以太坊是一个去中心化平台，可以在其上运行使用智能合约编写的DApp（DApp可以由一个或多个智能合约构建。以太坊智能合约是在以太坊上运行的程序，可以使用Solidity语言编写。智能合约完全按照程序运行，杜绝了停机、中心化操控、欺诈和第三方干涉的可能性。）
使用以太坊运行智能合约的主要优点是方便智能合约彼此交互，而且不需要担心整合共识协议等事情，只需编写应用所需逻辑即可。
以太坊内置了一种加密货币——以太币（ether）。部署智能合约或者执行智能合约函数需要用到以太币。
和任何其他DApp一样，智能合约可以有多个实例，且每个实例都有自己专门的地址。用户账户和智能合约都可以持有以太币。
以太坊使用区块链数据结构和工作量证明共识协议。智能合约可以通过发送交易调用或者其他合约调用。
Keyfile中，私钥使用用户口令加密，公钥哈希值截取后20位作为账户地址
以太坊的交易是外部账户发往其他账户（外部账户或合约账户）报文结构体，只要包括接收者地址（0地址代表新建合约实例）、发送者签名、发送金额、数据域（若接收方为合约账户）、Gas上限和Gas价格。
以太坊的消息是合约账户发往其他账户（外部账户或合约账户）报文结构体，主要包括消息发送者、消息接受者地址、发送金额、数据域（若接收方为合约账户）和Gas上限。
由于以太坊为公有链设计，为了避免恶意程序无代价发动Dos攻击或滥用以太坊网络，参考比特币引入了经济概念，所有在以太坊EVM上的操作和存储消耗都需要Gas。
交易发送者设定Gas上限和Gas价格作为矿工打包费用。如果费用过低，矿工可以选择不打包交易到区块。
合约在执行过程中，如果当前代码执行以及子消息产生的代码执行发生的所有Gas消耗超过Gas上限，矿工依然可以获得打包费用，但是当前交易的所有状态都会被回滚。如果未出现Gas耗尽（gas overrun），交易成功执行，所有未消耗的Ether（以太币）依然会返回发送者账户。
矿工挖矿获得Ether，合约执行消耗Ether，形成天然的供求关系。Gas只与程序逻辑处理复杂度有关，将其与市场波动相关的Ether价格隔离开，通过发送者设定Gas Price的方式，可以对抗通货紧缩/膨胀。
以太坊的合约即为合约账户，是以EVM字节码形式存储的代码（功能）和数据（状态）的集合体。它们以Patricia树组织，存储在区块链的账户地址上，账户可以相互发送交易或消息事件，在Gas上限内进行一次交易的图灵完备运算。交易发送者支付实际消耗Gas * 指定GasPrice的Ether给矿工作为费用，将此交易和结果打包到下一个区块上。智能合约的交互如下图所示。
以太坊虚拟机是智能合约的运行环境，是比JVM或Docker VM“沙箱”模式还严格的一种完全隔离的虚拟运行环境。运行在EVM中的合约代码无法访问网络、文件系统和其他进程，合约之间的访问也受到严格限制。EVM是基于栈操作的虚拟机，栈最大深度1024，每个元素32个字节，其指令集由最基本的算术、位、逻辑、比较、条件跳转、无条件跳转这些满足图灵完备的最小指令集组成，EVM可以发送消息调用其他合约，还可以加载目标地址的合约代码在当前合约上下文执行（callocode）
DApp直接关联起用户和服务提供方，即买卖双方的应用。以太坊提供多种语言版本的API客户端，并通过以太坊客户端接入网络，DApp基于这些API客户端，把需要共识的业务逻辑和数据以合约的形式部署到以太坊区块链上，并按照需要执行API调用操作。那些不需要共识的逻辑在DApp自身中实现，以降低运行成本。
| API库 | 语言 | 项目地址 |
|---|---|---|
| web3.js | JavaScript | https://github.com/ethereum/web3.js |
| web3j | Java | https://github.com/web3j/web3j |
| Nethereum | C#.NET | https://github.com/Nethereum/Nethereum |
| ethereum-ruby | Ruby | https://github.com/DigixGlobal/ethereum-ruby |
作为分布式价值交换网络，以太坊要建模的是一个公有的、可以被世界上任何一个联网的人使用的状态机。这个状态机由交易驱动，在其上可以执行图灵完备的应用，可以自动在分布式不信任的互联网上达成共识。
P.S. 有关图灵完备的理解可参见：什么是图灵完备-知乎、图灵完备-百度词条
以太坊遵从如下架构原则：
全称：Recursive Length Prefix（递归长度前缀）
该算法可用来序列化任意嵌套的二进制数组，是以太坊主要的序列化编码算法。
