이더리움: 차세대 스마트 컨트랙트 및 탈중앙화 애플리케이션 플랫폼
Abstract
以太坊是下一代加密货币和去中心化应用平台，它引入了一种内置图灵完备编程语言的区块链。这使得任何人都可以编写智能合约和去中心化应用，在其中创建自己的任意所有权规则、交易格式和状态转换函数。
以太坊的根本创新在于将比特币首创的区块链技术与通用编程环境相结合。比特币提供了一个简单的状态转换系统，用于将货币从一个账户转移到另一个账户，而以太坊则提供了一个平台，开发者可以在其上构建任何他们能想象的去中心化应用——从替代货币和金融工具到域名注册系统和去中心化组织。
以太坊通过构建本质上是终极抽象基础层来实现这一目标：一个内置图灵完备编程语言的区块链，允许任何人编写智能合约和去中心化应用，在其中创建自己的任意所有权规则、交易格式和状态转换函数。Namecoin的简化版本可以用两行代码编写，而其他协议如货币和信誉系统可以在二十行以内构建完成。
Abstract
Ethereum은 Turing-complete 프로그래밍 언어가 내장된 blockchain을 도입한 차세대 암호화폐이자 탈중앙화 애플리케이션 플랫폼이다. 이를 통해 누구나 소유권, 거래 형식, 상태 전이 함수에 대한 임의의 규칙을 만들 수 있는 smart contract와 탈중앙화 애플리케이션을 작성할 수 있다.
Ethereum의 근본적인 혁신은 Bitcoin이 개척한 blockchain 기술을 범용 프로그래밍 환경과 결합한 것이다. Bitcoin이 하나의 계좌에서 다른 계좌로 화폐를 이동하기 위한 단순한 상태 전이 시스템을 제공하는 반면, Ethereum은 개발자가 대안 화폐와 금융 상품부터 도메인 등록 시스템과 탈중앙화 조직에 이르기까지 상상할 수 있는 모든 종류의 탈중앙화 애플리케이션을 구축할 수 있는 플랫폼을 제공한다.
Ethereum은 본질적으로 궁극의 추상적 기반 계층을 구축함으로써 이를 달성한다: Turing-complete 프로그래밍 언어가 내장된 blockchain으로, 누구나 소유권, 거래 형식 및 상태 전이 함수에 대한 임의의 규칙을 만들 수 있는 smart contract와 탈중앙화 애플리케이션을 작성할 수 있다. Namecoin의 기본 버전은 두 줄의 코드로 작성할 수 있으며, 화폐나 평판 시스템 같은 다른 프로토콜도 스무 줄 이내로 구축할 수 있다.
Introduction and Existing Concepts
去中心化数字货币的概念以及诸如财产登记等替代应用已经存在了数十年。20世纪80年代和90年代的匿名电子现金协议主要依赖一种被称为乔姆盲签名的密码学原语，提供了高度隐私的货币，但这些协议由于依赖中心化中介机构而未能广泛流行。1998年，戴维的b-money成为第一个引入通过解决计算难题来创造货币以及去中心化共识理念的提案，但该提案在如何实际实现去中心化共识方面缺乏细节。
2009年，中本聪首次在实践中实现了去中心化货币，他将通过公钥密码学管理所有权的成熟原语与一种用于追踪币的所有权的共识算法——即"工作量证明"——结合在一起。工作量证明背后的机制是该领域的一个突破，因为它同时解决了两个问题。首先，它提供了一种简单且适度有效的共识算法，使网络中的节点能够集体就比特币账本状态的一组规范更新达成一致。其次，它提供了一种允许自由参与共识过程的机制，解决了由谁来影响共识的政治问题，同时防止了女巫攻击。
比特币区块链在多年运行中已证明了其卓越的稳健性，但它本质上是有局限的。比特币的脚本语言被有意设计为限制性的、非图灵完备的，缺少循环和许多其他构建更复杂应用所必需的功能。这种限制的存在是为了防止无限循环和其他形式的计算攻击，但它严重限制了可以在比特币之上构建的内容。
在过去五年中，已经有许多尝试来扩展比特币的功能。彩色币试图利用比特币区块链来追踪替代资产的所有权，域名币试图创建一个去中心化的域名注册数据库，各种元币协议旨在在比特币之上构建额外的层级。虽然这些方法展现了前景，但最终都受到比特币脚本能力的限制以及脚本内无法访问区块链数据的制约。
以太坊的目标是提供一个内置完整图灵完备编程语言的区块链，该语言可用于创建"合约"，对任意状态转换函数进行编码，使用户只需用几行代码编写逻辑，就能创建上述任何系统以及许多我们尚未想象到的系统。
Introduction and Existing Concepts
탈중앙화 디지털 화폐의 개념은 부동산 등기부와 같은 대안적 응용과 함께 수십 년 전부터 존재해왔다. 1980년대와 1990년대의 익명 전자 화폐 프로토콜은 주로 Chaumian blinding이라는 암호학적 기본 요소에 의존했으며, 높은 수준의 프라이버시를 갖춘 화폐를 제공했지만, 중앙화된 중개자에 대한 의존성 때문에 대부분 주목받지 못했다. 1998년 Wei Dai의 b-money는 계산 퍼즐 풀기를 통한 화폐 생성과 탈중앙화 합의를 도입한 최초의 제안이었지만, 탈중앙화 합의가 실제로 어떻게 구현될 수 있는지에 대한 세부 사항은 부족했다.
2009년, Satoshi Nakamoto에 의해 탈중앙화 화폐가 최초로 실질적으로 구현되었다. 이는 공개키 암호학을 통한 소유권 관리를 위한 기존의 기본 요소들과 누가 코인을 소유하는지 추적하기 위한 합의 알고리즘인 "proof of work"를 결합한 것이었다. Proof of work 뒤에 있는 메커니즘은 두 가지 문제를 동시에 해결했다는 점에서 획기적이었다. 첫째, 네트워크의 노드들이 Bitcoin 원장의 상태에 대한 정규 업데이트 집합에 집단적으로 합의할 수 있도록 하는 단순하고 적당히 효과적인 합의 알고리즘을 제공했다. 둘째, 합의 과정에 자유롭게 참여할 수 있는 메커니즘을 제공하여, 누가 합의에 영향을 미칠 수 있는지를 결정하는 정치적 문제를 해결하는 동시에 Sybil 공격을 방지했다.
Bitcoin blockchain은 수년간의 운영을 통해 놀라울 정도로 견고함을 입증했지만, 본질적으로 제한적이다. Bitcoin의 스크립팅 언어는 의도적으로 제한적이고 Turing-complete하지 않도록 설계되어, 반복문과 더 복잡한 애플리케이션을 구축하는 데 필요한 많은 기능이 없다. 이 제한은 무한 루프 및 기타 형태의 계산 공격을 방지하기 위해 존재하지만, Bitcoin 위에 구축할 수 있는 것을 심각하게 제한한다.
지난 5년간 Bitcoin의 기능을 확장하려는 다양한 시도가 있었다. Colored coins는 Bitcoin blockchain을 사용하여 대체 자산의 소유권을 추적하고자 했고, Namecoin은 탈중앙화 이름 등록 데이터베이스를 만들고자 시도했으며, 다양한 metacoin 프로토콜은 Bitcoin 위에 추가 레이어를 구축하는 것을 목표로 했다. 이러한 접근법들은 가능성을 보여주었지만, 궁극적으로 Bitcoin의 스크립팅 능력과 스크립트 내에서 blockchain 데이터에 접근할 수 없다는 한계에 의해 제약되었다.
Ethereum이 제공하고자 하는 것은 Turing-complete 프로그래밍 언어가 완전히 내장된 blockchain으로, 임의의 상태 전이 함수를 인코딩할 수 있는 "contract"를 만드는 데 사용될 수 있으며, 사용자가 위에 설명된 모든 시스템뿐만 아니라 아직 상상하지 못한 많은 다른 것들도 단지 몇 줄의 코드로 로직을 작성함으로써 만들 수 있게 해준다.
Bitcoin As A State Transition System
从技术角度来看，像比特币这样的加密货币的账本可以被视为一个状态转换系统，其中有一个由所有现有比特币的所有权状态组成的"状态"，以及一个接受状态和交易并输出新状态的"状态转换函数"。在标准银行系统中，例如，状态是一张资产负债表，交易是将\(X从A转移到B的请求，状态转换函数将A账户中的值减少\)X，并将B账户中的值增加\(X。如果A的账户余额一开始就少于\)X，状态转换函数将返回错误。
比特币中的"状态"是所有已被铸造且尚未花费的币的集合（技术上称为"未花费的交易输出"或UTXO），每个UTXO都有一个面额和一个所有者（由一个20字节的地址定义，本质上是一个密码学公钥）。一笔交易包含一个或多个输入，每个输入包含对一个现有UTXO的引用和由所有者地址关联的私钥产生的密码学签名，以及一个或多个输出，每个输出包含一个要添加到状态中的新UTXO。
状态转换函数APPLY(S,TX) - S'可以大致定义如下：
- 对于TX中的每个输入，如果引用的UTXO不在S中，返回错误。
- 如果提供的签名与UTXO的所有者不匹配，返回错误。
- 如果所有输入UTXO的面额之和小于所有输出UTXO的面额之和，返回错误。
- 返回移除所有输入UTXO并添加所有输出UTXO后的S。
第一步的前半部分防止交易发送者花费不存在的币，第一步的后半部分防止交易发送者花费他人的币，第二步确保价值守恒。为了使用此方法进行支付，协议如下：假设Alice想要向Bob发送11.7 BTC。首先，Alice将寻找一组她拥有的、总计至少为11.7 BTC的可用UTXO。实际上，Alice不太可能恰好得到11.7 BTC；假设她能得到的最小组合是6+4+2=12。然后她创建一笔有三个输入和两个输出的交易。第一个输出将是11.7 BTC，所有者为Bob的地址，第二个输出将是剩余的0.3 BTC"找零"，所有者为Alice自己。
Bitcoin As A State Transition System
기술적 관점에서, Bitcoin과 같은 암호화폐의 원장은 상태 전이 시스템으로 생각할 수 있다. 여기서 "상태"는 모든 기존 bitcoin의 소유 현황으로 구성되며, "상태 전이 함수"는 상태와 거래를 입력받아 그 결과인 새로운 상태를 출력한다. 표준적인 은행 시스템에서 예를 들면, 상태는 대차대조표이고, 거래는 A에서 B로 \(X를 이동하라는 요청이며, 상태 전이 함수는 A의 계좌에서 \)X를 감소시키고 B의 계좌에서 \(X를 증가시킨다. A의 계좌에 처음부터 \)X 미만이 있으면 상태 전이 함수는 오류를 반환한다.
