以太坊作为全球第二大区块链网络，早已超越了“比特币替代品”的范畴，而是构建了一个去中心化的“世界计算机”，它通过独特的区块链架构、虚拟机设计和共识机制，支持开发者部署智能合约、构建去中心化应用（DApps），并推动DeFi、NFT、DAO等生态的爆发，要理解以太坊如何运行，需从其核心组件——区块链基础、虚拟机执行、共识机制、账户模型以及数据存储——逐一拆解。
区块链基础：不止于“账本”，更是“状态机”
与比特币专注于记录交易不同，以太坊的核心是一个状态机（State Machine），它维护一个不断变化的“全球状态”（Global State），记录网络中所有账户的实时数据（如余额、合约代码等），这一状态通过“区块”串联成链，形成可追溯、不可篡改的历史记录。
- 区块结构：每个区块包含区块头（前一个区块的哈希、时间戳、难度值、随机数、状态根、交易根、收据根）和交易列表。“状态根”是当前全球状态的哈希值，“交易根”和“收据根”则分别对应交易列表和交易执行结果的哈希，确保数据完整性。
- 状态转换：每笔交易都会触发状态转换，用户A向用户B转账1 ETH，会更新A和B的账户余额，生成新的状态根，并将这一变更记录在区块中，以太坊的状态转换函数（
THE EVM STATE TRANSITION FUNCTION）是规范交易执行的核心逻辑，确保所有节点对状态变更达成一致。
账户模型：外部账户与合约账户的协同
以太坊的账户分为两类，它们共同构成了网络的基础单元：
- 外部账户（Externally Owned Account, EOA）：由用户私钥控制，类似于传统银行账户，每个EOA有唯一的地址（由公钥生成），可以发起交易（如转账、调用合约）、持有ETH，EOA的“状态”仅包含余额和nonce（交易计数器，防止重放攻击）。
- 合约账户（Contract Account）：由代码控制，没有私钥，其地址由创建者地址和交易nonce生成，合约账户的状态包括代码（Code）和存储（Storage），存储是合约内部的“变量空间”，用于持久化数据（如DeFi协议中的用户存款记录）。
两类账户的交互是以太坊运行的核心：EOA通过交易触发合约账户的代码执行，而合约账户的执行结果可能进一步改变其他账户的状态。
以太坊虚拟机（EVM）：智能合约的“运行引擎”
如果说区块链是“硬件”，那么以太坊虚拟机（EVM）就是运行智能合约的“操作系统”，EVM是一个去中心化的、图灵完备的虚拟机，部署在以太坊网络的每个全节点中，负责执行所有智能合约代码（目前以Solidity语言为主）。
- 执行环境：当一笔交易调用合约时，EVM会在全节点中创建一个“执行上下文”，包含发送者地址、接收者地址、Gas限制、交易数据等参数，EVM通过“堆栈”（Stack）处理临时数据，“内存”（Memory）存储执行过程中的临时变量，“存储”（Storage）持久化合约数据（读写速度较慢但永久保存）。
- Gas机制：为防止无限循环攻击和资源滥用，EVM引入了Gas概念，每笔交易执行都需要消耗Gas（计算复杂度越高，Gas消耗越大），发送者需在交易中预付Gas费用（以ETH支付），如果执行过程中Gas耗尽，交易会回滚，但已消耗的Gas不会退还（作为对验证者的激励），Gas机制确保了EVM的“图灵完备性”不会变成“无限计算陷阱”。
- 字节码执行：智能合约代码（如Solidity）会被编译成EVM能理解的字节码（Bytecode），EVM通过操作码（Opcode）逐行执行这些字节码。
ADD操作码实现加法，SSTORE操作码将数据写入合约存储，CALL操作码则调用其他合约。
共识机制：从PoW到PoS的演进
以太坊网络需要一种机制，让所有节点对“哪个区块是合法的”达成一致，这便是共识机制，以太坊的共识机制经历了两次重大升级： 