序列化 (Serialization)是将对象的状态信息转换为可以存储或传输的形式的过程。在序列化期间，对象将其当前状态写入到临时或持久性存储区。以后，可以通过从存储区中读取或反序列化对象的状态，重新创建该对象
编码对象基本元素（item）可以是一个字符串，也可以是由若干item组成的列表。
改进版Merkle Patricia树是以太坊主要的数据结构，用来存储键值对，可用于账户状态、交易列表、收据列表等类似字典（dictionary）的数据结构，并进行树形结构的数据表示和存储，对于插入、检索、修改、删除可以实现 O ( l o g ( n ) ) O(log(n)) O(log(n))搜索复杂度。
区别于比特币的UTXO模型，以太坊对的数据模型更像用传统的数据库方式存储状态，状态包括账户余额和智能合约账户的各种状态，通过层层组装，最终将以太坊所有账户和对应的状态（包括合约存储子状态哈希）用Patricia树的方式组织成账户模型。
以太坊的所有账户（EOA和合约账户）都需要保存余额。另外，对于合约账户，还需要保存合约账户的各种状态值，把合约账户中所有要记录的状态和对应的值以Patricia树方式构建得到合约账户的状态存储根哈希值（storageRoot），对于外部用户账户EOA，这个值就是空字串。
以太坊会将所有账户的余额（balance），账户交易序列号（nonce），账户的状态存储根哈希值（storageRoot），合约代码哈希值（codeHash）组成的元组[nonce, balance, storageRoot, codeHash]进行RLP序列化编码的字符串作为value，以对应账户的20个字符账户地址作为key，再以Patricia树进行组织，计算出世界状态根哈希值，作为当前区块头哈希值的计算要素之一。
一个区块由区块体[uncleHeaderList, transactionList]和区块头blockHeader构成。
交易列表（Transaction List）是当前打包进区块的所有交易。一个交易可以是外部账户的转账交易，也可以是合约部署交易，还可以是合约函数的执行交易。
区块头结构和生成过程如下图所示：
都使用PoW（工作量证明）
区块链系统的一个弱点是：“它建立在大多数人群总是诚实的假设之上”，故而存在一个51%攻击问题。
此外，智能合约的安全漏洞也是一个问题：区块链上的智能合约是一种全新的计算范式。智能合约一经部署就难以修改，其执行也是自动执行，不受人为干预。引入，如果智能合约有漏洞，就很难防范黑客的攻击。在实践中要提高智能合约的安全性，一定程度上与程序员的编程能力相关。
给出以下建议，在实际编程中尽量遵守，你的合约将更具安全因素
1）更完善的编写测试。
2）建议提供容错和自动错误赏金。
3）为最糟糕的情况做准备。智能合同中的漏洞，应该尽可能让它安全地恢复。
4）添加额外的安全机制。合同的管理者可应急性地冻结合约。
5）限制合约资金存放金额，提高攻击者成功的门槛。
6）不要从零开始编写你所有的代码，尽可能参考成功者的合约。
7）注意开发平台的限制。
目前比较广泛采用的PoW共识机制显然在一定程度上造成了算力的浪费，受课堂上老师讲课的启示，个人认为也许可以尝试将这些算力用于解决一些NP难问题或者其他实际需要解决的消耗较大算力的问题。
在区块链系统中用TPS指标衡量一个系统的交易效率。
TPS可基于测试周期内完成的事务数量计算得出。一个系统吞吐量通常由TPS、并发数2个因素决定。每套系统的这两个值都有一个相对极限值。在应用场景访问压力下，只要某一项达到系统最高值，系统的吞吐量就上不去了，如果压力继续增大，系统的吞吐量反而下降，原因是系统超负荷工作，上下文切换、内存等等其他消耗导致系统性能下降。
根据这个指标，以比特币为例，其TPS约为7，以太坊大概为20，换算到一天24小时的概念，大概相当于比特币30万笔/天，以太坊45万笔/天。
根据Blockchain的数据，投资者大概需要平均78分钟来确认一次比特币交易。个别时段，这一平均时长一度高达1188分钟，也就是将近20小时。这将大大降低用户使用比特币的兴趣。
[1] 邹均,于斌,庄鹏,邢春晓.区块链核心技术与应用[M].北京:机械工业出版社,2018
[2] Narayan Prusty.区块链项目开发指南[M].北京:机械工业出版社,2018
[3] 袁勇,王飞跃.区块链技术发展现状与展望[J].自动化学报,2016,42(04):481-494
[4] Wood, Daniel Davis. “ETHEREUM: A SECURE DECENTRALISED GENERALISED TRANSACTION LEDGER.” (2014).