a referencia-los. Isso permite ao Ethereum manter um tempo de bloco alvo de aproximadamente 12 segundos enquanto preserva a seguranca da rede.
O algoritmo de mineracao funciona de forma similar ao proof of work do Bitcoin, exigindo que os mineradores encontrem um nonce tal que o hash do bloco esteja abaixo de um certo alvo de dificuldade. No entanto, o algoritmo de mineracao de uso intensivo de memoria do Ethereum (Ethash) e projetado para ser resistente a ASIC, promovendo um ecossistema de mineracao mais descentralizado. A dificuldade se ajusta dinamicamente com base nos tempos de bloco para manter o alvo de ~12 segundos, garantindo uma producao de blocos consistente enquanto o protocolo GHOST fornece garantias de seguranca apesar dos tempos de bloco mais rapidos comparados com a media de 10 minutos do Bitcoin.
Blockchain and Mining
Ethereumのブロックチェーンは基本的にBitcoinのものと類似しており、これまでに実行されたすべてのトランザクションを含むデータベースとして機能します。しかし、Bitcoinがトランザクションリストのみを格納するのに対し、Ethereumはトランザクションリストと最新の状態の両方を格納します。Ethereumの各ブロックには、前のブロックのハッシュ、ステートルート（全体の状態を表すマークル・パトリシアトライのルートハッシュ）、トランザクションルート、レシートルート（トランザクション実行からのデータを格納）、そして難易度、タイムスタンプ、ノンスの値が含まれます。状態自体は、アドレスからアカウントオブジェクトへのマッピングである大きなマークル・パトリシアトライであり、各アカウントは残高、ノンス、コード（存在する場合）、およびストレージを持ちます。
Ethereumは、高速なブロック時間から生じるセキュリティ問題に対処するために、GHOST（Greedy Heaviest Observed Subtree）プロトコルの修正版を使用しています。従来の最長チェーンプロトコルでは、高速なブロックは高い陳腐化率をもたらし、ネットワークセキュリティを低下させ、大規模なマイナーが陳腐ブロックでの計算の無駄が少ないため、中央集権化のリスクを増加させます。GHOSTは陳腐ブロック（Ethereumでは「アンクル」と呼ばれる）をどのチェーンが最長かの計算に含め、アンクルブロックに部分的な報酬を提供し、マイナーがそれらを参照するインセンティブを与えます。これにより、Ethereumはネットワークセキュリティを維持しながら、約12秒のターゲットブロック時間を維持できます。
マイニングアルゴリズムはBitcoinのプルーフ・オブ・ワークと同様に機能し、マイナーはブロックのハッシュが特定の難易度ターゲット以下になるノンスを見つける必要があります。しかし、Ethereumのメモリハードなマイニングアルゴリズム（Ethash）はASIC耐性を持つように設計されており、より分散化されたマイニングエコシステムを促進します。難易度はブロック時間に基づいて動的に調整され、約12秒のターゲットを維持し、一貫したブロック生成を保証します。一方、GHOSTプロトコルはBitcoinの10分の平均と比較してより高速なブロック時間にもかかわらず、セキュリティ保証を提供します。
Applications
As aplicacoes que podem ser construidas sobre o Ethereum se dividem em tres amplas categorias. A primeira categoria sao as aplicacoes financeiras, fornecendo aos usuarios formas mais poderosas de gerenciar e participar de contratos envolvendo seu dinheiro. Isso inclui sub-moedas, derivativos financeiros, contratos de hedge, carteiras de poupanca com limites de saque, testamentos que distribuem fundos automaticamente, e ate contratos de emprego que calculam pagamentos com base na verificacao de trabalho concluido. Essas aplicacoes aproveitam a programabilidade do Ethereum para criar instrumentos financeiros complexos que seriam impossiveis ou extremamente dificeis de implementar em sistemas tradicionais ou mesmo no Bitcoin.
A segunda categoria sao as aplicacoes semi-financeiras, onde o dinheiro esta envolvido, mas tambem ha um componente nao monetario substancial no que esta sendo feito. Um exemplo perfeito sao as recompensas auto-executaveis para solucoes de problemas computacionais. Alguem poderia publicar um problema computacional junto com uma recompensa, e o contrato poderia verificar automaticamente as solucoes enviadas e pagar a recompensa para a primeira resposta correta. Essa categoria faz a ponte entre financas puras e outros dominios, usando incentivos economicos para resolver problemas ou coordenar comportamento.
A terceira categoria sao as aplicacoes que nao tem nada a ver com dinheiro, como sistemas de votacao online e governanca descentralizada. Essas aplicacoes nao financeiras demonstram a flexibilidade do Ethereum como plataforma de proposito geral. Os exemplos incluem sistemas de nomes de dominio descentralizados como Namecoin, sistemas de reputacao, armazenamento de arquivos descentralizado e ferramentas de governanca organizacional. De todos esses tipos de aplicacoes, os sistemas de tokens surgiram como os mais comuns e fundamentais, servindo como blocos de construcao para muitas outras aplicacoes.