Bitcoin에서 "상태"는 발행되었지만 아직 사용되지 않은 모든 코인(기술적으로 "미사용 거래 출력" 또는 UTXO)의 집합이며, 각 UTXO는 액면가와 소유자(본질적으로 암호학적 공개키인 20바이트 주소로 정의됨)를 갖는다. 거래는 하나 이상의 입력을 포함하며, 각 입력은 기존 UTXO에 대한 참조와 소유자 주소에 연결된 개인키로 생성된 암호학적 서명을 포함하고, 하나 이상의 출력을 포함하며, 각 출력은 상태에 추가될 새로운 UTXO를 포함한다.
상태 전이 함수 APPLY(S,TX) - S'는 대략 다음과 같이 정의될 수 있다:
- TX의 각 입력에 대해, 참조된 UTXO가 S에 없으면 오류를 반환한다.
- 제공된 서명이 UTXO의 소유자와 일치하지 않으면 오류를 반환한다.
- 모든 입력 UTXO의 액면가 합이 모든 출력 UTXO의 액면가 합보다 작으면 오류를 반환한다.
- 모든 입력 UTXO가 제거되고 모든 출력 UTXO가 추가된 S를 반환한다.
첫 번째 단계의 전반부는 거래 발신자가 존재하지 않는 코인을 사용하는 것을 방지하고, 첫 번째 단계의 후반부는 거래 발신자가 다른 사람의 코인을 사용하는 것을 방지하며, 두 번째 단계는 가치의 보존을 강제한다. 이를 결제에 사용하기 위한 프로토콜은 다음과 같다: Alice가 Bob에게 11.7 BTC를 보내고 싶다고 가정하자. 먼저 Alice는 합계가 최소 11.7 BTC가 되는 자신이 소유한 사용 가능한 UTXO 집합을 찾는다. 현실적으로 Alice는 정확히 11.7 BTC를 얻을 수 없을 것이다; 가장 작은 조합이 6+4+2=12라고 하자. 그러면 그녀는 세 개의 입력과 두 개의 출력을 가진 거래를 생성한다. 첫 번째 출력은 Bob의 주소를 소유자로 하는 11.7 BTC이고, 두 번째 출력은 나머지 0.3 BTC의 "거스름돈"으로 소유자는 Alice 자신이다.
Mining
如果我们能够获得一个可信的中心化服务，这个系统将很容易实现；它可以完全按照描述进行编码，使用中心化服务器的硬盘来跟踪状态。然而，对于比特币，我们试图构建一个去中心化的货币系统，因此我们需要将状态转换系统与共识系统相结合，以确保每个人都对交易顺序达成一致。比特币的去中心化共识过程要求网络中的节点不断尝试生产被称为"区块"的交易包。网络预期大约每十分钟产生一个区块，每个区块包含一个时间戳、一个随机数、对前一个区块的引用（即哈希值）以及自前一个区块以来发生的所有交易的列表。
随着时间的推移，这创建了一个持久的、不断增长的"区块链"，不断更新以代表比特币账本的最新状态。在此范式中，检查一个区块是否有效的算法如下：
- 检查该区块引用的前一个区块是否存在且有效。
- 检查该区块的时间戳是否大于前一个区块的时间戳，且不超过未来2小时。
- 检查该区块上的工作量证明是否有效。
- 令S为前一个区块末尾的状态。
- 假设TX是该区块包含n笔交易的交易列表。对于所有i在0...n-1范围内，设S = APPLY(S,TX[i])。如果任何应用返回错误，退出并返回false。
- 返回true，并将S注册为该区块末尾的状态。
本质上，区块中的每笔交易都必须提供一个有效的状态转换，从交易执行前的规范状态转换到某个新状态。注意，状态并未以任何方式编码在区块中；它纯粹是由验证节点记忆的抽象概念，只能通过从创世状态开始并顺序应用每个区块中的每笔交易来（安全地）计算任何区块的状态。
矿工通过新创建的比特币和交易费获得计算工作的奖励。挖矿过程如下：矿工获取区块头并使用不同的随机数值反复对其进行哈希运算，直到找到一个低于特定难度目标的哈希值。当矿工找到这样的哈希值时，他们将区块广播到网络，其他节点验证哈希值有效且区块中的所有交易有效。难度目标由协议每2016个区块（大约两周）自动调整，以确保区块以大致恒定的速率产生。
请注意，从长远来看，区块链的安全性取决于矿工是否有经济激励来诚实行事。如果攻击者控制了网络超过50%的挖矿算力，他们就有可能通过创建一条比诚实链增长更快的替代区块链来执行"51%攻击"。然而，这样的攻击需要巨大的计算资源，并且随着网络对区块链完整性失去信心，攻击者的挖矿奖励可能变得毫无价值。
Mining
신뢰할 수 있는 중앙화된 서비스가 있다면, 이 시스템은 구현하기 쉬울 것이다; 중앙 서버의 하드 드라이브를 사용하여 상태를 추적하면서 설명된 대로 정확히 코딩할 수 있다. 그러나 Bitcoin에서 우리는 탈중앙화 화폐 시스템을 구축하려고 하므로, 모든 사람이 거래 순서에 동의하도록 보장하기 위해 상태 전이 시스템과 합의 시스템을 결합해야 한다. Bitcoin의 탈중앙화 합의 과정은 네트워크의 노드들이 "block"이라 불리는 거래 패키지를 지속적으로 생성하도록 요구한다. 네트워크는 대략 10분마다 하나의 block을 생성하도록 의도되며, 각 block에는 타임스탬프, nonce, 이전 block에 대한 참조(즉, hash), 그리고 이전 block 이후 발생한 모든 거래 목록이 포함된다.
시간이 지남에 따라, 이는 Bitcoin 원장의 최신 상태를 나타내기 위해 끊임없이 업데이트되는 지속적이고 계속 성장하는 "blockchain"을 만든다. block이 유효한지 확인하는 알고리즘은 이 패러다임에서 다음과 같이 표현된다:
- block이 참조하는 이전 block이 존재하고 유효한지 확인한다.
- block의 타임스탬프가 이전 block의 타임스탬프보다 크고 미래 2시간 이내인지 확인한다.
- block의 proof of work가 유효한지 확인한다.
- S를 이전 block 끝의 상태로 설정한다.
- TX를 n개의 거래가 있는 block의 거래 목록이라 하자. 0...n-1의 모든 i에 대해 S = APPLY(S,TX[i])를 설정한다. 어떤 적용이든 오류를 반환하면 종료하고 false를 반환한다.
- true를 반환하고, S를 이 block 끝의 상태로 등록한다.
본질적으로, block의 각 거래는 거래가 실행되기 전의 정규 상태에서 새로운 상태로의 유효한 상태 전이를 제공해야 한다. 상태는 block에 어떤 방식으로든 인코딩되지 않는다는 점에 주목하라; 이것은 순전히 검증 노드가 기억해야 할 추상적 개념이며, 어떤 block에 대해서든 genesis 상태에서 시작하여 모든 block의 모든 거래를 순차적으로 적용해야만 (안전하게) 계산할 수 있다.
채굴자는 새로 생성된 bitcoin과 거래 수수료로 계산 작업에 대한 보상을 받는다. 채굴 과정은 다음과 같이 작동한다: 채굴자는 block header를 가져와 특정 난이도 목표 아래의 hash를 찾을 때까지 다른 nonce 값으로 반복적으로 hash한다. 채굴자가 그러한 hash를 찾으면 block을 네트워크에 브로드캐스트하고, 다른 노드들은 hash가 유효하고 block의 모든 거래가 유효한지 검증한다. 난이도 목표는 block이 대략 일정한 비율로 생성되도록 프로토콜에 의해 매 2016 block(약 2주)마다 자동으로 조정된다.
장기적으로 blockchain의 보안은 채굴자들이 정직하게 행동할 재정적 인센티브를 갖는 것에 달려 있다는 점에 주목하라. 공격자가 네트워크 채굴 파워의 50% 이상을 통제하면, 정직한 체인보다 빠르게 성장하는 대안적 blockchain을 생성하여 "51% 공격"을 잠재적으로 실행할 수 있다. 그러나 그러한 공격에는 막대한 계산 자원이 필요하며, 네트워크가 blockchain의 무결성에 대한 신뢰를 잃으면서 공격자의 채굴 보상이 무가치해질 가능성이 높다.
Merkle Trees
默克尔树是比特币区块中使用的一种基础数据结构，用于实现高效和安全的交易包含验证。默克尔树是一种哈希二叉树，其中叶节点包含各个交易的哈希值，每个内部节点包含其两个子节点的哈希值，递归地向上构建到存储在区块头中的单个根哈希值。这种层次结构允许任何人通过只下载默克尔分支——从交易到根的哈希链——而不是下载区块中的所有交易，来验证特定交易是否包含在某个区块中。
效率提升是显著的：虽然一个完整的比特币节点必须存储整个区块链（截至2013年约15GB），简化支付验证（SPV）节点只需下载包含默克尔根的区块头，仅需要4MB的数据。为了验证一笔交易，SPV节点从完整节点请求默克尔分支，这只需要O(log n)的数据，其中n是区块中的交易数量。这种对数级的扩展性使得在移动设备和资源受限的环境中运行轻量级客户端成为可能。
比特币对默克尔树的使用展示了一个关键原则：密码学结构可以大幅降低参与去中心化网络的信任和资源要求。同样的原则也是以太坊设计的基础，在以太坊中，默克尔树不仅用于交易，还用于状态和收据存储，从而实现更复杂的轻客户端协议。
Merkle Trees
Merkle tree는 Bitcoin block에서 거래 포함의 효율적이고 안전한 검증을 가능하게 하는 데 사용되는 기본적인 데이터 구조이다. Merkle tree는 hash의 이진 트리로, 리프 노드는 개별 거래의 hash를 포함하고, 각 내부 노드는 두 자식 노드의 hash를 포함하며, 재귀적으로 block header에 저장되는 단일 루트 hash까지 올라간다. 이 계층적 구조는 block의 모든 거래를 다운로드하지 않고도 거래에서 루트까지의 hash 체인인 Merkle branch만 다운로드하면 특정 거래가 block에 포함되어 있는지 누구나 검증할 수 있게 해준다.
효율성 향상은 상당하다: 전체 Bitcoin 노드는 전체 blockchain(2013년 기준 약 15GB)을 저장해야 하지만, 단순화된 결제 검증(SPV) 노드는 Merkle root를 포함하는 block header만 다운로드하면 되며, 단 4MB의 데이터만 필요하다. 거래를 검증하기 위해 SPV 노드는 전체 노드에 Merkle branch를 요청하며, 이는 block의 거래 수 n에 대해 O(log n)의 데이터만 필요로 한다. 이 로그 스케일링은 모바일 기기와 저자원 환경에서 경량 클라이언트를 실행하는 것을 가능하게 한다.
