Web3入门-理论篇

名词解释

开始之前，先来了解几个名词，首先了解下什么是区块链~

区块链 Block Chains

区块链（Block Chains）网络是一种点对点连接，其中信息在多个设备之间共享，几乎不可能被黑客入侵。它是一种记录信息的系统，其方式使得很难或不可能更改保存在网络上的信息。

区块链起源于比特币，2008年11月，一位自称中本聪(Satoshi Nakamoto)的人发表了《比特币:一种点对点的电子现金系统》一文，阐述了基于P2P网络技术、加密技术、时间戳技术、区块链技术等的电子现金系统的构架理念，这标志着比特币的诞生。两个月后理论步入实践，2009年1月3日第一个序号为0的创世区块诞生。几天后2009年1月9日出现序号为1的区块，并与序号为0的创世区块相连接形成了链，标志着区块链的诞生。

区块链是去中心化的分布式记账系统。 狭义区块链是按照时间顺序，将数据区块以顺序相连的方式组合成的链式数据结构，并以密码学方式保证的不可篡改和不可伪造的分布式账本。

区块链技术是一种不依赖第三方、通过自身分布式节点进行网络数据的存储、验证、传递和交流的一种技术方案。通过去中心化和去信任的方式集体维护一个可靠数据库。具有去中心化、公开透明、不可篡改、可追溯性、匿名性和自治性。

特点

• 去中心化

  区块链技术不依赖额外的第三方管理机构或硬件设施，没有中心管制，除了自成一体的区块链本身，通过分布式核算和存储，各个节点实现了信息自我验证、传递和管理。去中心化是区块链最突出最本质的特征。

• 开放性。

  区块链技术基础是开源的，除了交易各方的私有信息被加密外，区块链的数据对所有人开放，任何人都可以通过公开的接口查询区块链数据和开发相关应用，因此整个系统信息高度透明。

• 独立性

  基于协商一致的规范和协议(类似比特币采用的哈希算法等各种数学算法)，整个区块链系统不依赖其他第三方，所有节点能够在系统内自动安全地验证、交换数据，不需要任何人为的干预。

• 安全性

  只要不能掌控全部数据节点的51%，就无法肆意操控修改网络数据，这使区块链本身变得相对安全，避免了主观人为的数据变更。

• 匿名性

  除非有法律规范要求，单从技术上来讲，各区块节点的身份信息不需要公开或验证，信息传递可以匿名进行

根据不同的技术形态，区块链可以分为公有链、联盟链、私有链：

• 公有链：任何节点都是向任何人开放的，每个人都可以参与到这个区块链中进行计算，而且任何人都可以下载获得完整区块链数据(全部账本)。其中，公有链中包含了一种最重要的平台—基础链。这个基础链不依赖第三方、通过自身分布式节点进行网络数据存储、验证、传递和交流的区块链平台。

  比特币、以太坊是两大最重要的基础链。

• 联盟链：是指有若干机构或组织共同参与管理的区块链，他们各自运行着一个或多个节点，之中的数据只允许系统内不同的机构进行读取和发送交易，并且共同记录交易数据。
• 私有链：有些区块链的应用场景下，并不希望这个系统任何人都可以参与，任何人都可以查看所有数据，只有被许可的节点才可以参与并且查看所有数据，这种区块链结构我们称为私有链

对于区块链的发展阶段，主要分为三个阶段：区块链1.0——数字货币；区块链 2.0——智能合约；区块链3.0——去中心化应用（DApps）：

1. 区块链1.0数字货币——比特币，莱特币，狗狗币

数字货币是最早大家认识到的区块链应用，其中最有名的就是比特币，除此之外还有莱特币，狗狗币等。

比特币（Bitcoin）

比特币（Bitcoin）的概念最初由中本聪在2008年11月1日提出，并于2009年1月3日正式诞生。与大多数货币不同，比特币不依靠特定货币机构发行，它依据特定算法，通过大量的计算产生，比特币其总数量有限，该货币总数量将被永久限制在2100万个。

