第2 课：区块链生态全景介绍 - 以太坊、Layer2 扩容 、Solana、SUI 、跨链桥

区块链生态全景介绍 - 以太坊、Layer2 扩容 、Solana、SUI 、跨链桥 主要内容： 1. **比特币的回顾与局限：** - 比特币被定义为去中心化的数字货币，采用PoW共识机制，约10分钟出一个块，被誉为“数字黄金”。 - 其不足之处在于无法支持除转账以外的复杂程序运行，仅能进行简单的交易。虽然有改进方案，但尚未成熟。 - PoW机制消耗大量能源，且交易处理速度较慢（TPS低），不适合日常支付。 2. **以太坊的创新与发展：** - 以太坊是一个去中心化的应用平台，目标是成为“世界计算机”，允许在网络上运行各种程序。 - 由Vitalik Buterin在2013年提出，并于2015年上线，结合 比特币 + 智能合约的概念。 - Hashkey是早期投资以太坊的团队。 - 以太坊的主要改进包括： - 共识机制从PoW切换到PoS（2022年），大幅降低能源消耗，出块速度更快（约12秒）。 - 内置以太坊虚拟机（EVM），可以执行各种程序，可以理解为去中心化的操作系统或数据库+操作系统。 3. **以太坊面临的挑战与解决方案：** - **PoS机制的运行原理：** 通过质押ETH来保护网络安全，验证者需要质押32个ETH才能参与出块，并随机选出出块者，其他验证者进行验证签名。 - **程序执行与Gas机制：** 以太坊通过Gas来衡量和限制程序的工作量，用户在发起交易时需要设置Gas Limit和Gas Price，矿工根据Gas Price排序交易并收取费用。 - **程序无限循环的风险：** Gas机制可以防止无限循环的程序阻塞网络。 - **程序收费的公平性：** Gas的消耗与程序的计算复杂度相关。 - **程序执行的验证：** POS机制下，验证者会验证出块者的交易和区块。 4. **以太坊的扩容方案：** - **原地扩容：** 包括提高Gas Limit（目前约3500万）、引入临时存储空间（Blob）给Layer 2使用，以及早期提出的分片方案（目前已转向Layer 2）。 - 二层扩容（Layer 2）： 将部分交易放到链下执行，减轻主网压力，提高TPS。Rollup是主要的Layer 2方案。 - **乐观Rollup：** 将压缩的交易数据和结果提交到Layer 1，乐观假设交易正确执行，通过事后挑战来验证。代表项目有Hashkey Chain、Base、Optimism。 - **ZK Rollup：** 除了交易数据和结果，还提交交易执行的零知识证明（ZK Proof），在数学上证明交易的正确性。代表项目有zkSync、StarkWare、Linea。 - Layer 2的优势在于更高的TPS和更快的确认时间，但安全性验证机制有所不同。 5. **其他Layer 1区块链平台：** - **EVM兼容链：** 借鉴EVM但使用不同的共识机制，如BNB Chain（BSC，PoSA共识，约3秒出块，41个验证节点）、Polygon、Avalanche等。交易所如币安、火币、OKX早期都曾发布自己的EVM兼容链。 - **非EVM兼容链：** 有自己的虚拟机和编程模型，如Solana（PoH+PoS共识，约0.4秒出块，理论TPS高，节点要求高，程序和数据分离，交易并行处理，Meme币文化繁荣）、Sui（面向对象模型，Token为一等公民，编程语言层面保证Token安全，可并行处理，TPS高）。 6. **跨链技术：** - 由于不同的区块链之间是相互隔离的，需要跨链桥来实现资产和数据的互操作。 - 跨链桥的基本原理是在一条链上锁定资产，然后在另一条链上发行或解锁等量的资产。 - 存在多种跨链桥服务和协议，包括Layer 2官方桥、交易所集成的跨链服务以及第三方跨链协议（如LayerZero、Wormhole、Circle CCTP、Chainlink）。 7. **去中心化存储：** - 区块链不适合存储大量多媒体文件。 - 去中心化存储协议（如IPFS、Arweave）可以用于存储应用的前端代码和其他数据，实现应用的完全去中心化，并保证数据不被篡改。