Applications
Ethereum上に構築できるアプリケーションは、大きく3つのカテゴリに分類されます。第一のカテゴリは金融アプリケーションであり、ユーザーに自分のお金に関するコントラクトを管理・締結するより強力な方法を提供します。これにはサブ通貨、金融デリバティブ、ヘッジコントラクト、引き出し制限付きの貯蓄ウォレット、自動的に資金を分配する遺言、さらには検証された作業完了に基づいて支払いを計算する雇用契約が含まれます。これらのアプリケーションはEthereumのプログラマビリティを活用して、従来のシステムやBitcoin上でも実装が不可能または極めて困難な複雑な金融商品を作成します。
第二のカテゴリは半金融アプリケーションであり、お金が関与しますが、行われていることの非金銭的な側面も相当なものです。完璧な例は、計算問題の解決に対する自己強制型の報奨金です。誰かが報酬とともに計算問題を投稿し、コントラクトが提出された解決策を自動的に検証し、最初の正解に報奨金を支払うことができます。このカテゴリは純粋な金融と他の領域を橋渡しし、経済的インセンティブを使用して問題を解決したり行動を調整したりします。
第三のカテゴリは、お金とは一切関係のないアプリケーションであり、オンライン投票や分散型ガバナンスシステムなどです。これらの非金融アプリケーションは、汎用プラットフォームとしてのEthereumの柔軟性を示しています。例としては、Namecoinのような分散型ドメインネームシステム、レピュテーションシステム、分散型ファイルストレージ、組織ガバナンスツールなどがあります。すべてのアプリケーションタイプの中で、トークンシステムが最も一般的かつ基本的なものとして台頭しており、他の多くのアプリケーションのビルディングブロックとして機能しています。
Token Systems
Os sistemas de tokens sao surpreendentemente simples de implementar no Ethereum, apesar de serem uma das aplicacoes mais poderosas e comuns. Em sua essencia, os sistemas de tokens sao simplesmente um banco de dados com uma unica operacao: subtrair X unidades da conta A e adicionar X unidades a conta B, com a condicao de que A tinha pelo menos X unidades antes da transacao e a transacao e autorizada por A. A implementacao requer manter um mapeamento de enderecos para saldos e fornecer uma funcao de transferencia que realize as verificacoes apropriadas antes de mover tokens entre contas.
O codigo do contrato para um sistema de tokens basico e notavelmente simples e pode ser escrito em apenas algumas linhas. Consiste em uma estrutura de dados mapeando enderecos para saldos, uma funcao de inicializacao que atribui o fornecimento inicial de tokens, e uma funcao de transferencia que verifica o saldo e a autorizacao do remetente antes de executar a transferencia. Essa simplicidade contrasta fortemente com a complexidade necessaria para implementar sistemas semelhantes no Bitcoin, que exigiria solucoes alternativas significativas e limitacoes devido as capacidades restritas de scripting do Bitcoin.
Os tokens no Ethereum podem representar virtualmente qualquer coisa de valor. Podem representar sub-moedas com suas proprias politicas monetarias, derivativos financeiros que rastreiam ativos externos, acoes de empresas com direitos a dividendos, pontos de fidelidade em programas de clientes, commodities como ouro ou petroleo, ou ate representacoes de propriedade fisica. A programabilidade do Ethereum permite que esses tokens tenham regras arbitrarias governando seu comportamento, como restricoes de transferencia, mecanismos de queima automatica, distribuicoes de dividendos ou direitos de governanca. Essa flexibilidade tornou os sistemas de tokens o bloco de construcao fundamental para grande parte do ecossistema Ethereum.
Token Systems
トークンシステムは、最も強力で一般的なアプリケーションの一つであるにもかかわらず、Ethereum上での実装は驚くほど簡単です。その核心において、トークンシステムは単一の操作を持つデータベースに過ぎません：アカウントAからX単位を差し引き、アカウントBにX単位を加える。ただし、トランザクション前にAが少なくともX単位を保有しており、トランザクションがAによって承認されていることが条件です。実装には、アドレスから残高へのマッピングを維持し、トークンをアカウント間で移動する前に適切なチェックを行う送金関数を提供する必要があります。
基本的なトークンシステムのコントラクトコードは非常にシンプルで、わずか数行で記述できます。アドレスから残高へのマッピングのデータ構造、初期トークン供給量を割り当てる初期化関数、送信者の残高と承認をチェックしてから送金を実行する送金関数で構成されます。このシンプルさは、Bitcoinの制限されたスクリプト機能のために大幅な回避策と制限が必要な同様のシステムの実装の複雑さとは対照的です。
Ethereum上のトークンは、価値のあるものであれば事実上何でも表すことができます。独自の金融政策を持つサブ通貨、外部資産を追跡する金融デリバティブ、配当権付きの会社株式、顧客プログラムのロイヤリティポイント、金や石油などの商品、さらには物理的財産の表現までも可能です。Ethereumのプログラマビリティにより、これらのトークンは送金制限、自動バーンメカニズム、配当分配、ガバナンス権限など、その行動を支配する任意のルールを持つことができます。この柔軟性により、トークンシステムはEthereumエコシステムの大部分の基盤となるビルディングブロックとなっています。
Financial Derivatives and Stable-Value Currencies
Os derivativos financeiros representam uma das aplicacoes mais fundamentais e importantes dos smart contracts do Ethereum. Um simples contrato de hedge demonstra o mecanismo basico: a parte A deposita uma certa quantidade de ether no valor de \(1000, a parte B deposita uma quantidade equivalente, e o contrato registra o valor em USD do ether naquele momento usando um feed de dados. Apos 30 dias, o contrato recalcula o valor e envia ether no valor de \)1000 para A e o restante para B. Se o preco do ether subiu, A recebe menos ether mas mantem o valor de $1000; se caiu, A recebe mais ether para manter esse valor. Isso permite que A se proteja contra a volatilidade enquanto B especula sobre os movimentos de preco.
