KJ Huang

深入了解以太坊架構

Ethereum(以太坊)是部署與執行智能合約的去中心化區塊鏈平台。想在上面開發 dApp,可以從四個層次理解它:Client Application(dApp、錢包)→ Web3 API / JSON-RPC → 以太坊網路(Data 與 Code 兩個面向)→ EVM(以太坊虛擬機),再加上 Gas 費用機制與 ERC 代幣標準。本文不討論幣價,只談技術。

如果你想要在 Ethereum(以太坊)上面發布 dApp 賺錢,你就要先了解以太坊一些知識。以太坊是一個極大的市場,以太坊相關的工程師一直都有著需求。不過這篇文章不討論幣價。

以太坊的架構長什麼樣?

Client Application

我們常說的 dApp,或是錢包軟體等,可以不需要有後端的存在。如果你要做很直接跟區塊鏈互動的應用程式,可以透過 Web3 API 跟底層的以太坊互動。

Web3 API 與 JSON-RPC

Web3 API 通常是包好的一個 SDK 給使用者,可以透過這樣的 API 呼叫區塊鏈,建立交易,甚至是跟鏈上的智能合約互動。Web3 API 其實是在內部使用 JSON-RPC 進行通訊,JSON-RPC 更偏向直接對底層的以太坊網路進行操作。

以太坊網路由什麼組成?

以太坊網路是部署和執行智能合約的去中心化區塊鏈平台。可以分成兩個面向討論:Data,代表以太坊區塊鏈的狀態,資料是不可變動的;Code,是指部署在以太坊上的智能合約,比較知名的是運用 Solidity 撰寫、執行在 EVM 上。

什麼是以太坊虛擬機(EVM)?

EVM 是一個根據狀態而改變的虛擬機,它透過使用者發起交易來變更狀態。其重要特性包括:確定性(同樣的輸入必定產生相同的輸出)、隔離性(智能合約之間的互動不會影響主鏈)、圖靈完備性(理論上能夠執行任何計算任務)。

Gas 機制如何運作?

在 EVM 中,每個操作都需要消耗一定量的 Gas。Gas 是執行操作的費用,也是防止網路濫用和管理網路資源的一種機制。

這一段要更正:本文原本寫「交易費用是 Gas Price 乘上 Gas Limit」,那是 2021 年 8 月 London 升級(EIP-1559)之前的算法,現在已經不適用。目前的模型把單價拆成兩部分:base fee 由協定依前一個區塊的擁擠程度自動調整,並且會被銷毀,誰都拿不到;priority fee(小費)才是付給驗證者、決定你排多前面的部分。錢包裡的 max fee per gas 只是你願意支付的上限,如果實際 base fee 較低,差額會退還,所以 Gas Limit 乘 Gas Price 算出來的是花費上限,不是最終費用。網路壅塞時該調高的是 priority fee,不是舊觀念裡的 gas price。

另外補一個 2026 年的現況:多數日常活動已經移到 Layer 2,主網長期處在低擁擠狀態,gas 價格有相當時間落在 1 gwei 以下,一筆普通交易的成本大約只有幾美分,跟這篇文章寫作當時的體感差距很大。(2026 年 8 月查證)

以往以太坊的 Gas 是跟礦工透過挖礦機制(PoW)在賺的錢。2022 年 9 月 The Merge 之後,以太坊改用 PoS,由質押以太幣的驗證者來進行驗證。順帶一提,「以太坊 2.0」這個說法基金會本身已經停用,現在的正式講法是執行層(execution layer)與共識層(consensus layer)。如果驗證者試圖進行詐欺或不遵守協議,他們所質押的以太幣可能會被沒收(slashing)。

有哪些知名的 ERC 標準?

ERC-20:為加密貨幣市場引入了同質化代幣的概念,是 2017 年 ICO 活動中最普遍採用的標準。

ERC-223:針對 ERC-20 的代幣誤轉損失問題提出防錯機制。要留意的是它長期停留在提案階段、實際採用率極低,寫合約時仍以 ERC-20 為主。

ERC-721:打造了獨一無二的非同質化代幣(NFT),每一枚 NFT 都帶有獨特的識別碼和 metadata,廣泛應用於藝術、收藏品以及遊戲中的獨特資產。

ERC-1155:允許在單一合約中定義和管理多種類型的代幣,結合了 ERC-20 的可替代性與 ERC-721 的獨特性,特別適用於遊戲和虛擬資產等應用場景。

重點整理

• 四層架構:dApp/錢包(可無後端)→ Web3 API(內部走 JSON-RPC)→ 以太坊網路(不可變的 Data + Solidity 智能合約的 Code)→ EVM 執行。
• EVM 三特性:確定性(同輸入同輸出)、隔離性(合約互動不影響主鏈)、圖靈完備;狀態由使用者發起的交易變更。
• EIP-1559 之後交易費 = 已使用 gas ×(base fee + priority fee),base fee 被銷毀、priority fee 給驗證者,要插隊該調高的是 priority fee;2022 年 The Merge 後改用 PoS,作弊會被 slashing 沒收質押。

常見問題

什麼是 EVM?

EVM(Ethereum Virtual Machine,以太坊虛擬機)是執行智能合約的狀態機,由使用者發起交易來變更狀態;具備確定性、隔離性與圖靈完備三大特性,Solidity 合約就是執行在 EVM 上。

Gas 費用怎麼計算?為什麼錢包顯示的金額比預估低?

EIP-1559 之後的算法是:實際費用 = 這筆交易用掉的 gas × (base fee + priority fee)。錢包裡設定的 max fee 只是上限,base fee 由協定按區塊擁擠度自動決定,如果結算時比你的上限低,差額會退回來——這就是為什麼實付金額常常低於送出前的預估。想讓交易被優先處理,要調高的是 priority fee 這個給驗證者的小費。

ERC-20 和 ERC-721 差在哪?

ERC-20 是同質化代幣標準,每枚代幣等值可互換;ERC-721 是非同質化代幣(NFT)標準,每枚都有獨特識別碼與 metadata;若要在單一合約同時管理兩種特性,則用 ERC-1155。