前言：本文主要阐述当前以太坊的具体运作原理，有助于我们理解以太坊背后的各种概念和操作，适合初学者阅读。未来ETH2.0将会发生非常大的变化，具体可以看蓝狐笔记之前的文章《ETH2.0:它会是什么？（一）》和《ETH2.0:它会是什么？（二）》。
接上两篇《以太坊是如何运作的（一）》《以太坊是如何运作的？（二）》
合约创建
回顾一下，以太坊有两种类型账户：合约账户和外部账户。当我们说交易是“创建合约”时，我们的意思是说交易的目的是创建一个新的合约账户。
为了创建新的合约账户，我们首先使用特殊公式声明新账户地址，然后我们通过如下方式初始化新账户：
l 把nonce（随机数）设置为零。
l 如果发送人用交易发送一定量的Ether作为价值，则设置该价值为账户余额。
l 从发送人的余额中扣除发送给新账户的价值。
l 把存储设置为空。
l 把合约的codeHash设置为空字符串的哈希。
一旦我们初始化账户，使用跟随交易发送的init代码实际上能够创建账户（有关init代码，可参考“交易和消息”章节）。在执行这个初始化代码时会产生多样的变化。根据合约的构造函数，它可能会升级账户的存储、创建其他合约账户、进行其他消息调用等。
当执行初始化合约的代码时，它使用gas。交易不允许使用比剩余gas更多的gas。如果存在这样的情况，执行遇到gas不足的异常，然后退出。如果交易因为gas不足异常而退出，那么，状态会立刻复原到交易之前到那个点。发送人不会收到gas退款，该gas已在之前执行中用完。
但是，如果发送人用交易发送任何Ether价值，即使合约创建失败，Ether价值也会被退回。
如果初始化代码执行成功，会支付最终的成功创建合约的成本。这是存储成本，支付费用跟所创建合约代码的大小成正比，这里也没有免费午餐。如果没有足够的剩余gas来支付最终的成本，交易再次出现gas不足的异常，并中止。
如果一切都顺利，我们目前为止没有异常，则剩余的未使用的gas会退还给交易的最初发送人，由此被改变的状态也允许持续存在。
消息调用
消息调用的执行跟合约创建的执行类似，不过存在一些差异。
消息调用执行并不包括任何init代码，因为没有创建新的账户，但是，如果数据由交易发送人提供，则它可以包含输入数据。一旦执行，消息调用还有额外的组件，组件包含了输出数据，如果接下来的执行需要该数据，它会被使用。
跟合约创建一样，如果因为gas不足或交易无效（如堆栈溢出、无效跳转目标或无效指令），消息调用退出，那么，所使用的gas不会退还给最初的调用者。相反，所有剩余的未使用的gas被消耗，并且状态会复原到余额转移之前的点。
直到以太坊的最新升级之前，如果没有系统消耗你提供的所有gas，那就无法停止或恢复交易的执行。例如，假设当调用者没有被授权执行某些交易，你授权的合约抛出错误。在之前版本的以太坊，剩余的gas依然会被消耗，且没有任何gas会被退还给发送人。但在拜占庭升级中，它包括了新的“恢复”代码，允许合约停止执行并恢复状态更改，而不是消耗剩余的gas，同时还能返回交易失败的原因。如果因为还原而退出交易，则会把未使用的gas退还给发送人。
执行模式
到目前为止，我们已经了解到一个交易从开始到结束必须经历的系列步骤。现在，我们来看看交易实际上是如何在VM上执行的。
实际处理交易流程的部分协议是以太坊自己的虚拟机，也就是所谓的EVM。EVM是图灵完备的虚拟机。跟其他图灵完备的机器相比，EVM唯一的限制是它跟gas是内在绑定的。也就是说，它的计算量是受gas量内在约束的。
资料来源：CMU
此外，EVM有基于堆栈的架构。堆栈计算机使用后进先出堆栈来保存临时值。EVM中每个堆栈项的大小是256位，堆栈最大的大小为1024。
EVM有内存，其中的item存储为字寻址字节数组。内存不稳定，意味着它不是持久的。
