以太坊

除了在主鏈上執行的各種功能，為了支援智能合約所需的高運算量以及資料容量，以太坊也積極開發第二層功能來減輕主鏈的負擔、提升交易速度、擴展其實用規模。第二層功能大多在2019~2021年發展成形，目前的主要方案包括以下：

• 狀態通道（state channels）：原理同比特幣的閃雷網路，將時常交易的一些結點之間的交易給果打包後再把最終結果寫入主鏈。實作的例子包括雷電網路（Raiden）[10]、Connext、Kchannels等。
• 支鏈：用較小的分支或平行的區塊鏈執行一部份的運算，只將一部份的資料寫入主鏈，以減輕主鏈的負擔
  • 平行鏈：可能使用完全不同的區塊鏈結構和驗證機制，只在開頭和結尾用雙向橋接和主鏈相連。實作的例子有Skale、xDai、POA等。
  • Plasma 和 Validium支鏈：將大部份的合約執行和運算都移到支鏈上進行，只將最後交易結果寫入主鏈。此方案由於交易資料未寫入主鏈，安全性較差，但擴容效果較佳。實作的例子包括OMG、Polygon、Starkware、Loopring等。
  • Rollup支鏈：將鏈上資料複製一份，在鏈外用以太坊虛擬機（EVM）執行合約並確認後，將交易數據壓縮再寫入主鏈。主鏈上另有一系列合約可以驗證結果正確，可再分為Optimistic和零知识证明兩種驗證方式。[12]

以太坊最初由維塔利克·布特林在2013年提出[13]。維塔利克本是一名參與比特幣社群的程式設計師，曾向比特幣核心開發人員主張比特幣平臺應該要有個更完善的程式語言讓人開發程式，但未得到他們的同意，因此決定開發一個新的平臺作此用途[14]^:88。維塔利克認為很多程式都可以用類似比特幣的原理來達成進一步的發展[15]，在2013年寫下了《以太坊白皮書》，說明了建造去中心化程式的目標[15][16]。然後2014年透過網路公開募資得到開發的資金，投資人用比特幣向基金會購買以太幣[6]。

最初以太坊程式是由一間位在瑞士的公司Ethereum Switzerland GmbH開發[17][18]，之後轉移至一個非營利機構「以太坊基金會」（Ethereum Foundation）[6]。在平臺開始發展的最初，有人稱讚以太坊的科技創新，但也有人質疑其安全和可擴展性。[15]

以太坊的開發計畫，主要分為四個階段：邊境（，也有「前鋒」的意思）、家園（）、都會（）、寧靜（）。

以太坊的公共區塊鏈在2015年7月30日啟動[19][20]，最初的版本稱為「邊境」，用的是工作量證明（proof-of-work）的演算法，但未來預期會轉換成权益證明（proof-of-stake）[14]^:32。啟用後不久進行了第一次分叉，調整未來挖礦的難度，確保未來的使用者會有轉換至权益證明的動機[21]。邊境最初只能挖礦，主要功能是讓使用者有時間加入以太鏈，過了幾天後才能交易和使用智能合約。

2016年春季進行了第二次分叉，釋出了第一個穩定版本，稱作「家園」（Homestead）。

2016年6月，以太坊上的一個分布式自治组织The DAO被駭，造成市值五千萬美元的以太幣被移動到只有該駭客可以控制的「分身DAO」[22][23]。因為程式不允許駭客立即提取這些以太幣，以太坊使用者有時間討論如何處理此事[24]，考慮的方案包括取回以太幣和關閉DAO，而DAO去中心化的本質也表示沒有中央權力可以立即反應，而需要使用者的共識[24][23]。最後在2016年7月20日，以太坊進行硬分叉，作出一個向後不兼容的改變，[25]讓所有的以太幣（包括被移動的）回歸原處，而不接受此改變的區塊鏈則成為以太坊經典[26]。這是第一次有主流區塊鏈為了補償投資人，而透過分叉來更動交易记录[25]。

在分叉以前就持有以太幣的人會同時持有以太幣和以太幣經典（Classic Ether, ETC），存在交易所或線上錢包中的以太幣也不例外。這些線上服務大多選擇只支持其中一種以太幣，並讓使用者領回另一種以太幣[27]。在這次分叉之後，造成了在兩個區塊鏈之間進行重放攻击的可能，加上其他網路攻擊，讓以太坊和以太坊經典又各自進行了數次分叉來避免攻擊[28][29]。其中2016年11月底的分叉因為溝通疏失，短暫造成以太坊的兩個主要用戶端程序 Parity 和 Geth 失去共識而產生意外的分叉，但問題在數小時內即被找出並修正[30]。

「都會」的開發遇到許多延遲，升級分成了三次分叉，2017年10月的「拜占庭」、2019年2月的「君士坦丁堡」和「聖彼德堡」、以及2019年12月的「伊斯坦堡」。這些升級主要改善智能合約的編寫、提高安全性、加入難度炸彈以及一些核心架構的修改，以協助未來從工作量證明轉至權益證明。安全性升級包括讓以太坊可以使用零知识证明的zk-SNARKs和zk-STARKs，也能和Zcash鏈互通。[31][32][33]

在使用方面，2017年以太坊和比特幣首次進行了原子交換（），用智能合約讓不同鏈上的加密貨幣互相交易[34]。ERC-20也在2017年成為標準，成千上萬個專案透過以此進行集資，稱作「首次代幣發行」（）。2019年DeFi和MakerDAO等金融商品成為以太鏈上最大的產業。三星手機、Opera瀏覽器以及微軟都開發了以太坊的相關程式。[33]