为什么需要区块链技术及区块链原理 L1

**核心内容：Web2 的问题与区块链 (Web3) 的解决方案** 1. **Web 演进：** - **Web1:** 只读 (Read) - 静态信息发布，用户仅能浏览。 - **Web2:** 可读写 (Read-Write) - 用户可交互、发布内容（如微信、抖音、淘宝、Facebook）。这是当前主流。 - **Web3:** 可读写、可拥有 (Read-Write-Own) - 用户真正拥有自己的数据和资产，基于区块链技术（如比特币、以太坊）。 2. **Web2 的问题：** - **中心化与垄断：** 大平台掌控数据和资源，用户高度依赖。 - **体验割裂：** 不同平台间数据、账号不互通，服务复杂（如跨境转账）。 - **权力滥用：** 平台利用垄断地位牟利（如苹果税、大数据杀熟、美团高佣金、平台间链接屏蔽）。引用孟德斯鸠名言：“一切有权利的人都会滥用权利”。 - **用户无所有权：** 用户数据本质上不属于用户，平台可随意处置（如删帖、封号）。 - **隐私泄露：** 用户无法控制数据如何被存储、使用、倒卖。隐私不仅是秘密，更是“选择性揭示自己的能力”。信息泄露是诈骗和勒索的起点（举例徐玉玉案、王星案）。 3. **区块链 (Web3) 作为解决方案：** - **核心技术：** - **密码学 (非对称加密):** 通过私钥签名，赋予用户对其资产和数据的真正控制权和所有权。节点只能被动执行用户签名的指令，无法篡改。 - **去中心化网络：** 由众多平等节点组成，相互验证，代码开源，防止单点作恶和审查，提升系统鲁棒性。信任从机构转向代码。 - **工作原理演示：** - 用户通过钱包（如 MetaMask, imToken）管理私钥并发起交易（签名）。 - 交易广播到网络节点。 - 节点验证签名和交易有效性，并执行。 - 其他节点同样执行并验证，确保一致性，作恶节点会被网络排斥。 - **共识机制 (以比特币 POW 为例):** - **解决问题：** 如何在去中心化网络中达成一致（共识），防止双花、数据篡改。 - **POW (工作量证明):** 节点需通过算力解决一个密码学难题（计算符合特定条件的哈希值），才能获得记账权（打包区块）并获得奖励（挖矿）。 - **哈希演示：** 展示了计算哈希的过程，强调找到符合特定难度（如前导零数量）的哈希需要大量计算（穷举），难度越高，计算量指数级增加。 - **链式结构：** 每个区块包含前一个区块的哈希，形成链条。篡改历史区块需要重新计算该区块及其后所有区块的哈希，成本极高，保证了数据的不可篡改性。 - **解决分叉：** 可能出现短暂分叉（两个节点同时出块），网络遵循“最长链原则”确定主链，被抛弃的链上交易失效（解释了交易所需要多重确认的原因）。 4. **比特币(区块链)也有一些局限性：** - **慢：** 交易确认时间长（比特币约10分钟+），TPS (每秒交易数) 低（比特币约7 TPS），不适合高频支付场景。 - **贵：** 链上交易需要支付手续费给矿工/验证者（比特币交易费可能几元到几十元人民币不等）。 - **用户体验差 (自托管):** 用户需要自行管理私钥/助记词，丢失等于丢失资产，对普通用户门槛高。 **总结与展望：** - 区块链技术通过密码学和去中心化，有望解决 Web2 存在的中心化、所有权和隐私等问题，实现用户对数据的真正控制。 - 比特币作为第一个区块链应用，其 POW 共识机制和链式结构保证了网络安全和数据一致性，但也存在性能和用户体验等局限。 - 这些局限很多是设计上的权衡（如比特币牺牲速度换取安全），后续课程会讨论以太坊及其他旨在改进这些问题的区块链技术和方案。 - 提供了进一步学习的参考资料（加密朋克宣言、Read Write Own 书籍、比特币白皮书、精通比特币）。 - Q&A 环节讨论了钱包选择、首次购币渠道 (CEX vs DEX) 以及比特币的价值存储属性等问题。

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