EVM还有存储空间。跟内存不同，存储是稳定的，同时它作为系统状态的一部分进行维持。EVM在虚拟ROM中分别存储程序代码，这些代码只能通过特别指令访问。通过这种方式，EVM跟经典的冯·诺依曼架构不同，其中的程序代码存储在内存或存储器中。
EVM也有它自己的语言：“EVM字节代码”。当一个程序员编写以太坊智能合约时，一般来说，会使用高阶语言如Solidity。之后，我们可以将其编译为EVM可以理解的EVM字节代码。
那么，现在开始执行。
在执行特定的计算之前，处理器会确保以下的信息可用且有效：
l 系统状态
l 计算用的剩余gas
l 拥有正在执行的代码的账户地址
l 发起该执行的交易发送人的地址
l 导致代码执行的账户地址（可能跟最初发送人不同）
l 产生该执行的交易的gas价格
l 输入该执行的数据
l 作为当前执行的一部分，发送价值（Wei）给此账户
l 要执行的机器代码
l 当前区块的区块头
l 当前消息调用或合约创建堆栈的深度
l 开始执行时，内存和堆栈为空，且程序计数器为零。
PC: 0 STACK: [] MEM: [], STORAGE: {}
之后，EVM递归执行交易，计算系统状态以及每个循环的机器状态。系统状态只是以太坊的全球状态。机器状态包括：
l 可用的gas
l 程序计数器
l 记忆内容
l 内存中的活跃词数
l 堆栈内容
从系列的最左侧部分添加或删除堆栈项。
在每个循环中，从剩余gas中减少适当的gas量，并且程序计数器递增。
在每个循环结束时，有三种可能：
1.机器达到异常状态（例如gas不足、无效指令、堆栈项不足、堆栈项因超1024而溢出、JUMP/JUMPI目的地址无效等），因此必须暂停，任何更改都将被丢弃。
2.序列继续处理进入下一个循环
3.机器达到受控停止（执行过程结束）
假设执行并没有达到异常状态，也没有达到“受控”或正常停止，则机器会生成结果状态、执行后的剩余gas、累计子状态以及结果输出。
我们了解了以太坊最复杂的部分之一。即使你不能完全明白，也没关系。除非你要从事非常深层次的工作，否则你无须理解非常细节的部分。
区块如何最终确定
最后，我们来看看包含众多交易的区块如何最终确定。
当我们说“最终确定”时，它可以意味着两种不同的东西，这取决于区块是新的还是已有的。如果它是新区块，我们指的是挖掘区块要求的过程。如果它是已有区块，那么，我们是指验证区块的过程。在任何一种情况下，有四个要求来实现区块“最终性”。
1）验证（或者，如是挖矿，确定）ommers
区块头中的每个ommer区块必须是有效的区块头，并且在当前区块的第六代内。
2）验证（或者，如是挖矿，确定）交易
区块上的使用过的gas数必须等于累积的gas，该gas被区块中列出的交易使用过。（回顾一下，当执行交易时，我们一直跟踪区块的gas计数器，它会跟踪区块中所有交易所使用的总gas）。
3）申请奖励（仅限挖矿）
受益人地址被授予5 Ether用于区块挖矿。（根据以太坊EIP-649提案，5ETH的奖励将很快会降到3ETH）。此外，对于每个ommer，当前区块的受益人将获得当前区块奖励的额外1/32。最后，ommer区块的受益人也会获得特定数量的奖励（它根据特殊公式来计算，这里不详述。）
4）验证（或者，如果挖矿，计算有效的）状态和nonce
确保所有的交易和结果状态改变得到应用，然后，在所有区块奖励已经被应用到最终的交易结果状态后，定义新区块作为状态。通过针对存储在区块头的状态trie来检查该最终状态，以此进行验证。
PoW挖矿
“区块”章节部分简要介绍了区块难度的概念。赋予区块难度意义的算法叫PoW。以太坊的PoW算法称为“Ethash”（曾经叫做Dagger-Hashimoto）。
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