当我们谈论以太坊时,很多人首先想到的是以太币（ETH），一种知名的加密货币，但以太坊的雄心远不止于此，它本质上是一个去中心化的、开源的、有智能合约功能的公共区块链平台，被其创始人 Vitalik Buterin（ Vitalik Buterin）誉为“世界计算机”，这台“世界计算机”究竟是如何运转起来的呢？要理解这一点，我们需要从几个核心层面来剖析。

基石：区块链与分布式账本

如同比特币等其他区块链,以太坊的运行基础也是区块链技术，区块链是一个由多个节点（参与者计算机）共同维护的、不可篡改的分布式账本。

• 区块（Block）：交易被记录在一个个“区块”中，每个区块都包含了一定时间内发生的多笔交易信息，以及一个指向前一个区块的哈希值（类似指纹），形成一条按时间顺序链接的链条。
• 分布式（Distributed）：这个账本不是存储在中心服务器上，而是网络中每个节点都保存一份，任何节点的变动都会同步到其他所有节点，确保了数据的去中心化和抗审查性。
• 共识机制（Consensus Mechanism）：为了确保所有节点对账本状态达成一致，以太坊采用了工作量证明（PoW）机制（尽管正逐步过渡到权益证明（PoS），如“合并”后的以太坊），在PoW中，矿工们通过复杂的数学计算竞争记账权，第一个算出正确答案的矿工将获得奖励（以太币和交易费），并将新区块添加到链上，PoS则改为验证者通过质押以太币来获得出块权利，能耗更低，效率更高。

核心引擎：智能合约（Smart Contracts）

如果说区块链是以太坊的“身体”，那么智能合约就是它的“灵魂”和“大脑”，智能合约是在区块链上运行的自执行代码，当预设的条件被触发时，合约会自动执行约定的操作，无需第三方干预。

• 什么是智能合约？ 可以把它想象成一个自动售货机：你投入正确的货币（满足条件），机器就会自动掉出货品（执行结果），以太坊上的智能合约是用特定的编程语言（如Solidity）编写的，部署在区块链上后，其代码对所有人可见且不可篡改。
• 运行环境：以太坊虚拟机（EVM）：智能合约并非直接在物理硬件上运行，而是在一个名为“以太坊虚拟机”（EVM）的沙箱环境中执行，EVM是一个图灵完备的虚拟机，意味着它可以执行任何复杂的计算任务，每个节点在同步新区块时，都会独立运行EVM来执行其中的智能合约代码，并得出相同的结果，确保了整个网络的一致性。

运作流程：一笔交易的旅程

让我们通过一个简单的例子来理解以太坊的完整运行流程,比如用户A想通过智能合约向用户B转账：

1. 发起交易（Transaction Initiation）：用户A使用自己的私钥对交易信息（包括接收方地址B、转账金额、手续费、智能合约地址等）进行签名，然后将其广播到以太坊网络。
2. 交易进入内存池（Mempool）：广播后的交易首先进入节点的内存池，等待被矿工（或验证者）打包。
3. 打包区块（Block Mining/Validation）：矿工（PoW）或验证者（PoS）从内存池中选择交易，将其打包成一个候选区块，对于包含智能合约交互的交易，EVM会执行合约代码，计算状态变化（如账户余额更新）。
4. 共识与上链（Consensus & Chain Addition）：矿工通过竞争（PoW）或验证者通过共识机制（PoS）确认该区块的有效性，一旦达成共识，新区块就被添加到以太坊区块链的末端。
5. 状态更新（State Update）：新区块被确认后，网络中所有节点的账本状态都会同步更新，用户B的账户余额增加了，用户A的余额减少了，智能合约的状态也相应改变。

关键组成部分协同工作

以太坊的运行还离不开以下几个关键组件的协同：

• 账户（Accounts）：以太坊有两种账户：外部账户（由用户私钥控制，发起交易）和合约账户（由代码控制，被动响应交易），账户状态（余额、 nonce、代码存储等）被记录在区块链的“状态树”中。
• Gas（燃料）：为了防止恶意交易或无限循环代码消耗网络资源，以太坊引入了Gas机制，每笔交易和智能合约的每一步执行都需要消耗一定量的Gas，Gas价格由用户设定，矿工优先打包Gas价格高的交易，这确保了网络的安全性和效率。
• 节点（Nodes）：以太坊网络由成千上万的节点组成，它们负责验证交易、执行智能合约、维护账本副本和传播信息，全节点保存完整的区块链数据，而轻节点则只保存部分数据，依赖全节点获取信息。

迈向未来：以太坊2.0与可扩展性

随着用户和应用数量的激增,以太坊面临着可扩展性（交易速度慢、手续费高）的挑战，为此，以太坊正在积极升级至以太坊2.0（也常被称为“Serenity”），其核心就是从PoW转向PoS，并引入分片（Sharding）等技术，旨在大幅提高交易处理能力，降低成本，使其能支持更复杂的去中心化应用（DApps）。