Bitcoin의 Merkle tree 사용은 핵심 원칙을 보여준다: 암호학적 구조는 탈중앙화 네트워크에 참여하기 위한 신뢰와 자원 요구 사항을 극적으로 줄일 수 있다. 이 동일한 원칙이 Ethereum의 설계를 뒷받침하며, Ethereum에서 Merkle tree는 거래뿐만 아니라 상태와 영수증 저장에도 사용되어 훨씬 더 정교한 경량 클라이언트 프로토콜을 가능하게 한다.
Alternative Blockchain Applications
比特币区块链的成功激发了许多将该概念扩展到简单货币之外的尝试。域名币（Namecoin）于2010年推出，是最早的例子之一——一个建立在区块链上的去中心化域名注册数据库，允许用户在分布式命名空间中注册域名，且没有中央权威机构可以审查或撤销。彩色币作为一种在比特币区块链上表示替代资产的方式出现，通过"标记"特定的交易输出来代表现实世界资产、公司股份或其他加密货币的所有权。万事达币（Mastercoin，后来的Omni）等元币和元协议通过在比特币交易中编码额外数据并在其上构建独立的协议规则，在比特币之上层叠了额外的功能。
然而，所有这些方法都受到比特币架构强加的根本性限制。比特币脚本语言被有意限制——它无法访问区块链状态，缺少循环和复杂的控制流，并且对交易值的内省能力有限。构建复杂的应用需要笨拙的变通方法：在从未为此目的设计的交易字段中编码元数据，依赖链下基础设施来处理复杂逻辑，或者接受协议能力上的严重限制。
这些约束推动了对更通用区块链平台的探索。以太坊不是在比特币有限的基础上再构建另一个特殊用途的协议，而是采取了不同的方法：提供一个内置图灵完备编程语言的区块链，允许任何人编写具有任意所有权规则、交易格式和状态转换函数的智能合约和去中心化应用。
Alternative Blockchain Applications
Bitcoin blockchain의 성공은 이 개념을 단순한 화폐를 넘어 확장하려는 수많은 시도를 촉발했다. 2010년에 출시된 Namecoin은 가장 초기의 사례 중 하나로, blockchain 위에 구축된 탈중앙화 이름 등록 데이터베이스로서 중앙 기관이 검열하거나 취소할 수 없는 분산 네임스페이스에 이름을 등록할 수 있게 해주었다. Colored coins는 특정 거래 출력을 "태깅"하여 실물 자산, 회사 주식 또는 기타 암호화폐의 소유권을 나타내는 방식으로 Bitcoin blockchain에서 대체 자산을 표현하는 방법으로 등장했다. Mastercoin(이후 Omni)과 같은 Metacoin 및 메타 프로토콜은 Bitcoin 거래에 추가 데이터를 인코딩하고 그 위에 별도의 프로토콜 규칙을 구축하여 Bitcoin 위에 추가 기능을 레이어링했다.
그러나 이러한 모든 접근법은 Bitcoin의 아키텍처가 부과하는 근본적인 한계에 시달렸다. Bitcoin 스크립팅 언어는 의도적으로 제한되어 있다 — blockchain 상태에 접근할 수 없고, 반복문과 복잡한 제어 흐름이 없으며, 거래 값에 대한 제한된 내성만을 제공한다. 정교한 애플리케이션을 구축하려면 어색한 우회 방법이 필요했다: 그러한 목적으로 의도되지 않은 거래 필드에 메타데이터를 인코딩하거나, 복잡한 로직을 위해 오프체인 인프라에 의존하거나, 프로토콜이 달성할 수 있는 것에 대한 심각한 제한을 수용해야 했다.
이러한 제약은 더 범용적인 blockchain 플랫폼에 대한 탐색을 촉발했다. Bitcoin의 제한된 기반 위에 또 다른 특수 목적 프로토콜을 구축하는 대신, Ethereum은 다른 접근법을 취한다: Turing-complete 프로그래밍 언어가 내장된 blockchain을 제공하여 누구나 소유권, 거래 형식, 상태 전이 함수에 대한 임의의 규칙을 가진 smart contract와 탈중앙화 애플리케이션을 작성할 수 있게 한다.
Scripting
比特币脚本（Bitcoin Script）是用于定义比特币交易花费条件的语言，它被有意设计为具有严格的限制。它不是图灵完备的——最显著的是缺少循环和复杂的控制流结构。该语言作为一个简单的基于栈的执行环境运行，其中操作进行压栈和出栈、评估密码学条件，并最终返回true或false以确定交易是否有效。虽然这种简单性带来了安全性优势并使形式化分析更加容易，但它也使许多类型的应用无法实现。
这些限制可以分为三个主要类别。首先，缺乏图灵完备性使得无法实现复杂的状态机、决策树或任何需要迭代的算法。其次，值盲性意味着脚本无法对提取金额进行细粒度控制——UTXO只能被整体花费，找零被发送到新的输出。脚本无法例如限制每天最多提取X的金额，同时将余额保持锁定。第三，缺乏区块链状态感知意味着UTXO要么已花费要么未花费，没有中间状态，使得多阶段合约无法纯粹在链上实现。
这些约束使得去中心化自治组织、带提取限额的储蓄钱包、去中心化交易所或预测市场等复杂应用要么无法实现，要么需要笨拙的链下机制。一个高级金融合约可能需要访问市场数据、在多笔交易之间维护内部状态的能力以及复杂的条件逻辑——这些都是比特币脚本无法提供的。以太坊通过提供一种图灵完备的语言并完全访问区块链状态来消除这些限制。
Scripting
Bitcoin Script는 Bitcoin 거래의 지출 조건을 정의하는 데 사용되는 언어로, 의도적으로 심각한 제한을 가지고 설계되었다. Turing-complete하지 않으며 — 가장 주목할 만한 것은 반복문과 복잡한 제어 흐름 구조가 없다는 점이다. 이 언어는 연산이 값을 push하고 pop하며, 암호학적 조건을 평가하고, 궁극적으로 거래가 유효한지 결정하기 위해 true 또는 false를 반환하는 단순한 스택 기반 실행 환경으로 작동한다. 이러한 단순성은 보안상의 이점과 형식적 분석을 용이하게 하지만, 많은 유형의 애플리케이션을 구현하는 것을 불가능하게 만든다.
이러한 제한은 세 가지 주요 범주로 나뉜다. 첫째, Turing-completeness의 부재로 인해 복잡한 상태 기계, 의사결정 트리, 또는 반복을 필요로 하는 어떤 알고리즘도 구현할 수 없다. 둘째, 값 인지 불가(value-blindness)로 인해 스크립트가 출금 금액에 대한 세밀한 제어를 지정할 수 없다 — UTXO는 전액으로만 사용할 수 있으며, 거스름돈은 새로운 출력으로 보내진다. 예를 들어, 스크립트는 하루 최대 X까지만 출금하고 나머지는 잠금 상태로 유지하도록 제한할 수 없다. 셋째, blockchain 상태 인식의 부재로 인해 UTXO는 사용되었거나 사용되지 않은 두 가지 상태만 가지며 중간 상태가 없어, 다단계 계약을 순수하게 온체인에서 구현하는 것이 불가능하다.
이러한 제약은 탈중앙화 자율 조직, 출금 한도가 있는 저축 지갑, 탈중앙화 거래소, 또는 예측 시장과 같은 정교한 애플리케이션을 불가능하게 하거나 어색한 오프체인 메커니즘을 필요로 한다. 고급 금융 계약은 시장 데이터에 대한 접근, 여러 거래에 걸쳐 내부 상태를 유지하는 능력, 복잡한 조건부 로직을 필요로 할 수 있다 — 이 중 어느 것도 Bitcoin Script가 제공할 수 없다. Ethereum은 blockchain 상태에 대한 완전한 접근이 가능한 Turing-complete 언어를 제공함으로써 이러한 제한을 제거한다.
Ethereum
以太坊的根本目标是提供一个内置图灵完备编程语言的区块链，允许任何人编写智能合约和去中心化应用，在其中创建自己的任意所有权规则、交易格式和状态转换函数。以太坊不是为货币、域名注册或资产交易等特定应用设计协议，而是提供一个基础层——一个基于区块链的分布式计算平台，开发者可以用它来构建任何他们能想象的应用。
其架构与比特币的UTXO模型有根本区别。以太坊使用基于账户的系统，其中区块链状态由地址到账户对象的映射组成。每个账户都有余额、交易计数器（nonce），对于合约账户还有关联的代码和存储。该平台包含一种内置的图灵完备编程语言，用于编写在以太坊虚拟机（EVM）中执行的合约代码，EVM是一个基于栈的执行环境，处理交易和状态转换。
这种通用性使得广泛的应用成为可能：具有自定义发行规则的替代加密货币、金融衍生品和稳定币、身份和信誉系统、去中心化文件存储、去中心化自治组织（DAO）等等。白皮书强调，以太坊并非针对任何特定用例进行优化，而是提供基本构建块——账户、交易、图灵完备语言和燃料计量执行——开发者可以将这些组合起来，创建生态系统所需的任何应用。
Ethereum
Ethereum의 근본적인 목표는 Turing-complete 프로그래밍 언어가 내장된 blockchain을 제공하여 누구나 소유권, 거래 형식, 상태 전이 함수에 대한 임의의 규칙을 만들 수 있는 smart contract와 탈중앙화 애플리케이션을 작성할 수 있게 하는 것이다. 화폐, 이름 등록, 자산 거래와 같은 특정 애플리케이션을 위한 프로토콜을 설계하는 대신, Ethereum은 개발자가 상상할 수 있는 모든 애플리케이션을 구축할 수 있는 blockchain 기반 분산 컴퓨팅 플랫폼이라는 기반 계층을 제공한다.
아키텍처는 Bitcoin의 UTXO 모델과 근본적으로 다르다. Ethereum은 blockchain 상태가 주소에서 계정 객체로의 매핑으로 구성되는 계정 기반 시스템을 사용한다. 각 계정은 잔액, 거래 카운터(nonce)를 가지며, contract 계정의 경우 관련 코드와 저장소를 갖는다. 플랫폼에는 Ethereum Virtual Machine(EVM)에서 실행되는 contract 코드를 작성하기 위한 Turing-complete 프로그래밍 언어가 내장되어 있으며, EVM은 거래와 상태 전이를 처리하는 스택 기반 실행 환경이다.
