अध्याय 2: Ethereum

अवलोकन

Ethereum महज एक क्रिप्टोकरेंसी नहीं है — यह एक प्रोग्रामेबल ब्लॉकचेन प्लेटफ़ॉर्म है जो आधुनिक विकेंद्रीकृत वित्त (DeFi) और Web3 पारिस्थितिकी तंत्र की नींव बनाता है। जहाँ Bitcoin मूल्य संग्रह और P2P भुगतान पर केंद्रित है, वहीं Ethereum को एक 'वर्ल्ड कंप्यूटर (World Computer)' के रूप में डिज़ाइन किया गया है — एक ऐसा मंच जहाँ ब्लॉकचेन पर मनमाना लॉजिक चलाया जा सकता है। इस दृष्टिकोण के केंद्र में स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट और Ethereum Virtual Machine (EVM) हैं, और इन दोनों के संयोजन से विकेंद्रीकृत अनुप्रयोगों (dApps) का एक विशाल पारिस्थितिकी तंत्र संभव हो पाया है।

इस अध्याय में हम Ethereum की मूल तकनीकी अवधारणाओं को क्रमबद्ध तरीके से समझेंगे। EVM (निष्पादन वातावरण) से शुरू करके, शुल्क संरचना (गैस, EIP-1559), सहमति तंत्र (Proof of Stake, द मर्ज), टोकन मानक (ERC-20), और स्केलेबिलिटी समाधान (Rollup, Blob Transactions) तक — Ethereum को परिभाषित करने वाली 19 प्रमुख अवधारणाओं को विस्तार से कवर किया जाएगा। ये सभी अवधारणाएँ आपस में गहराई से जुड़ी हुई हैं — एक को समझने से दूसरी की समझ काफी गहरी हो जाती है।

Ethereum 2015 में लॉन्च होने के बाद से निरंतर अपग्रेड के ज़रिए विकसित होता रहा है। 2022 में द मर्ज के माध्यम से Proof of Stake में ऐतिहासिक बदलाव, 2024 में Dencun अपग्रेड के तहत Blob Transactions की शुरुआत — इन महत्वपूर्ण परिवर्तनों के साथ Ethereum एक साथ तीन लक्ष्यों को साधने की कोशिश करता है: स्केलेबिलिटी, सुरक्षा और दीर्घकालिक स्थिरता। इस अध्याय के अंत तक पाठक Ethereum की तकनीकी नींव को गहराई से समझ सकेंगे और यह जान सकेंगे कि आज का ब्लॉकचेन पारिस्थितिकी तंत्र Ethereum के इर्द-गिर्द क्यों बना हुआ है।

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Ethereum Virtual Machine (EVM)

परिभाषा

EVM एक stack-based computational engine है जो Ethereum नेटवर्क पर smart contract bytecode को execute करता है। यह एक deterministic virtual computer है जिसे इस प्रकार डिज़ाइन किया गया है कि हज़ारों nodes एक साथ समान कोड चलाएँ और हमेशा एक जैसा परिणाम प्राप्त करें। Solidity या Vyper जैसी उच्च-स्तरीय भाषाओं में लिखे गए स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट EVM-समझने योग्य low-level bytecode में compile होते हैं, और EVM उन्हें opcode-दर-opcode interpret और execute करता है।

मुख्य बिंदु

• Stack-based आर्किटेक्चर: EVM registers के बजाय एक stack का उपयोग करके गणना करता है। ADD, MULTIPLY, STORE, CALL जैसे opcodes stack से operands लेते हैं, उन पर operation करते हैं और परिणाम वापस stack में डाल देते हैं। Stack की अधिकतम गहराई 1024 items तक सीमित होती है।
• Deterministic execution की गारंटी: समान input दिए जाने पर दुनिया के किसी भी node पर execution का परिणाम हमेशा एक जैसा होना चाहिए। इसके लिए EVM floating-point arithmetic या बाहरी system calls जैसे किसी भी non-deterministic तत्व की अनुमति नहीं देता। यदि बाहरी डेटा की आवश्यकता हो, तो oracle के माध्यम से उसे पहले on-chain दर्ज किया जाता है।
• De facto industry standard: EVM का प्रसार Ethereum की सीमाओं से बहुत आगे निकल चुका है। Arbitrum, Optimism, Base, zkSync जैसे अधिकांश Layer 2 rollups EVM-compatible हैं, और BNB Chain, Polygon, Avalanche C-Chain, Fantom जैसे अनेक Alt-L1 blockchains ने भी EVM को अपनाया है। इसका सबसे बड़ा लाभ यह है कि Ethereum के development tools, भाषाएँ और libraries का पूरा ecosystem बिना किसी बदलाव के इस्तेमाल किया जा सकता है।
• Sandboxed environment: EVM एक पृथक sandbox वातावरण में चलता है, जिससे smart contract code host system के file system, network या memory तक सीधे नहीं पहुँच सकता। यह सुरक्षा को मज़बूत करता है और deterministic execution की आधारशिला है।
• Storage model: EVM में प्रत्येक contract का अपना permanent storage होता है जो 256-bit key-value pairs के रूप में व्यवस्थित है। Storage read/write computationally महँगी operations हैं, इसलिए उनकी गैस (Gas) लागत अपेक्षाकृत अधिक होती है।