在以太幣的價格方面，2017年從年初的10美金開始暴漲，至2018年初漲到1400美元。然而在2018年，人們對區塊鏈的熱潮慢慢退卻，至年底價格又跌至85美元。[33]

「寧靜」又稱為「以太坊2.0」，主要目標是轉換至權益證明，並開發第二層擴容方案。分成三階段升級：柏林、倫敦、以及雙鏈合併[35]。在完成雙鏈合併後（Merge），則有五個階段：涌升（Surge）、禍害（Scourge）、邊界（Verge）、清除（Purge）、揮霍（Splurge）。

權益證明所需的信標鏈在2020年12月1日上線，並允許權益證明的抵押，但尚不能提領。至2021年11月，已有8百萬以太幣加入權益證明的抵押，約佔總發行量的7%。2021年進行了柏林和倫敦分叉，並升級了信標鏈，為未來轉換至權益證明作準備，並透過銷毀手續費和降低區塊獎勵的方式控制總發行量。

2022年9月15日，以太坊合并完成，主网与PoS共识层信标链（Beacon链）结合、将此前PoW工作量证明机制转变为PoS权益证明机制，宣布以太坊正式进入2.0时代[36]。此举意味着，以太坊将告别大规模矿机挖矿时代，持有者通过质押以太坊代币（ETH）即可挖矿，质押门槛为32个ETH[36]。

以太坊前CTO、现Polkadot创始人Gavin Wood在《以太坊黃皮書》中定義了以太虛擬機的運作流程[50]。智慧合約可以專門為此開發的Solidity程式語言寫成，或是Python的一個變體Serpent[51]，或是LLL[52]。以太虛擬機也可以在Mutan上運行[53]。智慧合約之後會編譯成字节码，然後發佈在以太坊區塊鏈上[52][54]。

將所有合約存在區塊鏈上每個結點的作法有好有壞[55]。主要的缺點是所有的結點都同時要運算所有的合約，因此速度較慢[55]。開發人員正研究將資料切分（Sharding）的技術套用至以太坊[55]。2016年9月維塔利克發表了改善可擴展性的企畫[56]。截至2016年1月，以太坊每秒可以處理25個交易[55]。

以太坊可以用來建立去中心化的程式、自治組織和智慧合約，據紐約時報的報導，在2016年5月已經有數十個可用的程式[41][42]。預期的應用目標涵蓋金融、物联网、農田到餐桌（farm-to-table）、智慧電網、体育赌博等[41]。去中心化自治組織有潛力讓許多原本無法執行或成本過高的營運模型成為可能[58]。目前較知名的應用有：

• 遊戲：CryptoKitties讓玩家繁殖及交易虛擬貓[59]。
• 類龐氏騙局的賭局遊戲：Fomo 3D，不同於傳統的龐氏騙局，最後一位加入賭局中的人可獲得總資金盤中的48%[60]
• 游戏道具交易平臺：FreeMyVunk[61]。
• 去中心化創業投資：The DAO用以太幣資金創立，目標是為商企業和非營利機構建立新的去中心化營業模式[62][63][64][41][63]、The Rudimental讓獨立藝術家在區塊鏈上進行群眾募資[65]。
• 社會經濟平臺：Backfeed[66]。
• 去中心化預測市場：Augur[67]。
• 物联网：Ethcore（一間以太坊公司）研發的客戶端[68]、Chronicled（一間區塊鏈公司）發表了以太坊區塊鏈的實物資產驗證平臺；晶片公司、物理IP創建者和生產者可以用植入的藍牙或近場通訊進行驗證[69]。Slock.It開發的智慧鎖可以在付費後自動開啟，讓使用者在付費後可以幫電動車充電、或是打開租屋的房門[70]。
• 版權授權：Ujo Music平臺讓創作人用智慧合約發佈音樂，消費者可以直接付費給創作人。伊莫珍·希普用此平臺發布了一首單曲[71]。
• 智慧電網：TransActive Grid讓使用者可以和鄰居買賣能源[72]。
• 去中心化期權市場：Etheropt[73]。
• 釘住匯率的代幣：DigixDAO提供與黃金掛鈎的代幣，在2016年四月正式營運[6][74][75]。Decentralized Capital提供和各種貨幣掛鈎的代幣[76]。
• 行動支付：Everex讓移工匯款回家鄉[77]。

以太坊的2個主要的客戶端軟體是Geth和Parity。

企業軟體公司也正測試用以太坊作為各種用途。已知有興趣的公司包括微軟、IBM、摩根大通[41]。

• 德勤和ConsenSys在2016年宣佈成立數位銀行Project ConsenSys[78]。
• R3公司在Microsoft Azure上執行私人以太坊區塊鏈，將11間銀行連接至一本分散式帳薄（distributed ledger）[42]。
• Microsoft Visual Studio提供程式開發者使用Solidity程式語言[79]。
• 英國政府中負責推動創新的機構Innovate UK提供了近25萬英鎊給Tramonex用以太坊發展跨國支付系統[80][81]。

目前有許多方案正在研究使用以太坊建立認許制的區塊鏈。

• 摩根大通打算用以太坊上建立一個私人區塊鏈「Quorum」。其功能是洗亂衍生性金融產品及其交易紀錄來保護交易者的隱私，但同時符合金融管制單位在資訊公開上的要求，以期在保障隱私和資訊公開之間找到平衡。[82]
• 蘇格蘭皇家銀行用以太坊的分散式記帳和智慧合約平臺建立了一個結算交割機制（Clearing and Settlement Mechanism, CSM），可以達成每秒100筆交易、模擬六間銀行，平均每個trip在3到8秒間完成，這些數值用在於全國的支付系統是可接受的[83]。