이러한 범용성은 광범위한 애플리케이션을 가능하게 한다: 사용자 정의 발행 규칙을 가진 대안 암호화폐, 금융 파생상품과 stablecoin, 신원 및 평판 시스템, 탈중앙화 파일 저장, 탈중앙화 자율 조직(DAO) 등. 백서는 Ethereum이 특정 사용 사례에 최적화되어 있지 않으며, 대신 개발자가 생태계가 요구하는 어떤 애플리케이션이든 만들기 위해 조합할 수 있는 기본 구성 요소 — 계정, 거래, Turing-complete 언어, gas 기반 실행 — 를 제공한다는 점을 강조한다.
Ethereum Accounts
在以太坊中，状态由账户组成，有两种基本类型。外部拥有账户（EOA）由私钥控制，没有关联代码——它们代表与区块链交互的人类用户或外部实体。合约账户由其合约代码控制，在收到消息或交易时被激活。两种类型共享一个通用结构：每个账户都有一个nonce（用于确保每笔交易只能被处理一次的计数器）、以太币余额，而合约特别还拥有合约代码和持久存储。
以太币是以太坊的主要内部加密货币，既作为价值转移的媒介，也是支付交易费用（燃料费）的基本单位。与比特币的UTXO模型——价值分布在多个未花费输出中——不同，以太坊账户维护一个简单的余额，接收以太币时增加，发送时减少。这种基于账户的模型简化了许多类型的应用，特别是那些需要持久状态或复杂访问控制的应用，尽管与比特币的方法相比，它引入了不同的安全考量。
EOA与合约账户之间的区别对于理解以太坊的运作至关重要。EOA可以通过使用私钥创建和签署消息来发起交易，支付燃料费以使其交易被包含在区块中。合约账户本身不能发起交易，但可以在收到交易或消息时向其他合约发送消息，从而实现复杂的执行链，其中单笔外部交易触发多个合约之间的交互。
Ethereum Accounts
Ethereum에서 상태는 계정으로 구성되며, 두 가지 기본 유형이 있다. 외부 소유 계정(EOA)은 개인키로 제어되며 관련 코드가 없다 — blockchain과 상호작용하는 인간 사용자나 외부 주체를 나타낸다. Contract 계정은 contract 코드에 의해 제어되며 메시지나 거래를 수신할 때 활성화된다. 두 유형 모두 공통 구조를 공유한다: 모든 계정은 nonce(각 거래가 한 번만 처리될 수 있도록 하는 카운터), ether 잔액, 그리고 contract의 경우 특히 contract 코드와 영구 저장소를 갖는다.
Ether는 Ethereum의 주요 내부 암호화폐로, 가치 전달 매체이자 거래 수수료(gas)를 지불하기 위한 기본 단위로서의 역할을 한다. 가치가 여러 미사용 출력에 분산되어 있는 Bitcoin의 UTXO 모델과 달리, Ethereum 계정은 ether를 받으면 증가하고 보내면 감소하는 단순한 잔액을 유지한다. 이 계정 기반 모델은 특히 영구적 상태나 복잡한 접근 제어를 필요로 하는 많은 유형의 애플리케이션을 단순화하지만, Bitcoin의 접근 방식과 비교하여 다른 보안 고려 사항을 도입한다.
EOA와 contract 계정의 구분은 Ethereum의 작동을 이해하는 데 매우 중요하다. EOA는 개인키로 메시지를 생성하고 서명하여 거래를 시작할 수 있으며, 거래가 block에 포함되도록 gas 수수료를 지불한다. Contract 계정은 스스로 거래를 시작할 수 없지만, 거래나 메시지를 수신하는 것에 대한 응답으로 다른 contract에 메시지를 보낼 수 있어, 단일 외부 거래가 여러 contract 간 상호작용을 촉발하는 복잡한 실행 체인을 가능하게 한다.
Messages and Transactions
以太坊中的交易是由外部拥有账户创建并广播到网络的签名数据包。一笔交易包含接收方地址、证明发送方身份的密码学签名、要转移的以太币数量、一个可选的数据字段（对于与合约交互至关重要）、STARTGAS（交易被允许执行的最大计算步数）和GASPRICE（发送方愿意为每个计算步骤支付的费用）。矿工收集这些交易，验证它们，执行它们，并将它们包含在区块中，收取燃料费作为补偿。
消息在概念上类似于交易，但由合约而非外部参与者产生。当合约的代码执行时，它可以向其他合约发送消息——这些内部消息包含发送方（合约地址）、接收方、要转移的以太币数量、可选的数据载荷和STARTGAS限制。消息使得合约之间能够通信，允许从多个交互合约而非单体程序中构建复杂应用。
燃料机制对于防止滥用至关重要：交易中的每个计算步骤、存储操作和数据字节都消耗燃料。如果交易在完成前耗尽燃料，所有状态更改将被还原（但向矿工支付的燃料费除外），从而防止无限循环或过度计算使网络瘫痪。发送方指定燃料总预算（STARTGAS）和愿意为每单位支付的价格（GASPRICE），执行完成后任何未使用的燃料将被退还。
Messages and Transactions
Ethereum의 거래는 외부 소유 계정에 의해 생성되어 네트워크에 브로드캐스트되는 서명된 데이터 패키지이다. 거래에는 수신자 주소, 발신자의 신원을 증명하는 암호학적 서명, 전송할 ether의 양, 선택적 데이터 필드(contract와의 상호작용에 중요), STARTGAS(거래가 수행할 수 있는 최대 계산 단계 수), 그리고 GASPRICE(발신자가 지불할 의향이 있는 계산 단계당 수수료)가 포함된다. 채굴자는 이러한 거래를 수집하고, 검증하고, 실행하여 block에 포함시키며, 보상으로 gas 수수료를 받는다.
메시지는 개념적으로 거래와 유사하지만 외부 행위자가 아닌 contract에 의해 생성된다. contract의 코드가 실행될 때, 다른 contract에 메시지를 보낼 수 있다 — 이러한 내부 메시지에는 발신자(contract 주소), 수신자, 전송할 ether의 양, 선택적 데이터 페이로드, STARTGAS 한도가 포함된다. 메시지는 contract 간 통신을 가능하게 하여, 단일 모놀리식 프로그램이 아닌 여러 상호작용하는 contract로 복잡한 애플리케이션을 구축할 수 있게 한다.
Gas 메커니즘은 남용 방지에 매우 중요하다: 거래 내의 모든 계산 단계, 저장 연산, 데이터 바이트는 gas를 소비한다. 거래가 완료되기 전에 gas가 소진되면, 모든 상태 변경이 되돌려진다(채굴자에 대한 gas 지불은 제외). 이는 무한 루프나 과도한 계산이 네트워크를 정지시키는 것을 방지한다. 발신자는 총 gas 예산(STARTGAS)과 단위당 지불할 가격(GASPRICE)을 모두 지정하며, 사용되지 않은 gas는 실행 완료 후 환불된다.
Ethereum State Transition Function
以太坊状态转换函数APPLY(S,TX) - S'定义了交易如何转换区块链状态，它遵循精确的步骤序列。首先，系统检查交易的有效性：验证签名是否正确，确认nonce与发送方账户的nonce匹配，并确保发送方有足够的余额来支付预付费用（STARTGAS x GASPRICE加上要发送的值）。如果任何检查失败，交易在执行开始前就被拒绝。如果有效，交易费用从发送方账户扣除，发送方的nonce递增，初始燃料计数器被设置为STARTGAS减去交易数据的每字节费用。
接下来，系统将指定的以太币值从发送方转移到接收方。如果接收方是外部拥有账户，交易到此完成。如果接收方是合约账户，合约的代码在以太坊虚拟机中运行，每个操作消耗燃料，直到代码成功完成、代码显式停止或燃料耗尽。在执行期间，合约可以读取和修改其存储、向其他合约发送消息以及创建新合约。
最后，如果值转移失败（余额不足）或代码执行失败（燃料耗尽或遇到错误），所有状态更改将被还原——但发送方仍需为已执行的计算向矿工支付燃料费。如果执行成功，剩余燃料退还给发送方，已消耗的燃料作为费用发送给矿工。这种机制确保矿工获得计算补偿，同时防止失控的执行消耗无限资源。
Ethereum State Transition Function
Ethereum 상태 전이 함수 APPLY(S,TX) - S'는 거래가 blockchain 상태를 어떻게 변환하는지를 정의하며, 정확한 단계의 순서를 따른다. 먼저 시스템은 거래의 유효성을 검사한다: 서명이 올바른지 확인하고, nonce가 발신자 계정의 nonce와 일치하는지 확인하며, 발신자가 선불 비용(STARTGAS x GASPRICE에 전송되는 값을 더한 금액)을 지불할 충분한 잔액이 있는지 확인한다. 어떤 검사라도 실패하면, 거래는 실행 시작 전에 거부된다. 유효하면, 거래 수수료가 발신자의 계정에서 차감되고, 발신자의 nonce가 증가하며, 초기 gas 카운터가 STARTGAS에서 거래 데이터에 대한 바이트당 수수료를 뺀 값으로 설정된다.
다음으로, 시스템은 지정된 ether 값을 발신자에서 수신자로 전송한다. 수신자가 외부 소유 계정이면, 이것으로 거래가 완료된다. 수신자가 contract 계정이면, contract의 코드가 Ethereum Virtual Machine에서 실행되며, 코드가 성공적으로 완료되거나, 코드가 명시적으로 중지되거나, gas가 소진될 때까지 각 연산에 대해 gas를 소비한다. 실행 중에 contract는 자신의 저장소를 읽고 수정하며, 다른 contract에 메시지를 보내고, 새로운 contract를 생성할 수 있다.
마지막으로, 값 전송이 실패했거나(잔액 부족) 코드 실행이 실패했으면(gas 소진 또는 오류 발생), 모든 상태 변경이 되돌려진다 — 다만 발신자는 수행된 계산에 대해 여전히 채굴자에게 gas 수수료를 지불한다. 실행이 성공하면, 나머지 gas가 발신자에게 환불되고, 소비된 gas는 수수료로 채굴자에게 전송된다. 이 메커니즘은 채굴자가 계산에 대해 보상받으면서도 폭주하는 실행이 무한한 자원을 소비하는 것을 방지한다.