संबंधित अवधारणाएँ

EVM Ethereum का execution वातावरण है, इसलिए यह व्यावहारिक रूप से सभी अवधारणाओं से जुड़ा है। सबसे प्रत्यक्ष संबंध स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट से है जो EVM पर execute होने वाला code है; गैस (Gas) वह इकाई है जो EVM के प्रत्येक opcode की computational cost मापती है। Rollup एक ऐसा scaling solution है जो Layer 1 से बाहर EVM execution को ले जाता है, फिर भी EVM compatibility बनाए रखता है। EVM की सार्वभौमिक स्वीकृति ही Ethereum ecosystem की Composability को तकनीकी आधार प्रदान करती है।

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स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट

परिभाषा

स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट blockchain पर deploy किए गए self-executing प्रोग्राम हैं जो पूर्व-निर्धारित शर्तें पूरी होने पर बिना किसी मध्यस्थ के स्वतः execute हो जाते हैं। पारंपरिक अनुबंध कानूनी व्यवस्था और विश्वसनीय तृतीय पक्षों पर निर्भर करते हैं, लेकिन स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट में लॉजिक code के रूप में blockchain पर दर्ज होता है और शर्तें पूरी होते ही स्वचालित रूप से execute हो जाता है — यानी विश्वास की जगह code और गणित ले लेते हैं। एक बार deploy होने के बाद स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट का code immutable होता है और deterministically execute होता है, जिससे परिणाम हमेशा अनुमानित रहते हैं।

मुख्य बिंदु

• Immutability और deterministic execution: blockchain पर deploy होने के बाद स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट के code को मनमाने ढंग से बदला या हटाया नहीं जा सकता। यह मज़बूत trust guarantee प्रदान करता है, लेकिन इसका नकारात्मक पहलू यह है कि bug होने पर सुधार करना बेहद कठिन होता है। इस समस्या से निपटने के लिए upgradeable proxy pattern जैसी design techniques का उपयोग किया जाता है।
• DeFi का मूल आधार: Decentralized Exchanges (DEX), lending protocols, stablecoin systems — सभी DeFi applications स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट के रूप में लागू होते हैं। Uniswap का Automated Market Maker (AMM) logic, Aave के collateralized lending rules, MakerDAO का DAI issuance mechanism — ये सब स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट code में encoded हैं।
• NFT और Token का आधार: ERC-20 tokens और ERC-721 NFTs (Non-Fungible Tokens) दोनों स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट के माध्यम से implement होते हैं। Token की कुल supply, transfer rules और ownership management — सब कुछ contract code के भीतर परिभाषित होता है।
• Security vulnerabilities का जोखिम: चूँकि code ही नियम है, इसलिए स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट में bug के गंभीर परिणाम हो सकते हैं। 2016 का DAO hack (लगभग $60 मिलियन का नुकसान) और 2021 का Poly Network hack (लगभग $600 मिलियन का नुकसान) इस बात की याद दिलाते हैं कि security audit कितना ज़रूरी है। Reentrancy attacks, integer overflow जैसी कई जानी-मानी vulnerabilities मौजूद हैं।
• Solidity और development ecosystem: Ethereum का प्रमुख smart contract development language Solidity है, उसके बाद Vyper का स्थान है। Hardhat और Foundry जैसे development frameworks तथा OpenZeppelin जैसी security-audited libraries पूरे ecosystem को सहारा देती हैं।

