以太坊的核心概念與帳戶體系：它如何蛻變成「全球電腦」？

作為一個深耕Web3領域多年的觀察者，我常常被問到：比特幣和以太坊雖然都建基於區塊鏈，卻給人截然不同的感覺。比特幣就像一座堅不可摧的堡壘，專注於儲存價值，簡單而可靠；以太坊則更像一台無邊界的全球運算平台，讓開發者能自由構築應用，從DeFi借貸到NFT創作，無所不能。這篇文章，我們就來深入探討以太坊那獨特的「可程式化」魅力，揭開它背後的運作奧秘。

想像一下，比特幣的帳本就像一疊現金，每筆交易都得精確追蹤那些未動用的餘額，而以太坊則更接近我們日常的銀行系統，直接顯示每個帳戶的即時餘額。

這正是帳戶模型與UTXO模型的根本差異所在。

帳戶模型的運作方式（以太坊的核心機制）

以太坊採用帳戶與餘額模型，這套系統非常貼近我們熟悉的金融帳戶操作：

• 每個地址都對應一個獨立的「帳戶」。
• 帳戶內包含餘額（以ETH計價）、nonce（用來標記交易順序，避免重複攻擊）、程式碼（如果是智慧合約的話），以及儲存空間（用來存放合約相關資料）。
• 進行轉帳時，只需從發送方帳戶扣除ETH，並直接加到接收方帳戶，過程乾淨俐落，不必糾結於具體的資金來源。

這種設計帶來明顯的優勢：

• 餘額查詢高效：只需檢視帳戶當前狀態，就能一目了然，不像比特幣那樣需要回溯歷史交易來累加計算。
• 適合程式開發：合約能輕鬆更新自身狀態、互動其他合約，或發送訊息，這正是實現「可程式化」的基石。
• 使用者體驗流暢：無論是轉帳、支付gas費，還是觸發合約，都能一脈相承，無縫銜接。

當然，也有一些挑戰：

• 隱私相對較弱：帳戶餘額是公開的，任何人都能窺探你的資產狀況。
• 狀態膨脹問題：全網的狀態資料會持續增長，對節點的儲存需求日益增加（幸好未來有狀態樹優化方案來緩解）。

UTXO模型簡介（比特幣的經典作法）

比特幣則依賴UTXO（未花費交易輸出）模型，這就像使用實體現金那般直觀：

• 你的資產是由一系列獨立的「鈔票」組成，每張都有特定金額和使用限制（鎖定條件）。
• 消費時，必須將整張鈔票作為輸入，然後產生新的輸出：一部分給接收者，剩餘找零回饋自己。
• 優點包括：雙重花費防護天生具備（每張鈔票僅能使用一次），隱私度高（可透過新地址產生新鈔票），並且驗證過程易於並行處理。
• 缺點在於操作較繁瑣：轉帳需組合多個輸入與輸出，查詢餘額則得掃描整個鏈上相關紀錄。

總之，比特幣強調「簡潔、安全、宛如黃金般穩固不移」。

以太坊則追求「靈活多變、支援複雜邏輯的程式執行」。

因此，以太坊選擇帳戶模型，正是為了讓程式設計師能更自在地面對狀態變更與程式碼撰寫。

狀態樹：以太坊的「全域記憶體」

在以太坊的生態中，有個至關重要的元素，那就是世界狀態（World State）。

它彙整了所有帳戶的最新餘額、合約程式碼，以及儲存的資料……

這些資訊並非散亂存放，而是透過Merkle Patricia Trie（MPT，梅克爾帕特里夏樹）來組織。

MPT是什麼？簡單來說，它融合了Merkle樹與Patricia樹（壓縮前綴樹）的精華：

• Patricia樹負責路徑壓縮，即使鍵值較長，也不會浪費過多空間，查詢速度飛快。
• Merkle樹則為每個節點注入哈希值，根哈希一旦改變，就表示整個狀態已更新；即使只修改單一帳戶餘額，根哈希也會隨之變動，讓全網節點即時察覺「狀態有異」。

每個區塊頭內包含三個根哈希：

• 交易樹根
• 收據樹根
• 狀態樹根（這是最核心的部分）

輕量級節點只需保留區塊頭，就能利用Merkle證明來確認「特定帳戶餘額是否為X」，無需下載完整鏈條。

這設計確保了以太坊在維持去中心化的同時，仍能高效驗證資料。

狀態樹正是以太坊「可程式化」落地的關鍵：

每當執行合約，EVM更新狀態 → 產生新狀態哈希 → 嵌入新區塊頭 → 全網達成共識。

狀態一經變動，大家的「記憶體」便同步刷新。

EVM：以太坊的「運算核心」

接下來進入重頭戲——EVM（Ethereum Virtual Machine，以太坊虛擬機）。

EVM堪稱以太坊的「運算大腦」。

它是一款堆疊式虛擬機，專門處理位元組碼（bytecode）的執行。

整個流程大致如下：

1. 開發者撰寫Solidity程式碼，經編譯轉換為位元組碼。
2. 部署合約：透過交易發送，EVM將位元組碼儲存至合約帳戶的code欄位。
3. 呼叫合約：發送訊息觸發，EVM將合約程式碼載入記憶體。
4. 執行階段：依序處理操作碼（像是ADD、MUL、CALL、SSTORE等）。
5. 每步驟皆扣除gas：若gas不足，則中止並回滾變更。
6. 狀態調整：儲存內容變更、餘額轉移、事件發佈……
7. 交易完成：新狀態正式提交，狀態樹根隨之更新。
    

EVM如何賦予以太坊「可程式化」的能力？

• 圖靈完備性：支援迴圈、條件判斷、遞迴等，理論上能處理任何複雜邏輯（比特幣的腳本則刻意限制不完備，以避免無限迴圈癱瘓網路）。
• 確定性執行：相同輸入下，全網結果必須一致，否則共識將崩潰。
• 沙盒環境：合約僅能存取自身儲存或呼叫其他合約，無法任意干涉節點檔案。
• Gas計費：阻擋DoS攻擊，並限制無限迴圈，執行時間越長，成本越高。

舉例來說，在Uniswap進行代幣交換：觸發swap函數 → EVM運行相關邏輯 → 更新資金池儲備、轉移代幣、收取手續費、記錄事件……

這整個流程具備原子性：成功則全數生效，失敗則完全撤銷。

這樣的複雜操作，在比特幣上簡直難以想像。

比特幣 vs 以太坊核心差異對照表（2026視角）

以太坊「可程式化」的精髓，一句話道盡

它將區塊鏈從單純的「記帳工具」升級為「能執行程式碼的分散式電腦」：

• 帳戶模型讓狀態變更與查詢變得輕而易舉。
• 狀態樹確保全網狀態的安全驗證。
• EVM允許任何人上傳程式碼，全網一致執行，結果無虞。

比特幣宛如一台永恆運轉的保險櫃，安全卻功能單一。

以太坊則是全球共享的超級伺服器，能運行應用程式、自動化薪資發放、智慧借貸……當然，也伴隨著更高的複雜度、gas成本，以及潛在的程式錯誤風險。

現在，你應該更清楚了：

比特幣解決了「信任貨幣」的難題。

以太坊則攻克了「信任程式碼」的挑戰。

如果想更深入探討？像是Solidity的撰寫技巧、gas計算方式、EVM操作碼細節，或是2026年以太坊分片進展？

歡迎留言討論，一起交流～

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