Code Execution
以太坊虚拟机（EVM）是合约代码执行的运行时环境——一个低层级的、基于栈的虚拟机，在概念上类似于Java虚拟机或WebAssembly。合约代码存储为字节序列，其中每个字节代表EVM可以执行的一个操作（操作码）。执行模型被刻意设计为简单且确定性的：每个使用相同输入状态和交易运行EVM的节点必须得出相同的输出状态，确保网络达成共识。
EVM为计算提供三种不同类型的存储。栈是一个限制为1024个元素的后进先出（LIFO）结构，用于即时操作值。内存是一个可无限扩展的字节数组，仅在单次消息调用期间持续存在，在执行间被重置。存储是与每个合约账户永久关联的持久键值存储，合约在其中跨交易维护其长期状态。这些存储类型在燃料定价上不同——栈和内存操作便宜，而存储操作昂贵，以防止区块链膨胀。
在执行期间，合约代码可以访问关键的上下文信息：它可以读取消息发送方的地址、发送的以太币数量、调用方提供的数据载荷，以及区块级属性如当前区块号、时间戳和矿工地址。代码可以向调用方返回一个输出字节数组，并且可以向其他合约发送消息或创建新合约。这种执行模型是图灵完备的——循环和复杂的控制流是可能的——但燃料机制确保所有计算在有限时间内终止，通过经济手段而非语言限制解决了停机问题。
Code Execution
Ethereum Virtual Machine(EVM)은 contract 코드가 실행되는 런타임 환경으로 — Java Virtual Machine이나 WebAssembly와 개념적으로 유사한 저수준 스택 기반 가상 머신이다. Contract 코드는 바이트 시퀀스로 저장되며, 각 바이트는 EVM이 실행할 수 있는 연산(opcode)을 나타낸다. 실행 모델은 의도적으로 단순하고 결정론적이다: 동일한 입력 상태와 거래로 EVM을 실행하는 모든 노드는 동일한 출력 상태에 도달해야 하며, 이는 네트워크 전체에서의 합의를 보장한다.
EVM은 계산을 위해 세 가지 별개의 저장소 유형을 제공한다. 스택은 1024개의 요소로 제한된 후입선출(LIFO) 구조로, 즉각적인 연산 값에 사용된다. 메모리는 단일 메시지 호출 동안만 지속되고 실행 사이에 초기화되는 무한 확장 가능한 바이트 배열이다. 저장소(storage)는 각 contract 계정에 영구적으로 연결된 영구 키-값 저장소로, contract가 거래 간에 장기적인 상태를 유지하는 곳이다. 이러한 저장소 유형은 gas 가격이 다르게 책정된다 — 스택과 메모리 연산은 저렴하지만, 저장소 연산은 blockchain 비대화를 방지하기 위해 비싸다.
실행 중에 contract 코드는 중요한 컨텍스트에 접근할 수 있다: 메시지 발신자의 주소, 전송된 ether의 양, 호출자가 제공한 데이터 페이로드, 그리고 현재 block 번호, 타임스탬프, 채굴자 주소와 같은 block 수준 속성을 읽을 수 있다. 코드는 호출자에게 출력 바이트 배열을 반환할 수 있으며, 다른 contract에 메시지를 보내거나 새로운 contract를 생성할 수 있다. 이 실행 모델은 Turing-complete하다 — 반복문과 복잡한 제어 흐름이 가능하다 — 그러나 gas 메커니즘이 모든 계산이 유한한 시간 내에 종료되도록 보장하며, 정지 문제를 언어 제한이 아닌 경제적으로 해결한다.
Blockchain and Mining
以太坊区块链与比特币的基本相似，作为包含所有已执行交易的数据库。然而，比特币只存储交易列表，而以太坊同时存储交易列表和最新状态。以太坊中的每个区块包含前一个区块的哈希值、状态根（代表整个状态的默克尔帕特里夏树的根哈希）、交易根、收据根（存储交易执行数据），以及难度值、时间戳和nonce值。状态本身是一棵大型默克尔帕特里夏树，将地址映射到账户对象，每个账户都有余额、nonce、代码（如果有的话）和存储。
以太坊使用了GHOST（贪婪最重观察子树）协议的修改版本，以解决快速出块时间带来的安全问题。在传统的最长链协议中，快速出块会导致高孤块率，降低网络安全性并增加中心化风险，因为大型矿工在孤块上浪费的计算更少。GHOST协议将孤块（在以太坊中称为"叔块"）纳入最长链的计算中，并为叔块提供部分奖励，激励矿工引用它们。这使得以太坊能够在保持网络安全的同时，维持大约12秒的目标出块时间。
挖矿算法与比特币的工作量证明类似，要求矿工找到一个nonce，使得区块的哈希值低于特定的难度目标。然而，以太坊的内存密集型挖矿算法（Ethash）被设计为抗ASIC的，促进更去中心化的挖矿生态系统。难度根据出块时间动态调整，以维持约12秒的目标，确保稳定的区块生产，而GHOST协议在比特币平均10分钟更快的出块时间下提供安全保障。
Blockchain and Mining
Ethereum blockchain은 근본적으로 Bitcoin과 유사하며, 지금까지 실행된 모든 거래를 포함하는 데이터베이스 역할을 한다. 그러나 Bitcoin이 거래 목록만 저장하는 반면, Ethereum은 거래 목록과 가장 최근의 상태 모두를 저장한다. Ethereum의 각 block에는 이전 block의 hash, state root(전체 상태를 나타내는 Merkle Patricia trie의 루트 hash), transaction root, receipt root(거래 실행의 데이터를 저장), 난이도, 타임스탬프, nonce 값이 포함된다. 상태 자체는 주소를 계정 객체에 매핑하는 대규모 Merkle Patricia trie이며, 각 계정은 잔액, nonce, 코드(있는 경우), 저장소를 갖는다.
Ethereum은 빠른 block 시간에서 발생하는 보안 문제를 해결하기 위해 수정된 버전의 GHOST(Greedy Heaviest Observed Subtree) 프로토콜을 사용한다. 전통적인 최장 체인 프로토콜에서 빠른 block은 높은 무효화율(stale rate)을 초래하여 네트워크 보안을 감소시키고, 대규모 채굴자가 무효화된 block에 대한 계산 낭비가 적어 중앙화 위험을 증가시킨다. GHOST는 무효화된 block(Ethereum에서 "uncle"이라 불림)을 어떤 체인이 가장 긴지 계산하는 데 포함시키며, uncle block에 부분적인 보상을 제공하여 채굴자가 이를 참조하도록 인센티브를 부여한다. 이를 통해 Ethereum은 네트워크 보안을 유지하면서 약 12초의 목표 block 시간을 유지할 수 있다.
채굴 알고리즘은 Bitcoin의 proof-of-work와 유사하게 작동하며, 채굴자가 block의 hash가 특정 난이도 목표 아래가 되는 nonce를 찾도록 요구한다. 그러나 Ethereum의 메모리 하드 채굴 알고리즘(Ethash)은 ASIC 저항성을 갖도록 설계되어, 더 탈중앙화된 채굴 생태계를 촉진한다. 난이도는 약 12초 목표를 유지하기 위해 block 시간에 따라 동적으로 조정되며, GHOST 프로토콜이 Bitcoin의 10분 평균에 비해 빠른 block 시간에도 불구하고 보안 보장을 제공하여 일관된 block 생성을 보장한다.
Applications
可以在以太坊上构建的应用大致分为三大类。第一类是金融应用，为用户提供更强大的方式来管理和签订涉及资金的合约。这包括子货币、金融衍生品、对冲合约、带提取限额的储蓄钱包、自动分配资金的遗嘱，甚至是根据验证的工作完成情况计算薪酬的雇佣合约。这些应用利用以太坊的可编程性来创建在传统系统甚至比特币上都不可能或极其难以实现的复杂金融工具。
第二类是半金融应用，涉及资金但也有大量非货币成分。一个完美的例子是为计算问题的解决方案设立的自动执行的悬赏。某人可以发布一个计算问题和奖励，合约可以自动验证提交的解决方案并向第一个正确答案支付悬赏金。这一类别连接了纯金融和其他领域，利用经济激励来解决问题或协调行为。
第三类是与金钱完全无关的应用，例如在线投票和去中心化治理系统。这些非金融应用展示了以太坊作为通用平台的灵活性。例子包括类似域名币的去中心化域名系统、信誉系统、去中心化文件存储和组织治理工具。在所有这些应用类型中，代币系统已成为最常见和最基本的类型，作为许多其他应用的构建基础。
Applications
Ethereum 위에 구축할 수 있는 애플리케이션은 크게 세 가지 범주로 나뉜다. 첫 번째 범주는 금융 애플리케이션으로, 사용자에게 자신의 자금과 관련된 계약을 관리하고 체결하는 더 강력한 방법을 제공한다. 여기에는 하위 화폐, 금융 파생상품, 헤징 계약, 출금 한도가 있는 저축 지갑, 자금을 자동으로 분배하는 유언장, 그리고 검증된 작업 완료에 따라 급여를 계산하는 고용 계약까지 포함된다. 이러한 애플리케이션은 Ethereum의 프로그래밍 가능성을 활용하여 전통적인 시스템이나 심지어 Bitcoin에서도 구현이 불가능하거나 극히 어려운 복잡한 금융 상품을 만들어낸다.
두 번째 범주는 준금융 애플리케이션으로, 자금이 관련되지만 수행되는 작업에 상당한 비금전적 요소가 존재한다. 완벽한 예시는 계산 문제의 해답에 대한 자기 집행형 현상금이다. 누군가 계산 문제와 함께 보상금을 게시하면, contract가 제출된 해답을 자동으로 검증하고 첫 번째 정답에 현상금을 지급할 수 있다. 이 범주는 순수 금융과 다른 영역을 연결하며, 경제적 인센티브를 사용하여 문제를 해결하거나 행동을 조율한다.
세 번째 범주는 온라인 투표와 탈중앙화 거버넌스 시스템과 같이 자금과 전혀 관련이 없는 애플리케이션이다. 이러한 비금융 애플리케이션은 범용 플랫폼으로서의 Ethereum의 유연성을 보여준다. 예시로는 Namecoin과 같은 탈중앙화 도메인 네임 시스템, 평판 시스템, 탈중앙화 파일 저장, 조직 거버넌스 도구 등이 있다. 이 모든 애플리케이션 유형 중에서 token 시스템이 가장 일반적이고 기본적인 형태로 부상하여 다른 많은 애플리케이션의 구성 요소 역할을 하고 있다.