比特币网络通过“挖矿”来生成新的比特币。所谓“挖矿”实质上是用计算机解决一项复杂的数学问题，来保证比特币网络分布式记账系统的一致性。比特币网络会自动调整数学问题的难度，让整个网络约每10分钟得到一个合格答案。随后比特币网络会新生成一定量的比特币作为区块奖励，奖励获得答案的人。

2009年，比特币诞生的时候，区块奖励是50个比特币。诞生10分钟后，第一批50个比特币生成了，而此时的货币总量就是50。随后比特币就以约每10分钟50个的速度增长。当总量达到1050万时（2100万的50%），区块奖励减半为25个。当总量达到1575万（新产出525万，即1050的50%）时，区块奖励再减半为12.5个。该货币系统曾在4年内只有不超过1050万个，之后的总数量将被永久限制在约2100万个。

区块链是一种技术，基于区块链的技术可以有很多的应用，而比特币是其中一种最为人熟知的应用。

2. 区块链2.0智能合约平台币——以太币，卡尔达诺，币安智能链，Solana，波卡

区块链的第二大基础应用就是智能合约平台，智能合约说白了就是按照提前设定好的交易条件自动执行的合约。

3. 区块链3.0去中心化应用DApps

当前，去中心化应用的三大方向分别为DeFi（去中心化金融），GameFi（链游），和NFT（非同质化货币）。

币（Coin）

基于公有链原生的“币”，一般被称为“Coin”。以比特币为例，比特币记账需要矿工消耗大量的能源进行计算，因此比特币是作为一种挖矿奖励（记账奖励）、以及交易手续费奖励的形式给予矿工的。

代币（Token）

代币是具有某种权益的区块链项目代币，项目一般基于基础链研发的一个应用型的区块链DApp（Decentralized Application）上。

coin是区块链中交易费（gas）的等价物，充当货币的角色，而token则是一种权益证明，一般coin都可以算作token，但token却不能算作coin。我们常常见到的比特币（BTC），以太币（ETH），SOL等等，都是coin，而SAND（著名元宇宙游戏公司Sandbox的代币），BNB（币安发行的代币），USDT（稳定币）等则是token。

代码的执行由调用者以称为Gas的方式支付费用。 Gas是运行以太坊虚拟机的燃料。 我们可以将其视为每次执行指令的付款。

构架在区块链技术上的互联网产品一般有以下特点：

• 去中心化

用户数据不再存储于平台的中心化数据库当中，而是存在去中心化的数据库，用户数据与平台的关系是租赁关系。平台租用用户的数据以提高平台的盈利能力，用户提供数据给平台以提高自身的用户体验，同时收取信息租金以分享平台收益。当用户拥有绝对的数据主动权，平台则无法强迫用户进行二选一操作；

• 公开透明

所有涉及资金交易的过程全部在链上公开，同时引入见证人惩罚机制，激励见证人去发现价格歧视，从而杜绝大数据杀熟的行为；

• 产业自治

大家彼此利益共担，共同分享产业链带来的价值；

• 可追溯

内容创作者持续拥有内容的所有权和使用权，每次内容的引用都可追溯的，由此产生的商业价值将分配给创作者，从而杜绝创作者是内容的贡献者，但无法获得相应的收益。

区块链是一个分布式账本，存储数据并且连接更多的人到互联网当中，同时不一定需要一个中介机构，与区块链促进去中心化的方式一样，我们希望看到Web3平台采用这一原则。在Web3中，平台可以在没有任何中央机构的情况下运行，Web3将由用户控制，用户通过为平台做出贡献并帮助他们运行而获得相应的收益。

所以可以认为，Web3.0必须基于区块链技术构建。这样的Web3.0，在产品特征、利益分配、组织形式上都有鲜明的特点。

web3.0

Web3.0的概念最早出现在2014年，由以太坊联合创始人及波卡创建者Gavin Wood首次提及，笼统地说是指基于区块链技术搭建的「去中心化生态系统网络」，此系统会包含一系列开源协议，能够为应用程序的开发者提供构建模块，而基于区块链技术构建的Web3.0平台和应用程序不由传统的中心化企业所有，网络所赋予的权利和资产归开发者和用户所有。