संबंधित अवधारणाएँ

स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट EVM पर execute होते हैं और execution के दौरान गैस (Gas) की cost लगती है। ERC-20 token standard स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट के रूप में implement किया गया सबसे प्रसिद्ध interface है। Composability इसी क्षमता से उत्पन्न होती है कि स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट एक-दूसरे को call कर सकते हैं, और Account Abstraction स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट की कार्यक्षमता को सामान्य accounts तक विस्तारित करने का प्रयास है।

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गैस (Gas)

परिभाषा

गैस (Gas) Ethereum नेटवर्क पर computational work की मात्रा मापने की एक abstract इकाई है। हर Ethereum transaction को उसकी execution के लिए आवश्यक computational resources के अनुपात में gas fee चुकानी पड़ती है। Gas दो महत्वपूर्ण भूमिकाएँ निभाता है: पहला, node operators और validators को computational resources प्रदान करने का आर्थिक मुआवज़ा देना; और दूसरा, हमलावरों को infinite loop जैसी computation से नेटवर्क को पंगु करने वाले spam और DoS (Denial of Service) attacks से बचाना। Gas की कीमत gwei में व्यक्त होती है, जहाँ 1 gwei = 0.000000001 ETH (यानी ETH का एक अरबवाँ हिस्सा)।

मुख्य बिंदु

• Gas cost की विविधता: computation की जटिलता के अनुसार gas consumption काफी भिन्न होती है। एक साधारण ETH transfer में 21,000 gas लगती है, जबकि एक जटिल DeFi transaction (जैसे multi-step swap) में लाखों gas तक की ज़रूरत पड़ सकती है। एक नया स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट blockchain पर deploy करने में भी काफी gas खर्च होती है।
• Gas Limit: उपयोगकर्ता transaction के लिए अधिकतम gas limit निर्धारित करता है। केवल वास्तव में उपयोग की गई gas ही charge होती है और बची हुई gas वापस कर दी जाती है। लेकिन यदि gas limit के भीतर transaction पूरी नहीं होती (out-of-gas), तो सभी state changes rollback हो जाते हैं और खर्च हो चुकी gas refund नहीं होती।
• Block Gas Limit: Ethereum के प्रत्येक block में समाहित की जा सकने वाली कुल gas की अधिकतम सीमा होती है। यह block size को सीमित करता है ताकि nodes उचित समय में block process कर सकें। Network congestion के अनुसार यह सीमा dynamically adjust हो सकती है।
• Opcode-wise Gas cost: EVM के प्रत्येक opcode की gas cost उसके द्वारा उपभोग किए जाने वाले computational resources के अनुपात में तय होती है। उदाहरण के लिए, arithmetic operation जैसे ADD की cost मात्र 3 gas है, जबकि storage में नया value लिखने वाले SSTORE की cost 20,000 gas तक पहुँच सकती है। यह cost structure developers को gas-efficient code लिखने के लिए प्रोत्साहित करता है।
• Gas optimization का महत्व: Ethereum पर gas cost अधिक होने के कारण smart contract developers gas optimization को बहुत गंभीरता से लेते हैं। Variables को storage के बजाय memory में रखना, events का उपयोग करना, bitwise operations अपनाना — ऐसी अनेक optimization techniques प्रचलित हैं।

संबंधित अवधारणाएँ

Gas, EVM के प्रत्येक opcode की execution cost मापता है, और स्मार्ट कॉन्ट्रैक्ट जितना जटिल होगा, उतना अधिक gas चाहिए। EIP-1559 वह upgrade है जिसने gas pricing mechanism को मूलरूप से बदल दिया। Rollup एक scaling solution है जो execution को Layer 2 पर ले जाकर उपयोगकर्ताओं की effective gas cost में भारी कमी लाता है।

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EIP-1559

परिभाषा

EIP-1559 (Ethereum Improvement Proposal 1559) अगस्त 2021 में London hard fork के ज़रिए Ethereum में लाया गया एक शुल्क तंत्र सुधार है। इसने पुराने सरल auction model (जिसमें सबसे अधिक gas price देने वाली transaction को प्राथमिकता मिलती थी) की जगह एक dual structure अपनाई — dynamic base fee और user-set tip (priority fee)। इस upgrade ने transaction fees की predictability में काफी सुधार किया और base fee को burn करके ETH की monetary policy में भी महत्वपूर्ण बदलाव लाया।