A implementacao de tais contratos requer acesso a dados externos atraves de contratos oraculo ou feeds de dados. Esses oraculos fornecem informacoes de precos, dados meteorologicos ou outras informacoes do mundo real que os contratos precisam para executar corretamente. Embora os oraculos introduzam uma dependencia de confianca, podem ser projetados com redundancia e incentivos criptoeconomicos para fornecer dados confiaveis. O contrato em si simplesmente consulta o oraculo, realiza calculos com base nesses dados e distribui fundos de acordo com sua logica programada.
Stablecoins e instrumentos financeiros mais complexos podem ser construidos usando mecanismos similares. Um contrato de stablecoin poderia manter uma reserva de ether e emitir tokens atrelados a uma moeda fiduciaria, ajustando automaticamente o fornecimento ou os requisitos de colateral com base em feeds de precos. Contratos de opcoes, futuros, swaps e outros derivativos que normalmente exigiriam marcos legais complexos e intermediarios confiaveis podem ser codificados como smart contracts auto-executaveis. Essa infraestrutura de financas programaveis permite engenharia financeira sofisticada mantendo as garantias de transparencia e seguranca da tecnologia blockchain.
Financial Derivatives and Stable-Value Currencies
金融デリバティブは、Ethereumスマートコントラクトの最も基本的かつ重要なアプリケーションの一つです。シンプルなヘッジコントラクトが基本的な仕組みを示しています：当事者Aが1000ドル相当のEtherを預け入れ、当事者Bが同等の金額を預け入れ、コントラクトがデータフィードを使用してその時点でのEtherのUSD価値を記録します。30日後、コントラクトは価値を再計算し、1000ドル相当のEtherをAに送り、残りをBに送ります。Etherの価格が上昇した場合、Aはより少ないEtherを受け取りますが1000ドルの価値を維持します。価格が下落した場合、Aはその価値を維持するためにより多くのEtherを受け取ります。これにより、Aはボラティリティに対してヘッジし、Bは価格変動に投機することができます。
このようなコントラクトの実装には、オラクルコントラクトやデータフィードを通じた外部データへのアクセスが必要です。これらのオラクルは、コントラクトが適切に実行するために必要な価格情報、気象データ、その他の現実世界の情報を提供します。オラクルは信頼への依存を導入しますが、冗長性と暗号経済的インセンティブを備えた設計により、信頼性の高いデータを提供できます。コントラクト自体は単にオラクルに問い合わせ、そのデータに基づいて計算を行い、プログラムされたロジックに従って資金を分配します。
ステーブルコインやより複雑な金融商品も、同様のメカニズムを使用して構築できます。ステーブルコインのコントラクトは、Etherのリザーブを維持し、法定通貨にペッグされたトークンを発行し、価格フィードに基づいて供給量や担保要件を自動的に調整することができます。オプション契約、先物、スワップ、その他のデリバティブは、通常であれば複雑な法的枠組みと信頼できる仲介者を必要としますが、代わりに自己実行型のスマートコントラクトとしてエンコードできます。このプログラマブルな金融インフラストラクチャは、ブロックチェーン技術の透明性とセキュリティ保証を維持しながら、高度な金融工学を可能にします。
Identity and Reputation Systems
Um sistema de registro de nomes similar ao Namecoin e trivialmente implementavel no Ethereum e serve como o exemplo mais simples de um sistema de identidade. O contrato mantem um banco de dados com uma tabela chave-valor mapeando nomes para dados associados (como enderecos IP, chaves publicas ou outras informacoes). Qualquer pessoa pode registrar um nome enviando uma transacao para o contrato junto com uma pequena taxa de registro, desde que esse nome ainda nao esteja em uso. O proprietario pode atualizar os dados associados a qualquer momento, e os nomes podem ser tornados transferiveis ou permanentes de acordo com as regras codificadas no contrato.
Sistemas de identidade mais avancados podem ser construidos sobre essa base para incluir pontuacoes de reputacao, relacoes de rede de confianca e verificacao de identidade descentralizada. Por exemplo, um contrato poderia manter pontuacoes de reputacao baseadas em transacoes verificadas, avaliacoes de pares ou conclusao de tarefas. Essas pontuacoes seriam publicamente visiveis e criptograficamente vinculadas a enderecos especificos, criando uma reputacao portatil que segue os usuarios atraves das aplicacoes. Os sistemas de rede de confianca poderiam permitir que os usuarios atestassem a identidade de outros, construindo grafos sociais que ajudam a distinguir usuarios legitimos de atores maliciosos.