Web 3.0是将主权还给人的革命，用户数据的话语权不再被互联网巨头垄断，这就需要Web 3.0 全新的范式来颠覆如今的互联网巨头垄断局面，保护每一个互联网用户的利益。得益于区块链技术的去中心化存储、无法篡改、信息加密等特点，再结合我们近期的研究总结，可以大致地将 Web 3.0 贴上这么 4 个标签：

1. Web3.0必须是开放的
2. Web3.0必须是安全的。因为开放，且安全，所以必须用到密码学技术
3. Web3.0必定是去中心化的或者叫分布式的。开放协议，必定造就去中心化
4. Web3.0的平台和应用必定具有原生通证，因为去中心化需要通过通证自动结算各方的利益分配

• 在Web 1.0阶段，用户通过浏览器获取信息，这个过程是网站到用户的单向行为，Web1.0时代的典型代表网站包括新浪、网易等门户网站。
• Web2.0则更注重用户的交互作用，用户既是网站内容的受众，也是网站内容的制造者，代表网站包括微博、Twitter等大部分社交媒体。

在Web 2.0时代，巨头的崛起为生活带来了便利，但也引发了种种有关垄断的担忧，批评者认为，权力集中在亚马逊、谷歌、苹果、Facebook、Twitter等少数几家巨头平台手里，它们掌控者大量在互联网上共享的数据和内容。

• 在Web3的世界里，分享照片、与朋友交流和在线购物将不再需要通过大型科技公司，而是通过区块链上的众多小型竞争服务来实现。这意味着可以绕开目前科技垄断巨头制定的一切费用、规则和限制。在这个互联网世界里， 人们控制着自己的数据，并在区块链上创建所有这些活动的公共记录。

Web3.0 是以太坊区块链 Ethereum blockchain 和你的智能合约 Smart Contracts 之间的连接。

提示

• Web 3 是协议的扁平化，规则制定权的下放，一种组织关系和协作关系的革新；
• Web 3 不是对 Web 2 的迭代，而是对 Web 1 及 Web 2 的延展。Web 1表现为网站/门户；Web 2表现为平台，Web 3 则是开放协议的时代；
• 区块链技术是信息科技发展的里程碑，为 Web 3 定型提供了技术支撑；另一方面 Web 3是区块链最契合的大规模使用场景；
• Web 3 的跃迁表现在从原子化时代进入到比特化时代，区块链将人类理解世界的最小单位从原子(atom)转变为比特(byte)和加密世界中的聪(sat)。其不仅包含信息，还凝聚了价值和权力结构的诠释。

• 去中心化 Decentralized

数据状态不由中央实体 central entity、平台 platform 或个人 individual 收集

• DAO

去中心化自治组织, Decentralized Autonomous Organization (DAO)。许多人认为DAO是许多平台的下一个发展阶段。在DAO中，没有中心化统治实体，相反，用户会做出决定。他们可以在DAO中添加标记，以便对社区内的提案进行表决。如果一项建议获得通过，开发商就会对其进行研究，并将其付诸实施，因此，每个人都对DAO的运行方式有发言权。

DAO是围绕一个共同使命而建立的组织，它允许成员提出提案，参与治理。它以智能合约的形式部署在区块链上，并且根据协议自动执行。其中Token是DAO治理过程中的重要激励手段，持有token的人享有投票权、提案权、收益权等等。DAO 不是将所有权集中到创始人和投资者手中，而是将所有权分配给生态系统中的各种利益相关者，也就因此成为了Web 3.0实现去中心化的核心要素。而DAO治理的范围，不仅仅在于技术上的治理，也在于社区管理，将用户聚集在一起。

智能合约 Smart Contracts

一份”智能合约”就是运行在以太坊区块链网络上简单程序，它们是存储在区块链上的计算机程序 computer programs ，在满足预定条件时运行。智能合约是用 Solidity 语言编写的。

Solidity (opens new window)：一种用于编写智能合约 writing smart contracts 的面向对象 object-oriented 的编程语言。它用于在各种区块链平台上实施智能合约，最著名的是以太坊。Solidity 的语法类似于 javascript。Github地址 (opens new window)