मुख्य बिंदु

• Dynamic Base Fee: base fee को protocol स्वतः निर्धारित करता है और network congestion के अनुसार हर block में अधिकतम ±12.5% तक adjust होती है। यदि block target size से बड़ा हो, तो base fee बढ़ती है; छोटा हो, तो घटती है। Transaction process होने के लिए user को कम से कम base fee चुकानी होगी, लेकिन सही राशि का अनुमान लगाना अब पहले से कहीं आसान है।
• Base Fee Burn (ETH Burn): base fee validators को नहीं जाती — वह पूरी तरह burn (destroy) हो जाती है। Ethereum के इतिहास में यह एक महत्वपूर्ण मोड़ था। Network जितना व्यस्त होगा, उतना अधिक ETH burn होगा, जिससे supply में कमी आएगी और deflation का दबाव बनेगा। यदि network पर्याप्त व्यस्त हो, तो नई issuance से अधिक ETH burn होता है और ETH net deflationary asset बन जाता है। इसे 'Ultra Sound Money' narrative भी कहा जाता है।
• Tip (Priority Fee): validators को वास्तव में केवल user द्वारा set की गई tip (priority fee) मिलती है। Tip validators को अपने block में उस transaction को शामिल करने के लिए प्रोत्साहित करती है। User tip की राशि तय कर सकता है, और network कम व्यस्त होने पर न्यूनतम tip में भी त्वरित processing संभव है।
• Max Fee: user अधिकतम कुल fee (maxFeePerGas) तय करता है जो वह चुकाने को तैयार है। यदि actual base fee इस सीमा से कम हो, तो अंतर user को वापस मिल जाता है। इस संरचना की वजह से user को अनावश्यक रूप से अधिक fee नहीं चुकानी पड़ती।
• पुरानी व्यवस्था की तुलना में सुधार: EIP-1559 से पहले users को यह अंदाज़ा लगाना मुश्किल था कि miners को कितनी gas price offer करनी है, और network congestion के समय fees अचानक बहुत बढ़ जाती थीं। नई mechanism ने fees की predictability काफी बढ़ा दी और user experience में उल्लेखनीय सुधार किया।

संबंधित अवधारणाएँ

EIP-1559 गैस (Gas) system के ऊपर बना fee mechanism है, जो द मर्ज के बाद भी लागू रहता है और PoS वातावरण में भी ETH burning जारी रहती है। ETH burn mechanism का संबंध Liquid Staking Token (LST) के आर्थिक संदर्भ से भी है — staking rewards और burn की मात्रा का संतुलन ही ETH की वास्तविक inflation rate तय करता है।

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द मर्ज

परिभाषा

द मर्ज 15 सितंबर 2022 को हुआ वह ऐतिहासिक upgrade है जिसमें Ethereum ने Proof of Work (PoW) से Proof of Stake (PoS) consensus mechanism में बदलाव किया। 'Merge' नाम इसलिए पड़ा क्योंकि दिसंबर 2020 से समानांतर रूप से चल रही Beacon Chain (PoS consensus chain) को मौजूदा Ethereum execution layer के साथ merge किया गया। इस upgrade से energy consumption में 99.9% से अधिक की कमी आई और Ethereum की architecture को स्पष्ट रूप से Execution Layer और Consensus Layer में विभाजित किया गया।

मुख्य बिंदु

• Energy consumption में नाटकीय कमी: Proof of Work के अंतर्गत Ethereum mining एक छोटे देश के बराबर बिजली खपत करती थी। PoS में जाने के बाद energy consumption में 99.9% से अधिक की कमी आई, जिससे Ethereum की पर्यावरणीय sustainability पर उठने वाली आलोचनाएँ काफी हद तक शांत हो गईं। इससे institutional investors और environment-conscious users के लिए Ethereum में प्रवेश की बाधाएँ भी कम हुईं।
• Execution Layer और Consensus Layer का पृथक्करण: द मर्ज ने Ethereum को दो स्वतंत्र layers में विभाजित किया। Execution Layer transactions की processing और EVM execution संभालती है, जबकि Consensus Layer (Beacon Chain) validator management और block finalization का काम करती है। ये दोनों layers Engine API के ज़रिए communicate करती हैं। यह अलग architecture भविष्य के upgrades में अधिक लचीलापन प्रदान करती है।
• Transaction speed में कोई बड़ा बदलाव नहीं: एक आम भ्रांति के विपरीत, द मर्ज ने Ethereum की transaction processing speed या fees में कोई बड़ा परिवर्तन नहीं किया। Block time लगभग 13 सेकंड से लगभग 12 सेकंड हो गया, लेकिन मूलभूत throughput improvement के लिए Rollup जैसे अलग scaling solutions पर निर्भरता बनी रही।
• Mining की समाप्ति और Validator economy: द मर्ज के साथ Ethereum mining पूरी तरह समाप्त हो गई और GPU miners का नेटवर्क में कोई role नहीं रहा। उनकी जगह ETH staking करने वाले validators ने ली, जो block proposal और attestation participation के ज़रिए rewards प्राप्त करते हैं।
• Ethereum के इतिहास का सबसे जटिल upgrade: द मर्ज वर्षों के research और development तथा दर्जनों testnet experiments के बाद संभव हुआ। Live mainnet पर चल रहे सैकड़ों अरब डॉलर की संपत्ति को खतरे में डाले बिना consensus mechanism को पूरी तरह बदलना — इंजीनियरिंग की दृष्टि से यह अभूतपूर्व चुनौती थी।