Tais sistemas de identidade e reputacao se tornam particularmente poderosos quando integrados com outras aplicacoes. Um marketplace poderia exigir pontuacoes minimas de reputacao para vendedores, uma plataforma de emprestimos poderia ajustar as taxas de juros com base na reputacao do tomador, ou uma rede social poderia usar a rede de confianca para filtrar spam e conteudo fraudulento. Ao fornecer uma infraestrutura compartilhada de identidade que qualquer aplicacao pode consultar, o Ethereum permite uma nova classe de aplicacoes baseadas em confianca que nao dependem de provedores de identidade centralizados ou sistemas de reputacao proprietarios.
Identity and Reputation Systems
Namecoinに類似した名前登録システムは、Ethereum上で簡単に実装でき、アイデンティティシステムの最もシンプルな例として機能します。コントラクトは、名前から関連データ（IPアドレス、公開鍵、その他の情報など）へのマッピングであるキーバリューテーブルを持つデータベースを維持します。その名前がまだ取得されていなければ、少額の登録料とともにコントラクトにトランザクションを送信することで、誰でも名前を登録できます。所有者はいつでも関連データを更新でき、名前はコントラクトにエンコードされたルールに従って、譲渡可能にも永続的にもできます。
この基盤の上に、レピュテーションスコア、信頼の網の関係、分散型アイデンティティ検証を含む、より高度なアイデンティティシステムを構築できます。例えば、コントラクトは検証済みトランザクション、ピア評価、タスクの完了に基づいてレピュテーションスコアを維持できます。これらのスコアは公開され、暗号的に特定のアドレスに紐付けられ、アプリケーション間で持ち運び可能なレピュテーションを作成します。信頼の網システムにより、ユーザーは他者のアイデンティティを保証し、正当なユーザーと悪意ある行為者を区別するのに役立つソーシャルグラフを構築できます。
このようなアイデンティティおよびレピュテーションシステムは、他のアプリケーションと統合された場合に特に強力になります。マーケットプレイスは販売者に最低限のレピュテーションスコアを要求でき、融資プラットフォームは借り手のレピュテーションに基づいて金利を調整でき、ソーシャルネットワークは信頼の網を使用してスパムや不正コンテンツをフィルタリングできます。あらゆるアプリケーションが照会できるアイデンティティのための共有インフラストラクチャを提供することで、Ethereumは中央集権的なアイデンティティプロバイダーや独自のレピュテーションシステムに依存しない、新たな信頼ベースのアプリケーション群を可能にします。
Decentralized File Storage
O armazenamento descentralizado de arquivos pode ser implementado atraves de contratos Ethereum que coordenam entre usuarios que precisam de armazenamento e provedores que o oferecem. Em um modelo de "Dropbox descentralizado", os usuarios pagariam uma taxa mensal para enviar arquivos, com o contrato distribuindo pagamentos aos provedores de armazenamento que provem que estao realmente armazenando os dados. O mecanismo de prova funciona atraves de desafios criptograficos periodicos: o contrato seleciona aleatoriamente porcoes de arquivos e pede aos provedores que fornecam provas de Merkle tree demonstrando que possuem aqueles dados. Os provedores que falharem nos desafios ou ficarem offline perderiam seus depositos e fluxo de pagamentos futuros.
Essa abordagem oferece varias vantagens sobre o armazenamento centralizado. As provas de Merkle tree permitem verificacao eficiente — os usuarios e o contrato podem confirmar a disponibilidade de arquivos sem baixar arquivos inteiros. O sistema distribui naturalmente os arquivos entre multiplos provedores independentes, criando redundancia sem exigir protocolos de replicacao explicitos. Os incentivos economicos alinham o comportamento do provedor com as necessidades do usuario: os provedores ganham dinheiro armazenando dados de forma confiavel e perdem dinheiro se nao o fizerem. Isso elimina o requisito de confianca inerente nas solucoes de armazenamento centralizado.
Os custos de armazenamento em tal sistema podem ser potencialmente mais baixos que as alternativas centralizadas por varias razoes. A eliminacao de precos monopolistas permite que a competicao de mercado reduza os custos para perto do custo real de armazenamento. A redundancia implicita de multiplos usuarios armazenando arquivos semelhantes pode reduzir os requisitos totais de armazenamento. Nao ha necessidade de infraestrutura cara de data centers ou custos corporativos gerais. No entanto, permanecem desafios em torno dos mecanismos de pagamento, garantir participacao adequada de provedores e gerenciar o equilibrio entre redundancia e custo. Apesar desses desafios, o armazenamento descentralizado demonstra como o Ethereum pode coordenar interacoes complexas de multiplas partes apenas atraves de incentivos economicos.
