在前几篇文章中，我们探讨了区块链的底层结构、共识引擎以及比特币的UTXO模型。现在，我们将进入“区块链2.0”时代，其核心标志就是智能合约 (Smart Contract) 的引入。本文将以以太坊为范本，深入解构其与比特币截然不同的账户模型、作为系统“燃料”的Gas机制，以及支撑整个去中心化应用（DApp）生态的EVM和代币标准。
1. 以太坊的基石：账户模型 (Account Model)
以太坊的设计摒弃了比特币的UTXO模型，转而采用了一种更直观的账户/余额模型 (Account/Balance Model)。从系统设计的角度看，以太坊可以被理解为一个巨大的、去中心化的状态机 (State Machine)。区块链上的每一个区块都记录着从一个全局状态到下一个全局状态的转换。
以太坊网络中存在两种类型的账户，它们共享相同的地址空间：
- 外部拥有账户 (Externally Owned Account, EOA):
- 控制方： 由用户掌握的私钥所控制。
- 能力： 能够主动发起交易（价值转移或调用合约）、对交易进行签名。我们日常使用的钱包地址（如MetaMask中的地址）就属于EOA。
- 核心字段：
nonce（一个计数器，用于防止交易重放攻击）、balance（账户的以太币余额）。
- 合约账户 (Contract Account):
- 控制方： 由其部署在链上的代码（智能合约）所控制，没有私钥。
- 能力： 只能在被动接收到交易（来自EOA或其他合约）时，根据预设的代码逻辑执行操作。它不能主动发起一笔新的交易。
- 核心字段：
nonce、balance，以及两个额外的关键字段：
codeHash：指向其合约代码的哈希值。代码本身存储在链上。
storageRoot：一个指向其私有存储空间（一个键值对数据库）的默克尔树根哈希。
这种设计使得以太坊的状态转换更为直观，但也对nonce的管理提出了更高的要求，以确保交易的有序性和唯一性。
2. 智能合约与以太坊虚拟机 (EVM)
智能合约的本质，是部署并运行在区块链网络上的、具有自治能力的程序。它是一个存在于特定地址的、拥有自有状态和业务逻辑的代码实体。为了让这些来自全球开发者的、不可信的代码能够在数万个节点上安全、一致地运行，以太坊设计了它的核心组件——以太坊虚拟机 (Ethereum Virtual Machine, EVM)。
EVM是一个准图灵完备 (Quasi-Turing Complete)、完全沙盒化的虚拟机，它为智能合约的执行提供了确定性、隔离性和资源约束的环境。
- 确定性 (Determinism): EVM的指令集和运行环境被严格限制，剔除了所有可能导致不确定性的因素（如网络I/O、随机数生成等）。确保了同样的交易在任何节点上执行，都会产生完全相同的状态变更。
- 隔离性 (Isolation): EVM是一个完全的沙盒。合约代码无法访问宿主节点的任何资源（文件系统、网络、进程），其唯一可交互的“世界”就是区块链本身的状态。
- 资源约束 (Resource-constrained): 这是通过下文将要详述的Gas机制来实现的，它巧妙地解决了“停机问题”。
3. Gas机制：EVM的燃料与终止开关
在像以太坊这样的开放平台上，如何防止恶意或有缺陷的代码（如无限循环）耗尽全网资源？EVM的答案是Gas。
Gas可以被理解为在EVM上执行计算的计量单位。它的存在有两个核心目的：
- 补偿计算资源： 向验证者（矿工）支付费用，以补偿他们为执行交易、打包区块所付出的计算、存储和带宽资源。
- 防止网络滥用： 为每一次计算操作定价，使得恶意攻击（如DDoS攻击）的成本变得极其高昂，并为所有计算设置了一个上限，有效防止了无限循环。
核心组件：
- Gas: 每一条EVM操作码（Opcode）都有一个固定的Gas成本。例如，
ADD（加法）操作成本很低，而SSTORE（写入存储）由于会永久改变区块链状态，成本则非常高。
- Gas Limit (Gas上限): 由交易发起者设定，代表他愿意为这笔交易支付的最大Gas数量。这是一个安全阀，防止因合约bug导致意料之外的高额费用。
- Gas Price (Gas价格): 由交易发起者设定，代表他愿意为每单位Gas支付多少以太币（通常用Gwei作单位）。Gas价格决定了交易被验证者打包的优先级，出价越高，越有可能被优先处理。
交易费计算与执行流程：
总交易费 = 实际消耗的Gas数量 (Gas Used) * Gas价格 (Gas Price)
当一笔交易被执行时，EVM会逐条指令地扣除Gas。如果交易在Gas耗尽前顺利完成，则只扣除实际消耗的Gas费用；如果Gas在执行中途耗尽，EVM会立即终止执行，并回滚所有已发生的状态变更，但已经消耗的Gas对应的费用仍会被扣除并支付给验证者。这个“执行失败也要付费”的机制，是抑制网络攻击的关键经济设计。
4. 代币标准：可组合的数字资产
以太坊最强大的功能之一，是它催生了“万物皆可代币化”的浪潮。这并非以太坊协议的原生功能，而是通过应用层的智能合约标准实现的，其中最著名的就是ERC (Ethereum Request for Comments) 系列。
- ERC-20：同质化代币标准ERC-20定义了一套标准的接口（API），任何遵循该接口的智能合约都可以被视为一种同质化代币（即每个代币都是相同的、可互换的，如USDT）。这套接口规定了代币必须实现的核心函数：
totalSupply(): 返回代币总供应量。
balanceOf(address): 返回特定地址的代币余额。
transfer(address, uint): 将代币从调用者地址转移到指定地址。
approve(address, uint)/transferFrom(address, address, uint): 授权第三方（如DEX）代表用户转移一定额度的代币。
正是因为这个统一的标准，使得钱包、交易所和各类DeFi应用可以无缝地集成和交互成千上万种不同的ERC-20代币。
- ERC-721：非同质化代币 (NFT) 标准ERC-721则为非同质化代币（即每个代币都是独一无二的，如数字艺术品、游戏道具）提供了标准。它与ERC-20的核心区别在于，每个代币都有一个唯一的tokenId。其核心函数包括ownerOf(tokenId)（查询特定ID代币的所有者）和safeTransferFrom等。
结语
以太坊通过引入账户模型、EVM和智能合约，成功地将区块链从一个单一用途的支付网络，升维成了一个图灵完备的、无需许可的全球应用平台。Gas机制是其能够安全开放运行的经济命脉，而ERC代币标准则展示了标准化与可组合性所能释放的巨大网络效应。对于开发者而言，掌握这些核心的架构组件，是理解和构建这个蓬勃发展的去中心化生态系统的第一步。