智能合约也可以执行预定义的计算机程序，在程序被触发时执行各种操作。

智能合约平台最早、当前最成功的就是以太坊(ETH)了，同时，还有许多潜在的挑战者，比如以太坊联合创始人创立的卡尔达诺（ADA），币安平台推出的币安智能链（BSC/BNB），以及由旧金山的Solana Labs开发人员构建的Solana(SOL)， 等等。

你可以把智能合约，同样理解为一种可以运行的程序。只不过这个程序比较特殊，它是运行在以太坊的EVM虚拟机 (opens new window)环境上。并且，程序本身、程序的输入输出、运行结果，对所有人可见。

一份智能合约除了是一段可执行的程序外，还有什么？

1. 当合约发布到以太网后会有一个合约地址，该地址其实跟你加密货币钱包上的账号一样，其实也是一个账号，可以发送和接收ETH。(160-bit 的地址)
2. 状态变量，跟其实面向对像语言一样，当实例化后，所有字段为该对像实例的状态变量，合约发布后状态变量永久保存在以太坊网络，除非合约自己销毁。
3. 合约代码，byte-code 字节码，可用于在以太坊节点上读取(call)或者修改状态变量(sendTransaction/sendRawTraction)
4. 合约可以调用其他合约，比如调用Oracle节点获取最新币价。

每次执行一次交易（Transaction），不管是转账，发布合约，还是合约调用(改变状态状态)简单说的，每次上链操作，都得给钱，而且ETH 上的Gas Fee 相对其他链，实在太贵了，所以一般复杂的计算都放到链下进行。

完全理解以太坊智能合约 (opens new window)

以太坊 Ethereum

以太坊（Ethereum）是一个开源的有智能合约功能的公共区块链平台，通过其专用加密货币以太币（Ether）提供去中心化的以太虚拟机（Ethereum Virtual Machine）来处理点对点合约。以太坊的概念首次在2013至2014年间由程序员Vitalik Buterin受比特币启发后提出，大意为“下一代加密货币与去中心化应用平台”，在2014年通过ICO众筹开始得以发展。

我们常常听说的以太币（ETH），就是智能合约平台以太坊发行的代币。以太币和比特币最大的区别是以太币不仅仅具有比特币的货币属性，还可以执行智能合约。

以太坊与比特币最大区别就是多了智能合约，比特币只是一种加密货币，做为一种价值存储的手段素有数字黄金的美称，而以太坊也是一种加密货币，但相对比特币，他更是无限可能，在以太坊上诞生的De-Fi,Game-Fi 等应用创造出我们无法想像的价值，这都得益于以太坊上的智能合约。

• 以太坊是如何运作的？

与其它区块链一样，以太坊需要几千人在自己的计算机上运行一个软件，为该网络提供动力。网络中的每个节点（计算机）运行一个叫做以太坊虚拟机（EVM）的软件。将以太坊虚拟机想象成一个操作系统，它能理解并执行通过以太坊特定编程语言编写的软件。由以太坊虚拟机执行的软件/应用程序被称为“智能合约”。

要在这一世界计算机上做任何事都需付费。不过，付的不是美元或英镑等普通货币，而是该网络自带的加密货币，叫做以太币。以太币与比特币大致相同，除了一点，即以太币可以为在以太坊上执行智能合约而付费。

• 为什么以太坊可以执行智能合约呢？

以太坊为智能合约提供了图灵完备的编程语言（Solidity）和相应的运行环境，让区块链应用开发者可以直接基于以太坊平台进行开发。而比特币的脚本由于没有条件分支、循环等控制指令，因此不能根据任何设定的指令判断出结果，因此不具备图灵完备性，也并不能拓展出除了货币属性外的应用场景。所谓图灵完备，就是一切可计算的问题都能计算，说白了就是给了指令就能得到结果。

以太坊可以看做一个公共数据库，这个数据库提供了读、写功能，但是不能删除。

发起交易其实就是将交易写库，写库不能白写，其他节点帮你记录了数据，你要支付一些费用给帮你记录的节点，这个费用就是我们经常看到的gas。因此以太坊上所有对链上的数据进行更改的操作都是需要花费gas的，而读取是免费的。

以太坊官方文档 (opens new window)

以太坊 - 深入浅出虚拟机 (opens new window)