Decentralized File Storage
分散型ファイルストレージは、ストレージを必要とするユーザーとストレージを提供するプロバイダーの間を調整するEthereumコントラクトを通じて実装できます。「分散型Dropbox」モデルでは、ユーザーが月額料金を支払ってファイルをアップロードし、コントラクトがデータを実際に保存していることを証明するストレージプロバイダーに支払いを分配します。証明メカニズムは定期的な暗号チャレンジを通じて機能します：コントラクトがファイルの一部をランダムに選択し、プロバイダーにそのデータを所持していることを示すマークル木の証明を提供するよう求めます。チャレンジに失敗したりオフラインになったプロバイダーは、保証金と将来の支払いの流れを失います。
このアプローチは中央集権的なストレージに対していくつかの利点を提供します。マークル木の証明により効率的な検証が可能です——ユーザーとコントラクトはファイル全体をダウンロードすることなくファイルの可用性を確認できます。システムは自然にファイルを複数の独立したプロバイダーに分散させ、明示的なレプリケーションプロトコルを必要とせずに冗長性を生み出します。経済的インセンティブはプロバイダーの行動をユーザーのニーズに合わせます：プロバイダーはデータを確実に保存することで収益を得、それを怠ると損失を被ります。これにより、中央集権的なストレージソリューションに固有の信頼要件が排除されます。
このようなシステムにおけるストレージコストは、いくつかの理由から中央集権的な代替手段よりも低くなる可能性があります。独占的価格設定の排除により、市場競争がコストをストレージの実際のコストに近いところまで引き下げます。複数のユーザーが類似のファイルを保存することによる暗黙的な冗長性が、総ストレージ要件を削減できます。高価なデータセンターインフラストラクチャや企業のオーバーヘッドが不要です。しかし、支払いメカニズム、十分なプロバイダー参加の確保、冗長性とコストのトレードオフの管理に関する課題が残っています。これらの課題にもかかわらず、分散型ストレージは、Ethereumが経済的インセンティブのみを通じて複雑な多者間のインタラクションを調整できることを示しています。
Decentralized Autonomous Organizations
Uma Organizacao Autonoma Descentralizada (DAO) e uma entidade virtual que possui um conjunto de membros ou acionistas que coletivamente tem o direito de gastar os fundos da entidade e modificar seu codigo. Uma DAO tipica opera com uma regra simples: 67% dos membros sao necessarios para tomar decisoes de gasto ou modificar o codigo da organizacao. Os membros podem enviar propostas, votar nelas, e se uma proposta receber apoio suficiente, o contrato executa automaticamente a decisao. As participacoes de membresia podem ser transferiveis, permitindo um mercado liquido para a participacao na DAO, e diferentes classes de participacoes podem ter diferentes direitos de voto ou reivindicacoes economicas.
O design mais simples de uma DAO e um contrato auto-modificavel que mantem uma lista de membros e requer maioria de 2/3 de votos para alterar qualquer aspecto do contrato, incluindo suas proprias regras de votacao. Os membros enviariam mudancas de codigo como transacoes, outros membros votariam, e ao atingir o limiar, o contrato se atualizaria. Designs mais sofisticados poderiam incluir sistemas de votacao delegada onde os membros podem atribuir seu poder de voto a representantes, ou democracia liquida onde os votos podem ser delegados mas reivindicados a qualquer momento para decisoes importantes.
As DAOs podem servir a diversos propositos alem da simples gestao de fundos. Uma DAO poderia funcionar como uma corporacao descentralizada, contratando prestadores de servicos, comprando servicos e distribuindo lucros aos acionistas — tudo governado por codigo de smart contract em vez de estruturas legais tradicionais. Poderia operar como um fundo de investimento descentralizado, com os membros votando sobre quais projetos financiar. Poderia gerenciar um recurso comum, com as partes interessadas votando sobre as regras de alocacao. A ideia-chave e que ao codificar as regras de governanca em codigo transparente e imutavel e vincula-las a uma participacao economica, as DAOs podem coordenar decisoes de grupo sem exigir gestao hierarquica tradicional ou aplicacao legal.
Decentralized Autonomous Organizations
分散型自律組織（DAO）は、メンバーまたは株主のセットを持ち、その組織の資金を支出しコードを修正する権利を集団的に持つ仮想エンティティです。典型的なDAOはシンプルなルールで運営されます：支出の決定または組織のコードの修正にはメンバーの67%が必要です。メンバーは提案を提出し、投票することができ、提案が十分な支持を得た場合、コントラクトが自動的にその決定を実行します。メンバーシップシェアは譲渡可能にでき、DAOへの参加に流動的な市場を可能にし、異なるクラスのシェアは異なる議決権や経済的請求権を持つことができます。
最もシンプルなDAOの設計は、メンバーリストを維持し、コントラクトのいかなる側面（自身の投票ルールを含む）の変更にも3分の2の多数決を必要とする自己修正コントラクトです。メンバーはコード変更をトランザクションとして提出し、他のメンバーが投票し、閾値に達するとコントラクトが自身を更新します。より洗練された設計には、メンバーが投票権を代表者に委任できる代理投票システムや、投票を委任できるが重要な決定の際にはいつでも取り戻せるリキッドデモクラシーなどがあります。
DAOは単純な資金管理を超えて様々な目的に使用できます。DAOは分散型企業として機能し、請負業者を雇用し、サービスを購入し、利益を株主に分配することができ——すべてが従来の法的構造ではなくスマートコントラクトコードによって統治されます。分散型投資ファンドとして運営され、メンバーがどのプロジェクトに資金を提供するかを投票できます。共有資源を管理し、利害関係者が配分ルールについて投票できます。重要な洞察は、ガバナンスルールを透明で不変のコードにエンコードし、経済的利害と結びつけることで、DAOは従来の階層的な管理や法的強制なしにグループの意思決定を調整できるということです。
Further Applications
Alem das categorias principais ja discutidas, o Ethereum possibilita numerosas outras aplicacoes. Carteiras de poupanca com recursos de seguranca sofisticados podem impor limites de saque diarios enquanto fornecem chaves de emergencia para recuperacao, protegendo os usuarios contra roubo enquanto mantem o controle final. Contratos de seguro agricola podem pagar automaticamente aos agricultores com base em feeds de dados meteorologicos, eliminando o processamento de sinistros e reduzindo os custos administrativos. Aplicacoes de apostas peer-to-peer podem operar sem nenhum intermediario confiavel, com smart contracts mantendo as apostas e pagando automaticamente aos vencedores com base em numeros aleatorios verificaveis ou dados de eventos do mundo real.