Token Systems
代币系统在以太坊上实现起来出人意料地简单，尽管它是最强大和最常见的应用之一。在其核心，代币系统只是一个具有单一操作的数据库：从账户A减去X个单位并向账户B添加X个单位，条件是A在交易前至少拥有X个单位且交易由A授权。实现这一点需要维护一个地址到余额的映射，并提供一个在账户之间转移代币之前执行适当检查的转账函数。
基本代币系统的合约代码非常简单，可以用几行代码编写。它由一个将地址映射到余额的数据结构、一个分配初始代币供应量的初始化函数，以及一个在执行转账前检查发送方余额和授权的转账函数组成。这种简单性与在比特币上实现类似系统所需的复杂性形成了鲜明对比，后者由于比特币受限的脚本能力而需要大量的变通方法和限制。
以太坊上的代币可以代表几乎任何有价值的东西。它们可能代表具有自己货币政策的子货币、追踪外部资产的金融衍生品、拥有分红权的公司股份、客户计划中的积分、黄金或石油等大宗商品，甚至是实物财产的表示。以太坊的可编程性允许这些代币具有管理其行为的任意规则，例如转账限制、自动销毁机制、分红分配或治理权利。这种灵活性使代币系统成为以太坊生态系统的基础构建模块。
Token Systems
Token 시스템은 가장 강력하고 일반적인 애플리케이션 중 하나임에도 불구하고 Ethereum에서 놀라울 정도로 간단하게 구현할 수 있다. 핵심적으로 token 시스템은 단일 연산을 가진 데이터베이스에 불과하다: 계정 A에서 X 단위를 차감하고 계정 B에 X 단위를 추가하되, 거래 전에 A가 최소 X 단위를 보유하고 있어야 하며 거래가 A에 의해 승인되어야 한다는 조건이 있다. 구현에는 주소에서 잔액으로의 매핑을 유지하고 token을 계정 간에 이동하기 전에 적절한 검사를 수행하는 전송 함수를 제공하는 것이 필요하다.
기본적인 token 시스템의 contract 코드는 놀라울 정도로 간단하며 단 몇 줄로 작성할 수 있다. 주소에서 잔액으로의 매핑 데이터 구조, 초기 token 공급량을 할당하는 초기화 함수, 그리고 전송을 실행하기 전에 발신자의 잔액과 승인을 확인하는 전송 함수로 구성된다. 이러한 단순함은 Bitcoin에서 유사한 시스템을 구현하는 데 필요한 복잡성과 극명한 대조를 이루는데, Bitcoin의 제한된 스크립팅 기능으로 인해 상당한 우회 방법과 제약이 필요하기 때문이다.
Ethereum의 token은 가치 있는 거의 모든 것을 나타낼 수 있다. 자체 통화 정책을 가진 하위 화폐, 외부 자산을 추적하는 금융 파생상품, 배당권이 있는 회사 주식, 고객 프로그램의 로열티 포인트, 금이나 석유와 같은 상품, 심지어 물리적 자산의 표현까지 가능하다. Ethereum의 프로그래밍 가능성은 이러한 token이 전송 제한, 자동 소각 메커니즘, 배당 분배, 거버넌스 권한 등 행동을 지배하는 임의의 규칙을 가질 수 있게 한다. 이러한 유연성 덕분에 token 시스템은 Ethereum 생태계의 기본 구성 요소가 되었다.
Financial Derivatives and Stable-Value Currencies
金融衍生品是以太坊智能合约最基本和最重要的应用之一。一个简单的对冲合约展示了基本机制：甲方存入价值1000美元的一定数量以太币，乙方存入等值金额，合约使用数据源记录当时以太币的美元价值。30天后，合约重新计算价值，将价值1000美元的以太币发送给甲方，剩余部分发送给乙方。如果以太币价格上涨，甲方收到的以太币较少但维持1000美元价值；如果价格下跌，甲方收到更多以太币以维持该价值。这使得甲方可以对冲波动性风险，而乙方则对价格走势进行投机。
此类合约的实现需要通过预言机合约或数据源来访问外部数据。这些预言机提供价格信息、天气数据或合约正确执行所需的其他现实世界信息。虽然预言机引入了信任依赖，但可以通过冗余设计和加密经济激励来提供可靠数据。合约本身只需查询预言机，根据该数据执行计算，并按照其编程逻辑分配资金。
稳定币和更复杂的金融工具可以使用类似的机制构建。稳定币合约可以维护以太币储备并发行锚定法定货币的代币，根据价格源自动调整供应量或抵押要求。期权合约、期货合约、互换合约以及其他通常需要复杂法律框架和可信中介的衍生品可以被编码为自动执行的智能合约。这种可编程金融基础设施在维护区块链技术的透明性和安全保证的同时，实现了复杂的金融工程。
Financial Derivatives and Stable-Value Currencies
금융 파생상품은 Ethereum smart contract의 가장 근본적이고 중요한 애플리케이션 중 하나이다. 간단한 헤징 계약이 기본 메커니즘을 보여준다: 당사자 A가 1,000달러 상당의 ether를 예치하고, 당사자 B가 동등한 금액을 예치하면, contract는 데이터 피드를 사용하여 그 시점의 ether USD 가치를 기록한다. 30일 후 contract는 가치를 재계산하여 1,000달러 상당의 ether를 A에게 보내고 나머지를 B에게 보낸다. ether 가격이 상승하면 A는 더 적은 ether를 받지만 1,000달러 가치를 유지하고, 가격이 하락하면 A는 해당 가치를 유지하기 위해 더 많은 ether를 받는다. 이를 통해 A는 변동성에 대해 헤징하고 B는 가격 변동에 투기할 수 있다.
이러한 contract의 구현에는 oracle contract나 데이터 피드를 통한 외부 데이터 접근이 필요하다. 이러한 oracle은 contract가 제대로 실행되기 위해 필요한 가격 정보, 날씨 데이터 또는 기타 현실 세계 정보를 제공한다. Oracle은 신뢰 의존성을 도입하지만, 신뢰할 수 있는 데이터를 제공하기 위해 중복성과 암호경제적 인센티브를 갖추도록 설계할 수 있다. Contract 자체는 단순히 oracle에 쿼리하고, 해당 데이터를 기반으로 계산을 수행하며, 프로그래밍된 로직에 따라 자금을 분배한다.
Stablecoin과 더 복잡한 금융 상품도 유사한 메커니즘을 사용하여 구축할 수 있다. Stablecoin contract는 ether 준비금을 유지하고 법정 화폐에 고정된 token을 발행하며, 가격 피드를 기반으로 공급량이나 담보 요건을 자동으로 조정할 수 있다. 옵션 계약, 선물, 스왑 및 기타 파생상품은 일반적으로 복잡한 법적 프레임워크와 신뢰할 수 있는 중개자가 필요하지만, 대신 자기 실행형 smart contract로 인코딩할 수 있다. 이러한 프로그래밍 가능한 금융 인프라는 blockchain 기술의 투명성과 보안 보장을 유지하면서 정교한 금융 공학을 가능하게 한다.
Identity and Reputation Systems
类似域名币的域名注册系统在以太坊上可以轻而易举地实现，是身份系统最简单的例子。合约维护一个包含键值表的数据库，将名称映射到关联数据（如IP地址、公钥或其他信息）。任何人都可以通过向合约发送交易并附上少量注册费来注册一个名称，前提是该名称尚未被占用。所有者可以随时更新关联数据，名称可以根据合约中编码的规则设置为可转让或永久性的。
在此基础上可以构建更高级的身份系统，包括信誉评分、信任网络关系和去中心化身份验证。例如，合约可以基于已验证的交易、同行评级或任务完成情况来维护信誉评分。这些评分将是公开可见的，并与特定地址进行密码学绑定，创建一个跨应用跟随用户的可移植信誉。信任网络系统可以允许用户为他人的身份背书，构建有助于区分合法用户和不良行为者的社交图谱。
当与其他应用集成时，此类身份和信誉系统变得特别强大。市场可以要求卖家达到最低信誉评分，借贷平台可以根据借款人的信誉调整利率，社交网络可以使用信任网络来过滤垃圾信息和欺诈内容。通过提供任何应用都可以查询的共享身份基础设施，以太坊实现了一类不依赖中心化身份提供商或专有信誉系统的新型信任应用。
Identity and Reputation Systems
Namecoin과 유사한 이름 등록 시스템은 Ethereum에서 간단하게 구현할 수 있으며, 신원 시스템의 가장 단순한 예시 역할을 한다. Contract는 이름을 관련 데이터(IP 주소, 공개 키 또는 기타 정보 등)에 매핑하는 키-값 테이블로 구성된 데이터베이스를 유지한다. 누구나 소액의 등록 수수료와 함께 거래를 보내 이름을 등록할 수 있으며, 해당 이름이 아직 사용되지 않은 경우에만 가능하다. 소유자는 언제든지 관련 데이터를 업데이트할 수 있고, contract에 인코딩된 규칙에 따라 이름을 양도 가능하게 하거나 영구적으로 설정할 수 있다.
이 기반 위에 평판 점수, 신뢰 관계망(web of trust), 탈중앙화 신원 인증을 포함하는 더 고급 신원 시스템을 구축할 수 있다. 예를 들어, contract는 검증된 거래, 동료 평가 또는 작업 완료를 기반으로 평판 점수를 유지할 수 있다. 이러한 점수는 공개적으로 가시적이며 특정 주소에 암호학적으로 연결되어, 애플리케이션 간에 사용자를 따라다니는 이동 가능한 평판을 생성한다. 신뢰 관계망 시스템은 사용자가 다른 사용자의 신원을 보증할 수 있게 하여, 합법적인 사용자를 악의적 행위자와 구별하는 데 도움이 되는 소셜 그래프를 구축한다.
이러한 신원 및 평판 시스템은 다른 애플리케이션과 통합될 때 특히 강력해진다. 마켓플레이스는 판매자에게 최소 평판 점수를 요구할 수 있고, 대출 플랫폼은 차용자의 평판에 따라 이자율을 조정할 수 있으며, 소셜 네트워크는 신뢰 관계망을 사용하여 스팸과 사기성 콘텐츠를 필터링할 수 있다. 모든 애플리케이션이 조회할 수 있는 공유 신원 인프라를 제공함으로써, Ethereum은 중앙화된 신원 제공자나 독점적 평판 시스템에 의존하지 않는 새로운 유형의 신뢰 기반 애플리케이션을 가능하게 한다.