以太币

与比特币一样，以太币并非无限可分的，以太币的最小单位是Wei。Wei是一个非常小的单位，1以太币= 1018 Wei。除了基本单位Wei，为了使用方便，以太坊还有其他的单位，他们的关系如下：

Kwei(Babbage) = 10^3 Wei
Mwei(Lovelace) = 10^6 Wei
Gwei(Shannon) = 10^9 Wei
Microether(Szabo) = 10^12 Wei
Milliether(Finney) = 10^15 Wei
Ether = 10^18 Wei

Gas

gas 翻译过来的是【燃料】的意思，在以太坊区块链上执行写入操作时，网络中的每个全节点(full-node)都会进行相同的计算并存储相同的值，这种执行的消耗是昂贵的，为了奖励矿工在链上每运行一条写入指令都需要支付一定的费用，用gas为单位来计数，每个在链上可以执行的命令都设置了一个消耗的gas值，例：PUSH操作需要消耗3个gas，一次转账一般要消耗21000gas，gas使用ETH来支付。

无论命令是否执行成功，都要支付计算Gas费用，因为即可失败，节点也验证并运行了计算。

每一个区块都设置有gas limit，就是单个区块允许的最多gas总量，故可以用来决定单个区块中能打包多少笔交易。

我们每一次交易或合约调用都要设置一个gas limit，如果该次操作所使用的gas数量小于或等于您所设置的gas limit，则会被执行，但如果gas总消耗量超过gas limit，所有的操作都会被重置，但费用依旧会被收取。在执行中实际消耗的gas值总和叫gas used，没有使用完的gas会退还到原账号。

gas price：在发起交易或合约调用时，可以自己设置gas的价格，即gas price，一般以GWei（1 ETH = 1000000000 GWei）为单位。通过调整gas price可以节省矿工费用，但会减慢矿工打包的速度，矿工会优先打包gas price设置高的交易。

Dapp

代表去中心化应用程序 Decentralized App 。它们是在去中心化网络或区块链上运行其后端代码（主要用 Solidity 编写的智能合约）的应用程序。可以使用 react、vue 或 Angular 等前端框架构建 Dapps。

DeFi、NFT、GameFi

• DeFi

DeFi的全称是Decentralized Finance，即去中心化金融。DeFi项目利用智能合约技术实现了传统金融机构的各种功能，如衍生品、借贷、交易、理财、 资产管理、和保险等。DeFi与传统金融机构最大的区别在于其去中心化，不依赖任何第三方中介机构实现金融功能，公开透明，根据发行代码执行设定功能，任一节点无法对代码进行修改，必要时需要通过链上大部分节点的同意才能进行更新。目前主流的DeFi项目主要运行在以太坊和币安智能链的生态上。

• NFT

NFT，全称为Non-Fungible Token，指非同质化代币，是用于表示数字资产（包括jpg和视频剪辑形式）的唯一加密货币令牌，可以买卖。

NFT 是 Fungible Token （FT）的相对概念，两者之间最大的区别在于独一无二和能否分割。

例如，作为FT，你的一个以太币和我的一个以太币没有什么本质的区别，而且可以拆分成更小单位的比特币。而从NFT的概念上，你的猫和我的猫不能随便互换。造成NFT和FT之间区别的主要在于以太坊上的协议标准。

NFT的应用方向最早还是从艺术/收藏品开始，2021年由于Gamefi链游、以及元宇宙的爆发，相关游戏装备NFT，虚拟土地NFT的交易量也大增。

• GameFi

GameFi通俗讲就是game+defi，游戏提供方式载体，NFT承担游戏内的装备、道具，defi提供其收益协议。在 DeFi 与比特币被市场充分定价之后，2021年 GameFi 与 NFT 便成为了市场焦点。

参考

• 什么是Web3? (opens new window) 币圈极简入门Primer | 真正看懂各种币 (opens new window)
• 北京大学肖臻老师《区块链技术与应用》公开课 (opens new window)
• 万字长文 | 比特币白皮书精读详解 (opens new window)
• 如何成为一个区块链开发者 (opens new window)
• 区块链学习资源（基础篇） (opens new window)
• 网易公开课-区块链100问 (opens new window)

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