Os mercados de predicao on-chain permitem que os usuarios apostem em eventos futuros, criando poderosos mecanismos de previsao atraves da sabedoria das massas. Estes podem ser aprimorados com protocolos do tipo SchellingCoin para criar oraculos descentralizados: os participantes reportam dados independentemente (como resultados eleitorais ou condicoes meteorologicas), e aqueles cujos relatorios correspondem a maioria recebem recompensas enquanto os valores discrepantes sao penalizados. Essa abordagem criptoeconomica incentiva o relato honesto e pode fornecer dados do mundo real confiaveis para outros contratos sem exigir confianca em nenhum provedor de oraculo individual.
As carteiras multisig representam outra aplicacao importante, permitindo o controle compartilhado de fundos entre multiplas partes. Uma carteira multisig 2-de-3 poderia exigir que duas de tres partes designadas aprovem uma transacao antes que os fundos possam ser gastos, util para acordos de garantia, tesourarias corporativas ou seguranca pessoal. Os marketplaces descentralizados podem combinar sistemas de identidade, pontuacoes de reputacao, contratos de garantia e mecanismos de resolucao de disputas para permitir o comercio peer-to-peer sem plataformas centralizadas. Cada uma dessas aplicacoes demonstra como a programabilidade do Ethereum permite novos modelos de confianca e estruturas organizacionais.
Further Applications
すでに議論した主要なカテゴリを超えて、Ethereumは他にも多数のアプリケーションを可能にします。高度なセキュリティ機能を持つ貯蓄ウォレットは、回復用の緊急キーを提供しながら日次の引き出し制限を課し、最終的な管理権を維持しつつ盗難からユーザーを保護できます。農作物保険コントラクトは、気象データフィードに基づいて農家に自動的に支払いを行い、保険金請求処理を排除し管理上のオーバーヘッドを削減できます。ピアツーピアのギャンブルアプリケーションは、信頼できる仲介者なしで運営でき、スマートコントラクトが賭け金を保持し、検証可能な乱数または現実世界のイベントデータに基づいて自動的に勝者に支払います。
オンチェーンの予測市場は、ユーザーが将来のイベントに賭けることを可能にし、群衆の知恵を通じて強力な予測メカニズムを生み出します。これらはSchellingCoinスタイルのプロトコルで強化し、分散型オラクルを作成できます：参加者は独立してデータ（選挙結果や気象条件など）を報告し、多数派と一致した報告をした者には報酬が与えられ、外れ値にはペナルティが課されます。この暗号経済的アプローチは正直な報告にインセンティブを与え、単一のオラクルプロバイダーへの信頼を必要とせずに、他のコントラクトに信頼性の高い現実世界のデータを提供できます。
マルチシグウォレットは、複数の当事者間での資金の共有管理を可能にするもう一つの重要なアプリケーションです。2-of-3のマルチシグウォレットは、資金の支出前に指定された3者のうちいずれか2者による承認を必要とし、エスクロー取引、企業の財務管理、個人のセキュリティに有用です。分散型マーケットプレイスは、アイデンティティシステム、レピュテーションスコア、エスクローコントラクト、紛争解決メカニズムを組み合わせて、中央集権的なプラットフォームなしにピアツーピアの商取引を可能にできます。これらのアプリケーションのそれぞれが、Ethereumのプログラマビリティが新しい信頼モデルと組織構造を可能にすることを示しています。
Miscellanea And Concerns
A implementacao do Ethereum do protocolo GHOST modificado inclui regras especificas para inclusao e recompensas de tios. Os tios devem ser filhos diretos de um ancestral do bloco atual (entre 2 e 7 geracoes atras), devem ser cabecalhos de bloco validos, devem ser distintos de tios anteriores e nao devem ser ancestrais diretos do bloco atual. Os blocos tio recebem 87.5% da recompensa padrao de bloco, enquanto o bloco que os inclui recebe um adicional de 3.125% por cada tio incluido (ate dois tios). Essa estrutura de incentivos encoraja os mineradores a referenciar blocos obsoletos que observam, fortalecendo a seguranca da rede enquanto recompensa mineradores que tiveram ma sorte temporaria com a propagacao da rede.
O sistema de taxas e baseado no conceito de "gas", onde cada operacao computacional tem um custo fixo em gas. Por exemplo, uma operacao de multiplicacao custa 5 gas, um hash SHA256 custa 20 gas, e cada transacao tem um custo base de 21.000 gas. Os usuarios especificam tanto um limite de gas (maximo de gas que estao dispostos a consumir) quanto um preco de gas (quanto ether pagarao por unidade de gas). Esse sistema serve a multiplos propositos: previne loops infinitos e ataques de negacao de servico garantindo que toda computacao seja paga, cria um mercado para espaco de bloco onde os usuarios fazem lances via precos de gas, e permite que mineradores definam um preco minimo de gas que estao dispostos a aceitar, protegendo os recursos da rede.
