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純干貨｜深度解析以太坊（1）：以太坊模型

以太坊的全球“共享狀態(tài)”是由許多能夠通過消息傳遞框架相互作用的小型對象（賬戶）組成的。每個帳戶都有一個相關(guān)的狀態(tài)和一個20字節(jié)的地址。以太坊的地址是一個160位的標(biāo)識符，用于識別任何帳戶。

有兩種類型的帳戶：

1.外部擁有的帳戶，由私鑰控制，并且沒有與之相關(guān)的代碼。

2.合約帳戶，由合約代碼控制，并有與之相關(guān)的代碼。

1?外部擁有賬戶與合約賬戶

了解外部賬戶和合約賬戶之間的根本區(qū)別很重要。外部擁有的帳戶可以通過使用其私鑰創(chuàng)建和簽署交易，將消息發(fā)送到其他外部擁有的帳戶或其他合約帳戶。兩個外部擁有賬戶之間的消息只是一個價值轉(zhuǎn)移。但是從外部擁有賬戶到合約賬戶的消息會激活合約賬戶的代碼，允許它執(zhí)行各種操作（例如轉(zhuǎn)移Token，寫入內(nèi)部存儲，創(chuàng)建新的Token，執(zhí)行一些計(jì)算，創(chuàng)建新的合約等）。

與外部擁有的賬戶不同，合約賬戶不能自行發(fā)起新的交易。相反，合約帳戶只能觸發(fā)交易以響應(yīng)其他交易（從外部擁有的帳戶或其他合約帳戶）。我們將在“ 交易和消息 ”部分中詳細(xì)了解合約到合約的通信。

因此，以太坊區(qū)塊鏈上發(fā)生的任何操作都始終由外部受控帳戶觸發(fā)的交易處理。

2?賬戶狀態(tài)

不管賬戶的類型如何，賬戶狀態(tài)由四個部分組成：

3?全局狀態(tài)

我們知道以太坊的全局狀態(tài)由帳戶地址和帳戶狀態(tài)之間的映射組成。這個映射存儲在一個稱為Merkle Patricia樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。

Merkle Tree（或者也被稱為“Merkle trie”）是由一組節(jié)點(diǎn)組成一種二叉樹，這些節(jié)點(diǎn)包括：

樹底部的數(shù)據(jù)是通過將我們想要存儲的數(shù)據(jù)分成chunks塊來生成的，然后將chunks分成buckets，然后取每個buckets的hash值并重復(fù)相同的過程，直到剩余的hash總數(shù)變?yōu)橹挥幸粋€：根hash。

樹需要有一個存儲在里面的每個值的鍵（key）。從樹的根節(jié)點(diǎn)開始，關(guān)鍵字應(yīng)該告訴你哪個子節(jié)點(diǎn)要獲取相應(yīng)的值，該值存儲在葉節(jié)點(diǎn)中。在以太坊的情況下，狀態(tài)樹的鍵/值映射位于地址及其相關(guān)帳戶之間，包括每個帳戶的balance，nonce，codeHash和storageRoot（其中storageRoot本身就是樹）。

同樣的樹結(jié)構(gòu)也用來存儲交易和收據(jù)。更具體的說，每個塊都有一個頭(header)，保存了三個不同Merkle trie結(jié)構(gòu)的根節(jié)點(diǎn)的Hash，包括：

在Merkle tries中有效地存儲所有信息的能力在以太坊我們稱之為“輕客戶端”或“輕節(jié)點(diǎn)”。請記住，區(qū)塊鏈由一堆節(jié)點(diǎn)維護(hù)。一般來說，有兩種類型的節(jié)點(diǎn)：全節(jié)點(diǎn)和輕節(jié)點(diǎn)。

全節(jié)點(diǎn)通過下載整條鏈來進(jìn)行同步，從創(chuàng)世紀(jì)塊到當(dāng)前塊，執(zhí)行包含在其中的所有交易。通常情況下，礦工存儲全節(jié)點(diǎn)，因?yàn)樗麄冊谕诘V過程中需要全節(jié)點(diǎn)。也可以在不執(zhí)行每個交易的情況下下載全節(jié)點(diǎn)。無論如何，一個全節(jié)點(diǎn)都包含整個鏈。

但是，除非一個節(jié)點(diǎn)需要執(zhí)行每個交易或者輕松查詢歷史數(shù)據(jù)，否則實(shí)際上不需要存儲整個鏈。這是輕節(jié)點(diǎn)概念的來源。輕型節(jié)點(diǎn)不是下載并存儲完整鏈并執(zhí)行所有交易，而是僅從起始塊到當(dāng)前塊的頭，而不執(zhí)行任何交易或檢索任何關(guān)聯(lián)的狀態(tài)。由于輕節(jié)點(diǎn)可以訪問塊的頭，而頭中包含了3個tries的Hash，所有輕節(jié)點(diǎn)依然可以很容易生成和接收關(guān)于交易、事件、余額等可驗(yàn)證的答案。

這樣做的原因是因?yàn)镸erkle tree中的hash向上傳播 - 如果惡意用戶試圖將假交易交換到Merkle tree的底部，這種更改將導(dǎo)致上面節(jié)點(diǎn)的散列發(fā)生變化，這將改變以上的節(jié)點(diǎn)的散列，等等，直到它最終改變樹的根。

任何想要驗(yàn)證數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)都可以使用“Merkle證明”來實(shí)現(xiàn)。Merkle證明包括：

1.要驗(yàn)證的數(shù)據(jù)塊和散列

2.樹的根hash

3.一個“分支”（從 chunk到根這個路徑上所有的hash值）

任何讀取證明的人都可以驗(yàn)證該分支的hash在樹中一直保持一致，因此給定的塊實(shí)際上是在樹中的那個位置。

總之，使用Merkle Patricia樹的好處是，這個結(jié)構(gòu)的根節(jié)點(diǎn)在密碼上依賴于存儲在樹中的數(shù)據(jù)，所以根節(jié)點(diǎn)的散列可以用作這個數(shù)據(jù)的安全身份。由于塊頭包含狀態(tài)，交易和收據(jù)樹的根hash，所以任何節(jié)點(diǎn)都可以驗(yàn)證以太坊狀態(tài)的一小部分，而不需要存儲整個狀態(tài)，這個狀態(tài)的大小可能是無限的。

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