Decentralized File Storage
去中心化文件存储可以通过以太坊合约来实现，在需要存储的用户和提供存储的供应商之间进行协调。在"去中心化Dropbox"模式中，用户按月付费上传文件，合约将付款分配给证明自己实际存储了数据的存储供应商。证明机制通过定期的密码学挑战实现：合约随机选择文件的部分内容，并要求供应商提供默克尔树证明，证明他们拥有该数据。挑战失败或下线的供应商将失去其押金和未来的付款流。
这种方法相比中心化存储有几个优势。默克尔树证明实现了高效验证——用户和合约可以在不下载整个文件的情况下确认文件可用性。该系统自然地将文件分布在多个独立的供应商之间，在无需显式复制协议的情况下创建冗余。经济激励使供应商的行为与用户需求保持一致：供应商通过可靠存储数据赚钱，如果未能做到则亏钱。这消除了中心化存储解决方案中固有的信任需求。
此类系统的存储成本有可能因多种原因而低于中心化替代方案。消除垄断定价使市场竞争将成本推至接近实际存储成本。多个用户存储类似文件产生的隐性冗余可以减少总存储需求。无需昂贵的数据中心基础设施或企业管理费用。然而，在支付机制、确保足够的供应商参与以及管理冗余与成本之间的权衡方面仍然存在挑战。尽管存在这些挑战，去中心化存储展示了以太坊如何仅通过经济激励来协调复杂的多方交互。
Decentralized File Storage
탈중앙화 파일 저장은 저장이 필요한 사용자와 저장을 제공하는 제공자 간의 조율을 담당하는 Ethereum contract를 통해 구현할 수 있다. "탈중앙화 Dropbox" 모델에서 사용자는 파일을 업로드하기 위해 월정액을 지불하고, contract는 데이터를 실제로 저장하고 있음을 증명하는 저장 제공자에게 지불금을 분배한다. 증명 메커니즘은 주기적인 암호학적 도전을 통해 작동한다: contract가 파일의 일부를 무작위로 선택하고 제공자에게 해당 데이터를 보유하고 있음을 보여주는 Merkle tree 증명을 제출하도록 요청한다. 도전에 실패하거나 오프라인 상태가 된 제공자는 보증금과 향후 지불 흐름을 잃게 된다.
이 접근 방식은 중앙화 저장에 비해 여러 가지 장점을 제공한다. Merkle tree 증명은 효율적인 검증을 가능하게 한다 — 사용자와 contract는 전체 파일을 다운로드하지 않고도 파일 가용성을 확인할 수 있다. 시스템은 자연스럽게 여러 독립적인 제공자에게 파일을 분산시켜, 명시적인 복제 프로토콜 없이도 중복성을 생성한다. 경제적 인센티브는 제공자의 행동을 사용자의 필요에 맞게 조정한다: 제공자는 데이터를 안정적으로 저장하면 수익을 얻고 실패하면 손실을 입는다. 이는 중앙화 저장 솔루션에 내재된 신뢰 요건을 제거한다.
이러한 시스템의 저장 비용은 여러 가지 이유로 중앙화 대안보다 잠재적으로 낮을 수 있다. 독점 가격 책정의 제거는 시장 경쟁이 비용을 실제 저장 비용에 가깝게 낮출 수 있게 한다. 유사한 파일을 저장하는 여러 사용자로 인한 암묵적 중복성은 전체 저장 요구량을 줄일 수 있다. 비용이 많이 드는 데이터 센터 인프라나 기업 운영 비용이 필요하지 않다. 그러나 지불 메커니즘, 적절한 제공자 참여 보장, 중복성과 비용 간의 균형 관리에 관한 과제가 남아 있다. 이러한 과제에도 불구하고, 탈중앙화 저장은 Ethereum이 경제적 인센티브만으로 복잡한 다자간 상호작용을 어떻게 조율할 수 있는지를 보여준다.
Decentralized Autonomous Organizations
去中心化自治组织（DAO）是一个虚拟实体，拥有一组成员或股东，他们共同有权花费该实体的资金并修改其代码。典型的DAO遵循一个简单规则：需要67%的成员同意才能做出支出决定或修改组织的代码。成员可以提交提案、对提案投票，如果提案获得足够支持，合约将自动执行该决定。成员份额可以是可转让的，允许DAO参与权的流动市场，不同类别的份额可以拥有不同的投票权或经济权益。
最简单的DAO设计是一个自我修改的合约，维护一个成员列表，并要求三分之二多数投票来更改合约的任何方面，包括其自身的投票规则。成员以交易的形式提交代码变更，其他成员投票，达到阈值后合约将自行更新。更复杂的设计可能包括委托投票系统，成员可以将投票权分配给代表，或者流动民主，投票可以被委托但在重要决定时可以随时收回。
DAO可以服务于超越简单资金管理的各种目的。DAO可以作为去中心化公司运作，雇佣承包商、购买服务并向股东分配利润——所有这些都由智能合约代码而非传统法律结构治理。它可以作为去中心化投资基金运作，由成员投票决定资助哪些项目。它可以管理公共资源，由利益相关者投票决定分配规则。关键洞察在于，通过将治理规则编码为透明的、不可变的代码并将其与经济利益绑定，DAO可以在不需要传统等级管理或法律执行的情况下协调群体决策。
Decentralized Autonomous Organizations
탈중앙화 자율 조직(DAO)은 구성원 또는 주주의 집합이 조직의 자금을 지출하고 코드를 수정할 권리를 집단적으로 보유하는 가상 실체이다. 일반적인 DAO는 간단한 규칙으로 운영된다: 지출 결정이나 조직의 코드 수정에 구성원의 67%가 필요하다. 구성원은 제안을 제출하고 투표할 수 있으며, 제안이 충분한 지지를 받으면 contract가 자동으로 결정을 실행한다. 멤버십 지분은 양도 가능하여 DAO 참여에 대한 유동적 시장이 형성될 수 있고, 다양한 종류의 지분이 서로 다른 투표권이나 경제적 청구권을 가질 수 있다.
가장 단순한 DAO 설계는 구성원 목록을 유지하고 자체 투표 규칙을 포함한 contract의 모든 측면을 변경하기 위해 2/3 과반수 투표를 요구하는 자기 수정 contract이다. 구성원은 거래로 코드 변경을 제출하고, 다른 구성원이 투표하여 임계값에 도달하면 contract가 스스로를 업데이트한다. 더 정교한 설계에는 구성원이 자신의 투표권을 대표에게 위임할 수 있는 위임 투표 시스템이나, 투표를 위임하되 중요한 결정에 대해서는 언제든지 회수할 수 있는 유동적 민주주의(liquid democracy)가 포함될 수 있다.
DAO는 단순한 자금 관리를 넘어 다양한 목적에 활용될 수 있다. DAO는 계약자를 고용하고, 서비스를 구매하며, 주주에게 이익을 분배하는 탈중앙화 기업으로 기능할 수 있으며, 이 모든 것이 전통적인 법적 구조가 아닌 smart contract 코드에 의해 지배된다. 탈중앙화 투자 펀드로 운영되어 구성원이 어떤 프로젝트에 자금을 지원할지 투표할 수도 있다. 공유 자원을 관리하며 이해관계자가 배분 규칙에 대해 투표할 수도 있다. 핵심적인 통찰은 거버넌스 규칙을 투명하고 불변의 코드로 인코딩하고 경제적 지분에 연결함으로써, DAO가 전통적인 계층적 관리나 법적 집행 없이도 집단적 결정을 조율할 수 있다는 것이다.
Further Applications
除了已经讨论的主要类别之外，以太坊还支持众多其他应用。带有复杂安全功能的储蓄钱包可以施加每日提取限额，同时提供用于恢复的紧急密钥，在保持最终控制权的同时保护用户免受盗窃。农作物保险合约可以根据天气数据源自动向农民支付赔偿，消除理赔处理过程并减少管理开销。点对点赌博应用可以在没有任何可信中介的情况下运作，智能合约持有赌注并根据可验证的随机数或现实世界的事件数据自动向赢家支付。
链上预测市场允许用户对未来事件下注，通过群体智慧创建强大的预测机制。这些可以通过谢林币（SchellingCoin）风格的协议来增强，以创建去中心化预言机：参与者独立报告数据（如选举结果或天气状况），与多数一致的报告获得奖励，而异常值则受到惩罚。这种加密经济方法激励诚实报告，可以为其他合约提供可靠的现实世界数据，而无需信任任何单一预言机提供者。
多重签名钱包是另一个重要应用，实现多方对资金的共同控制。一个2-of-3多重签名钱包可能要求三个指定方中的任意两个批准交易才能花费资金，适用于托管安排、企业金库或个人安全。去中心化市场可以结合身份系统、信誉评分、托管合约和争议解决机制来实现无需中心化平台的点对点商务。这些应用中的每一个都展示了以太坊的可编程性如何实现新的信任模型和组织结构。
Further Applications
이미 논의된 주요 범주 외에도 Ethereum은 수많은 다른 애플리케이션을 가능하게 한다. 정교한 보안 기능을 갖춘 저축 지갑은 일일 출금 한도를 설정하면서 복구를 위한 긴급 키를 제공하여, 도난으로부터 사용자를 보호하면서도 궁극적인 통제권을 유지할 수 있다. 작물 보험 contract는 날씨 데이터 피드를 기반으로 농부에게 자동으로 지급하여 청구 처리를 없애고 행정 비용을 줄일 수 있다. P2P 도박 애플리케이션은 신뢰할 수 있는 중개자 없이 운영될 수 있으며, smart contract가 판돈을 보유하고 검증 가능한 난수 또는 현실 세계 이벤트 데이터를 기반으로 승자에게 자동으로 지급한다.
온체인 예측 시장은 사용자가 미래 이벤트에 베팅할 수 있게 하여, 군중의 지혜를 통해 강력한 예측 메커니즘을 만든다. 이는 SchellingCoin 스타일 프로토콜로 강화되어 탈중앙화 oracle을 생성할 수 있다: 참가자가 독립적으로 데이터(선거 결과나 날씨 조건 등)를 보고하고, 다수와 일치하는 보고를 한 참가자는 보상을 받는 반면 이상치는 벌칙을 받는다. 이러한 암호경제적 접근 방식은 정직한 보고에 인센티브를 부여하며, 단일 oracle 제공자에 대한 신뢰 없이도 다른 contract에 신뢰할 수 있는 현실 세계 데이터를 제공할 수 있다.
다중 서명 지갑은 또 다른 중요한 애플리케이션으로, 여러 당사자 간에 자금의 공유 통제를 가능하게 한다. 2-of-3 다중 서명 지갑은 자금이 지출되기 전에 세 명의 지정된 당사자 중 두 명의 승인을 요구할 수 있으며, 에스크로 계약, 기업 자금 관리 또는 개인 보안에 유용하다. 탈중앙화 마켓플레이스는 신원 시스템, 평판 점수, 에스크로 contract, 분쟁 해결 메커니즘을 결합하여 중앙화 플랫폼 없이 P2P 상거래를 가능하게 할 수 있다. 이러한 각 애플리케이션은 Ethereum의 프로그래밍 가능성이 새로운 신뢰 모델과 조직 구조를 어떻게 가능하게 하는지를 보여준다.