A escalabilidade continua sendo uma preocupacao significativa, ja que cada no completo deve processar cada transacao para verificar o estado. As arquiteturas blockchain atuais lutam para igualar o throughput de transacoes dos sistemas centralizados. Solucoes potenciais incluem sharding de estado, onde diferentes nos processam diferentes subconjuntos de transacoes, e uma transicao de proof of work para consenso proof of stake, que poderia permitir producao de blocos mais eficiente. Clientes leves usando provas de Merkle podem verificar transacoes sem processar todos os blocos, mas alguem ainda precisa processar tudo. Esses desafios de escalabilidade representam areas ativas de pesquisa e desenvolvimento criticas para a viabilidade de longo prazo do Ethereum.
Miscellanea And Concerns
Ethereumの修正GHOSTプロトコルの実装には、アンクルの包含と報酬に関する具体的なルールが含まれます。アンクルは現在のブロックの祖先の直接の子でなければならず（2世代から7世代前の間）、有効なブロックヘッダーでなければならず、以前のアンクルとは異なるものでなければならず、現在のブロックの直接の祖先であってはなりません。アンクルブロックは標準的なブロック報酬の87.5%を受け取り、包含するブロックは包含されたアンクル1つあたり追加の3.125%を受け取ります（最大2つのアンクルまで）。このインセンティブ構造により、マイナーは観察した陳腐ブロックを参照するよう促され、ネットワークセキュリティを強化しながら、ネットワーク伝播の一時的な不運を経験したマイナーに報酬を与えます。
手数料システムは「ガス」の概念に基づいており、すべての計算操作には固定のガスコストがあります。例えば、乗算操作は5ガス、SHA256ハッシュは20ガスのコストがかかり、すべてのトランザクションには21,000ガスの基本コストがかかります。ユーザーはガスリミット（消費する意思のある最大ガス）とガスプライス（ガス単位あたり支払うEtherの量）の両方を指定します。このシステムは複数の目的を果たします：すべての計算に対価が支払われることを保証することで無限ループやサービス拒否攻撃を防止し、ユーザーがガスプライスを通じて入札するブロックスペースの市場を作り出し、マイナーが受け入れる最低ガスプライスを設定できるようにしてネットワークリソースを保護します。
スケーラビリティは依然として重大な懸念事項です。すべてのフルノードが状態を検証するためにすべてのトランザクションを処理しなければならないからです。現在のブロックチェーンアーキテクチャは、中央集権的なシステムのトランザクションスループットに匹敵するのに苦労しています。潜在的な解決策には、異なるノードが異なるトランザクションのサブセットを処理するステートシャーディングや、より効率的なブロック生成を可能にするプルーフ・オブ・ワークからプルーフ・オブ・ステークへの移行が含まれます。マークル証明を使用するライトクライアントは、すべてのブロックを処理せずにトランザクションを検証できますが、誰かがすべてを処理しなければなりません。これらのスケーラビリティの課題は、Ethereumの長期的な存続可能性にとって重要な、活発な研究開発分野を表しています。
Conclusion
O protocolo Ethereum foi originalmente concebido como uma versao aprimorada de uma criptomoeda, fornecendo recursos avancados como garantias on-blockchain, limites de saque e contratos financeiros atraves de uma linguagem de programacao altamente generalizada. No entanto, o protocolo Ethereum vai muito alem de apenas moeda. Os protocolos em torno de armazenamento descentralizado de arquivos, computacao descentralizada e mercados de predicao descentralizados, entre dezenas de outros conceitos, tem o potencial de aumentar substancialmente a eficiencia da industria computacional e fornecer um impulso massivo para outros protocolos peer-to-peer ao adicionar pela primeira vez uma camada economica.
Em vez de fornecer um conjunto limitado de operacoes projetadas para casos de uso especificos, o Ethereum fornece uma linguagem de programacao Turing-completa que permite aos desenvolvedores construir qualquer aplicacao que possam projetar. Quer inventar seu proprio derivativo financeiro? Criar sua propria moeda? Estabelecer um governo na blockchain? Tudo isso e trivialmente implementavel com o sistema de scripting do Ethereum. O poder da plataforma nao reside em prever quais aplicacoes serao construidas, mas em fornecer a infraestrutura fundacional que torna facil construi-las.
O conceito de uma funcao de transicao de estado arbitraria implementada pelo protocolo Ethereum fornece uma plataforma com potencial unico. Em vez de ser um protocolo fechado, de proposito unico, destinado a aplicacoes especificas em armazenamento de dados, apostas ou financas, o Ethereum e aberto por design, e acreditamos que e extremamente adequado para servir como camada fundacional para um grande numero de protocolos tanto financeiros quanto nao financeiros nos anos vindouros. As aplicacoes que serao construidas sobre o Ethereum no futuro podem ser aquelas que nem podemos imaginar hoje, e essa possibilidade aberta representa a verdadeira promessa da plataforma.