संबंधित अवधारणाएँ

द मर्ज Proof of Stake (PoS) में परिवर्तन की घटना है, और Slashing तथा Finality (फाइनलिटी) जैसी PoS की मूल अवधारणाएँ द मर्ज के बाद Ethereum पर लागू होती हैं। EIP-1559 के ETH burn और द मर्ज के बाद घटी नई issuance के संयोजन से Ethereum की monetary policy आकार लेती है। Liquid Staking Token (LST) वह service है जो द मर्ज के बाद staking demand में वृद्धि के साथ तेज़ी से बढ़ी।

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Proof of Stake (PoS)

परिभाषा

Proof of Stake (PoS) वह consensus mechanism है जिसे Ethereum ने द मर्ज के बाद अपनाया। इसमें validators नेटवर्क में भागीदारी की guaranty के रूप में ETH lock करते हैं और इस तरह block production और validation का अधिकार प्राप्त करते हैं। Validator बनने के लिए न्यूनतम 32 ETH stake करना आवश्यक है। ईमानदार व्यवहार पर staking rewards मिलते हैं, और consensus rules तोड़ने पर Slashing के ज़रिए stake का कुछ या पूरा हिस्सा खो सकता है। Ethereum PoS में समय को 12-second slots और 32 slots (लगभग 6.4 मिनट) के epochs में structured किया गया है।

मुख्य बिंदु

• Slot और Epoch structure: Ethereum PoS में समय 12-second slots में विभाजित है। प्रत्येक slot में एक validator को randomly block proposer के रूप में चुना जाता है। 32 slots मिलकर एक epoch (लगभग 6.4 मिनट) बनाते हैं, और epoch level पर ही checkpoint justification और finalization होती है।
• Validator की भूमिका: Validators दो प्रमुख भूमिकाएँ निभाते हैं। Block proposer के रूप में चुना गया validator नया block create और propose करता है। बाकी validators attesters के रूप में proposed block की validity को signature से प्रमाणित (attest) करते हैं। ये attestations मिलकर block के justification और finalization की प्रक्रिया को आगे बढ़ाती हैं।
• 32 ETH की न्यूनतम आवश्यकता: एकल validator node चलाने के लिए 32 ETH (मौजूदा बाज़ार दर पर हज़ारों-लाखों रुपये) की ज़रूरत होती है। इस ऊँची entry barrier के कारण Liquid Staking Token (LST) services और staking pools का उदय हुआ जो छोटे holders को भी staking में भाग लेने देते हैं।
• Staking Rewards: Validators को दो प्रकार के rewards मिलते हैं — block proposal और attestation से मिलने वाले protocol rewards, और उनके block में शामिल transactions की fees। Staking yield नेटवर्क पर active validators की संख्या के आधार पर dynamically बदलती है।
• Security model: PoW में security computation power पर निर्भर थी; PoS में security staked ETH की आर्थिक value पर निर्भर है। Network पर 51% attack करने के लिए attacker को बड़ी मात्रा में ETH stake करना होगा, और attack विफल होने पर slashing से उसका stake नष्ट हो सकता है — यह attack को economically अव्यावहारिक बनाता है।

संबंधित अवधारणाएँ

PoS द मर्ज के ज़रिए Ethereum का consensus mechanism बना। इसमें Slashing वह penalty mechanism है जो validators को ईमानदार रहने के लिए प्रेरित करता है। Finality (फाइनलिटी) वह गुण है जो PoS में transactions को अपरिवर्तनीय बनाता है। Liquid Staking Token (LST) और Restaking (EigenLayer) PoS की staking layer के ऊपर बने advanced financial instruments हैं।

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