Miscellanea And Concerns
以太坊对修改版GHOST协议的实现包括叔块纳入和奖励的具体规则。叔块必须是当前区块祖先的直接子块（回溯2到7代），必须是有效的区块头，必须与之前的叔块不同，且不能是当前区块的直接祖先。叔块获得标准区块奖励的87.5%，而包含叔块的区块每包含一个叔块获得额外3.125%的奖励（最多两个叔块）。这种激励结构鼓励矿工引用他们观察到的孤块，增强网络安全，同时奖励在网络传播中暂时运气不佳的矿工。
费用系统基于"燃料"的概念，每个计算操作都有固定的燃料成本。例如，一次乘法运算消耗5个燃料单位，一次SHA256哈希运算消耗20个燃料单位，每笔交易的基础成本为21,000个燃料单位。用户指定燃料上限（愿意消耗的最大燃料量）和燃料价格（每单位燃料愿意支付的以太币数量）。这个系统有多重目的：通过确保所有计算都需要付费来防止无限循环和拒绝服务攻击，创建一个用户通过燃料价格竞价的区块空间市场，并允许矿工设定愿意接受的最低燃料价格来保护网络资源。
可扩展性仍然是一个重大关切，因为每个全节点必须处理每笔交易以验证状态。当前的区块链架构难以匹配中心化系统的交易吞吐量。潜在的解决方案包括状态分片——不同节点处理不同的交易子集，以及从工作量证明向权益证明共识的转变——这可以实现更高效的区块生产。使用默克尔证明的轻客户端可以在不处理所有区块的情况下验证交易，但总得有人处理所有内容。这些可扩展性挑战代表了对以太坊长期可行性至关重要的活跃研究和开发领域。
Miscellanea And Concerns
Ethereum의 수정된 GHOST 프로토콜 구현에는 uncle 포함과 보상에 관한 구체적인 규칙이 포함되어 있다. Uncle은 현재 block 조상의 직접 자식이어야 하고(2세대에서 7세대 사이), 유효한 block 헤더여야 하며, 이전 uncle과 구별되어야 하고, 현재 block의 직접 조상이 아니어야 한다. Uncle block은 표준 block 보상의 87.5%를 받으며, 포함하는 block은 포함된 uncle당 추가로 3.125%를 받는다(최대 두 개의 uncle까지). 이 인센티브 구조는 채굴자가 관찰한 무효화된 block을 참조하도록 장려하여, 네트워크 전파에서 일시적으로 불운했던 채굴자에게 보상하면서 네트워크 보안을 강화한다.
수수료 시스템은 "gas" 개념에 기반하며, 모든 계산 연산에는 고정된 gas 비용이 있다. 예를 들어, 곱셈 연산은 5 gas, SHA256 hash는 20 gas가 소요되며, 모든 거래에는 21,000 gas의 기본 비용이 있다. 사용자는 gas limit(소비할 의향이 있는 최대 gas)과 gas price(gas 단위당 지불할 ether 금액) 모두를 지정한다. 이 시스템은 여러 목적을 수행한다: 모든 계산에 비용을 부과하여 무한 루프와 서비스 거부 공격을 방지하고, 사용자가 gas price를 통해 입찰하는 block 공간 시장을 생성하며, 채굴자가 수용할 최소 gas price를 설정할 수 있게 하여 네트워크 자원을 보호한다.
확장성은 모든 전체 노드가 상태를 검증하기 위해 모든 거래를 처리해야 하므로 중대한 과제로 남아 있다. 현재 blockchain 아키텍처는 중앙화 시스템의 거래 처리량에 맞추기 어렵다. 잠재적 해결책으로는 서로 다른 노드가 거래의 서로 다른 하위 집합을 처리하는 상태 샤딩(state sharding)과, 더 효율적인 block 생성을 가능하게 할 수 있는 proof-of-work에서 proof-of-stake 합의로의 전환이 포함된다. Merkle proof를 사용하는 라이트 클라이언트는 모든 block을 처리하지 않고도 거래를 검증할 수 있지만, 누군가는 여전히 모든 것을 처리해야 한다. 이러한 확장성 과제는 Ethereum의 장기적 실행 가능성에 중요한 활발한 연구 개발 분야이다.
Conclusion
以太坊协议最初被构想为加密货币的升级版本，通过高度通用的编程语言提供链上托管、提取限额和金融合约等高级功能。然而，以太坊协议远不止于货币。围绕去中心化文件存储、去中心化计算和去中心化预测市场的协议，以及数十个其他概念，有潜力大幅提高计算行业的效率，并通过首次添加经济层为其他点对点协议提供巨大推动力。
以太坊不是提供为特定用例设计的有限操作集，而是提供一种图灵完备的编程语言，使开发者能够构建他们所能设计的任何应用。想要发明自己的金融衍生品？创建自己的货币？在区块链上建立一个政府？这些在以太坊的脚本系统中都可以轻而易举地实现。该平台的力量不在于预测将构建什么应用，而在于提供使构建这些应用变得容易的基础设施。
以太坊协议实现的任意状态转换函数的概念提供了一个具有独特潜力的平台。以太坊不是一个封闭的、面向特定数据存储、赌博或金融应用的单一用途协议，而是在设计上就是开放式的，我们相信它极其适合在未来数年中作为大量金融和非金融协议的基础层。未来在以太坊上构建的应用可能是我们今天甚至无法想象的，而这种开放式的可能性代表了该平台的真正前景。
Conclusion
Ethereum 프로토콜은 원래 on-blockchain 에스크로, 출금 한도, 금융 계약과 같은 고급 기능을 고도로 일반화된 프로그래밍 언어를 통해 제공하는 암호화폐의 업그레이드 버전으로 구상되었다. 그러나 Ethereum 프로토콜은 단순한 화폐를 훨씬 넘어선다. 탈중앙화 파일 저장, 탈중앙화 컴퓨팅, 탈중앙화 예측 시장을 비롯한 수십 가지 다른 개념에 관한 프로토콜은 컴퓨팅 산업의 효율성을 크게 높이고, 최초로 경제적 계층을 추가함으로써 다른 P2P 프로토콜에 대규모 촉진력을 제공할 잠재력을 갖고 있다.
특정 사용 사례를 위해 설계된 제한된 연산 집합을 제공하는 대신, Ethereum은 개발자가 설계할 수 있는 모든 애플리케이션을 구축할 수 있게 하는 Turing-complete 프로그래밍 언어를 제공한다. 나만의 금융 파생상품을 만들고 싶은가? 자신만의 화폐를 만들고 싶은가? blockchain 위에 정부를 세우고 싶은가? 이 모든 것이 Ethereum의 스크립팅 시스템으로 간단하게 구현 가능하다. 플랫폼의 힘은 어떤 애플리케이션이 구축될지 예측하는 데 있지 않고, 그것들을 쉽게 구축할 수 있는 기반 인프라를 제공하는 데 있다.
Ethereum 프로토콜에 의해 구현된 임의의 상태 전이 함수 개념은 고유한 잠재력을 가진 플랫폼을 제공한다. 데이터 저장, 도박 또는 금융의 특정 애플리케이션을 위한 폐쇄적이고 단일 목적의 프로토콜이 아니라, Ethereum은 설계상 개방적이며, 향후 수년간 많은 금융 및 비금융 프로토콜의 기반 계층으로 봉사하기에 매우 적합하다고 우리는 믿는다. 미래에 Ethereum 위에 구축될 애플리케이션은 오늘날 우리가 상상조차 할 수 없는 것일 수 있으며, 이러한 개방적 가능성이야말로 플랫폼의 진정한 약속이다.
References and Further Reading
以太坊白皮书建立在加密货币和分布式系统研究的大量先前工作之上。基础性的比特币协议在中本聪2008年的原始论文《比特币：一种点对点电子现金系统》中进行了描述，该论文引入了基于区块链的数字货币概念。早期扩展比特币功能的尝试包括域名币——一个去中心化的域名注册系统，展示了货币之外的区块链应用，尽管受限于比特币的脚本能力。
彩色币白皮书提出了一种通过"着色"特定比特币来在比特币区块链上表示替代资产的方法，而万事达币试图在比特币之上创建一个用于更复杂金融工具的协议层。两者都凸显了在比特币之上构建的局限性，并推动了对更灵活平台的需求。去中心化自治公司的概念在《比特币杂志》中进行了探讨，为通过智能合约进行组织治理提供了理论基础。
关键技术组件包括用于轻客户端的简化支付验证（SPV）、用于高效数据验证的默克尔树，以及用于以太坊状态表示的帕特里夏树。GHOST（贪婪最重观察子树）协议在2013年的一篇密码学论文中进行了描述，解决了快速出块时间带来的安全问题，构成了以太坊共识机制的基础。这些参考文献代表了以太坊所建立的知识基础，结合了加密货币、分布式系统、密码学和博弈论的洞见，创建了一个通用区块链平台。
References and Further Reading
Ethereum 백서는 암호화폐와 분산 시스템 연구의 광범위한 선행 연구를 기반으로 한다. 기반이 되는 Bitcoin 프로토콜은 Satoshi Nakamoto의 2008년 원본 논문 "Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System"에 서술되어 있으며, 이 논문은 blockchain 기반 디지털 화폐의 개념을 도입했다. Bitcoin의 기능을 확장하려는 초기 시도에는 blockchain 애플리케이션을 화폐 이상으로 확장한 탈중앙화 이름 등록 시스템인 Namecoin이 포함되나, Bitcoin의 제한된 스크립팅 기능에 의해 한계가 있었다.
Colored coins 백서는 특정 bitcoin을 "착색"하여 다른 자산을 나타내는 방법을 제안했으며, Mastercoin은 더 복잡한 금융 상품을 위해 Bitcoin 위에 프로토콜 계층을 생성하려 시도했다. 두 프로젝트 모두 Bitcoin 위에 구축하는 것의 한계를 부각시키며 더 유연한 플랫폼의 필요성을 촉발했다. Bitcoin Magazine에서 탐구된 탈중앙화 자율 기업의 개념은 smart contract를 통한 조직 거버넌스에 대한 이론적 기반을 제공했다.
핵심 기술 구성 요소로는 라이트 클라이언트를 위한 간편 결제 검증(SPV), 효율적인 데이터 검증을 위한 Merkle tree, Ethereum의 상태 표현을 위한 Patricia trie가 있다. 2013년 암호학 논문에 서술된 GHOST(Greedy Heaviest Observed Subtree) 프로토콜은 빠른 block 시간에서 발생하는 보안 문제를 해결하며 Ethereum의 합의 메커니즘의 기반을 형성한다. 이러한 참고문헌들은 Ethereum이 구축된 지적 토대를 나타내며, 암호화폐, 분산 시스템, 암호학, 게임 이론의 통찰을 결합하여 범용 blockchain 플랫폼을 창조했다.