Conclusion
Ethereumプロトコルは当初、オンブロックチェーンのエスクロー、引き出し制限、金融コントラクトなどの高度な機能を、高度に汎用化されたプログラミング言語を通じて提供する、暗号通貨のアップグレード版として構想されました。しかし、Ethereumプロトコルは単なる通貨をはるかに超えています。分散型ファイルストレージ、分散型計算、分散型予測市場を含む数十のコンセプトに関するプロトコルは、計算産業の効率を大幅に向上させ、初めて経済レイヤーを追加することで他のピアツーピアプロトコルに大きな後押しを提供する可能性があります。
特定のユースケース向けに設計された限定的な操作セットを提供するのではなく、Ethereumは開発者が設計できるあらゆるアプリケーションを構築できるチューリング完全なプログラミング言語を提供します。独自の金融デリバティブを発明したいですか？独自の通貨を作成したいですか？ブロックチェーン上に政府を設立したいですか？これらはすべてEthereumのスクリプトシステムで簡単に実装可能です。プラットフォームの力は、どのようなアプリケーションが構築されるかを予測することにあるのではなく、それらの構築を容易にする基盤インフラストラクチャを提供することにあります。
Ethereumプロトコルによって実装された任意の状態遷移関数の概念は、独自の可能性を持つプラットフォームを提供します。データストレージ、ギャンブル、または金融における特定のアプリケーションを意図した閉鎖的で単一目的のプロトコルであるのではなく、Ethereumは設計上オープンエンドです。そして我々は、今後数年間にわたって、多数の金融および非金融プロトコルの基盤レイヤーとして機能するのに極めて適していると信じています。将来Ethereum上に構築されるアプリケーションは、今日の我々には想像もできないものかもしれません。そのオープンエンドの可能性こそが、このプラットフォームの真の約束を表しています。
References and Further Reading
O whitepaper do Ethereum se baseia em um extenso trabalho previo em pesquisa de criptomoedas e sistemas distribuidos. O protocolo fundacional do Bitcoin e descrito no artigo original de 2008 de Satoshi Nakamoto "Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System", que introduziu o conceito de moeda digital baseada em blockchain. As primeiras tentativas de estender a funcionalidade do Bitcoin incluem o Namecoin, um sistema de registro de nomes descentralizado que demonstra aplicacoes de blockchain alem da moeda, embora limitado pelas capacidades restritas de scripting do Bitcoin.
O whitepaper de colored coins propos um metodo para representar ativos alternativos na blockchain do Bitcoin "colorindo" bitcoins especificos para representar outros ativos, enquanto o Mastercoin tentou criar uma camada de protocolo sobre o Bitcoin para instrumentos financeiros mais complexos. Ambos destacaram as limitacoes de construir sobre o Bitcoin e motivaram a necessidade de uma plataforma mais flexivel. O conceito de corporacoes autonomas descentralizadas, explorado na Bitcoin Magazine, forneceu fundamentos teoricos para governanca organizacional atraves de smart contracts.
Os componentes tecnicos chave incluem verificacao de pagamento simplificada (SPV) para clientes leves, Merkle trees para verificacao eficiente de dados e Patricia tries para a representacao de estado do Ethereum. O protocolo GHOST (Greedy Heaviest Observed Subtree), descrito em um artigo de criptografia de 2013, aborda problemas de seguranca que surgem de tempos de bloco rapidos e forma a base do mecanismo de consenso do Ethereum. Essas referencias representam os fundamentos intelectuais sobre os quais o Ethereum foi construido, combinando conhecimentos de criptomoedas, sistemas distribuidos, criptografia e teoria dos jogos para criar uma plataforma blockchain de proposito geral.
References and Further Reading
Ethereumのホワイトペーパーは、暗号通貨および分散システム研究における広範な先行研究の上に構築されています。基盤となるBitcoinプロトコルは、Satoshi Nakamotoの2008年の原論文「Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System」に記述されており、ブロックチェーンベースのデジタル通貨の概念を導入しました。Bitcoinの機能を拡張する初期の試みには、通貨を超えたブロックチェーンアプリケーションを実証した分散型名前登録システムであるNamecoinが含まれますが、Bitcoinの制限されたスクリプト機能により限界がありました。
カラードコインのホワイトペーパーは、特定のbitcoinに「色付け」することでBitcoinブロックチェーン上で代替資産を表現する方法を提案し、Mastercoinはより複雑な金融商品のためにBitcoin上にプロトコルレイヤーを作成しようとしました。両者はBitcoin上に構築することの限界を浮き彫りにし、より柔軟なプラットフォームの必要性を動機づけました。Bitcoin Magazineで探求された分散型自律企業の概念は、スマートコントラクトによる組織ガバナンスの理論的基盤を提供しました。
主要な技術的コンポーネントには、ライトクライアント向けの簡易支払い検証（SPV）、効率的なデータ検証のためのマークル木、Ethereumの状態表現のためのパトリシアトライが含まれます。2013年の暗号学論文に記述されたGHOST（Greedy Heaviest Observed Subtree）プロトコルは、高速なブロック時間から生じるセキュリティ問題に対処し、Ethereumのコンセンサスメカニズムの基盤を形成しています。これらの参考文献は、Ethereumが構築された知的基盤を表しており、暗号通貨、分散システム、暗号学、ゲーム理論からの洞察を組み合わせて、汎用ブロックチェーンプラットフォームを作成しています。
