イーサリアムのステートトライとは何ですか?アカウントデータはどのように保存されますか?

イーサリアムのステートトライを理解する

1. 状態トライはイーサリアムのアーキテクチャの基本コンポーネントであり、特定のブロックにおけるすべてのアカウント状態の完全な記録を維持する暗号化データ構造として機能します。従来のデータベースとは異なり、マークル パトリシア トライを使用してデータを整理し、ネットワーク全体での不変性と検証可能性を保証します。

2. 状態トライの各ノードはキーと値のペアを表します。キーはイーサリアム アドレスの Keccak-256 ハッシュ、値はアカウント データの RLP エンコードされたシリアル化です。これには、残高、ノンス、コード ハッシュ (契約アカウント用)、およびストレージ ルートが含まれます。

3. 状態トライのルート ハッシュは各ブロックのヘッダーに保存されるため、すべてのアカウント データをダウンロードしなくても状態全体の整合性を検証できます。単一のアカウントに変更を加えると、新しいルート ハッシュが作成され、改ざんの証拠が得られます。

4. トライは決定論的で暗号的に保護されているため、ライト クライアントはフル ノードから特定のアカウント状態の証明を要求し、ブロック ヘッダーのみを使用して独立して検証できます。

アカウントデータの構造と保存方法

1. すべての Ethereum アカウントは、外部所有か契約ベースかに関係なく、nonce、balance、storageRoot、codeHash の 4 つのフィールド構造として表されます。これらのフィールドは、トライに挿入される前に、Recursive Length Prefix (RLP) エンコーディングを使用してシリアル化されます。

2. 外部所有アカウント (EOA) の場合、EOA にはコードが関連付けられていないため、codeHash フィールドには空のデータのハッシュが含まれます。ただし、コントラクト アカウントは、コンパイルされたバイトコードのハッシュをこのフィールドに保存します。

3. storageRoot は、そのアカウントに固有の別のトライ (ストレージ トライ) を指します。このセカンダリ トライはコントラクトの内部ストレージを保持し、256 ビットのキーを 256 ビットの値にマッピングし、スマート コントラクト内に格納されている変数への効率的なアクセスを可能にします。

4. トランザクションによってアカウントが変更されると (ETH の転送やコントラクト変数の更新など)、トライ内の対応するノードが更新され、そのノードからルートまでのパスが再計算され、新しい状態ルートが生成されます。

マークル証明と状態検証

1. 状態トライの最も強力な機能の 1 つは、マークル証明のサポートです。ノードは、検証者が特定のアカウントが存在し、特定のデータを持っているかどうかを確認できる兄弟ノードの最小セット (証明パス) を提供できます。

2.このメカニズムにより、サードパーティを信頼せずに分散型検証が可能になり、トラストレスなライト クライアントとブロックチェーン エクスプローラーの基礎が形成されます。

3. 同期または検証中に、イーサリアム ノードはこれらのプルーフを使用して、ブロック ヘッダー内の既知のルート ハッシュまでのトライのブランチを再構築することによって、アカウント残高、契約コード、またはストレージ エントリをチェックします。

4. トライのごく一部しか利用できない場合でも、暗号化リンクにより、履歴データが変更されるとルートが無効になることが保証され、不正行為が即座に検出可能になります。

持続性と効率性の課題

1. 新しいアカウントや状態が変化するたびに状態トライが増加し、ノード全体のストレージ需要が増加します。トランザクション ログとは異なり、新しいブロックを処理するために状態にすぐにアクセスできる状態を維持する必要があります。

2. サイズとパフォーマンスを管理するために、イーサリアムはプルーニング戦略とキャッシュ メカニズムを採用しています。ただし、状態全体は、すべてのブロックにわたる履歴状態を保存するアーカイブ ノードによって維持される必要があります。

3.国家の肥大化は依然として重大な懸念であり、データクリーンアップを奨励するために国家賃貸料と一時的なストレージモデルに関する議論を促しています。

4. 最適化の取り組みにも関わらず、状態更新中のトライ トラバーサルとハッシュの計算コストは​​、特にネットワーク アクティビティが活発な場合に、ブロック処理の遅延の原因となります。

イーサリアムのステートトライに関するよくある質問

ハードフォーク中に状態トライはどうなりますか?ハードフォーク中に、状態を解釈するためのルールが変更される可能性がありますが、基礎となるトライ構造はそのまま残ります。ノードはソフトウェアをアップグレードして新しいコンセンサス ルールを適用し、状態は新しいプロトコルに基づいて進化します。ルート ハッシュは引き続き正規の状態を反映し、現在は更新されたロジックによって管理されています。

2 つの異なる状態から同じトライルートが生成される可能性がありますか?いいえ。マークル パトリシア トライの特性と暗号化ハッシュの使用により、それぞれの一意の状態によって一意のルート ハッシュが生成されます。アカウント データに 1 ビットでも違いがあると、ルートが完全に異なるため、通常の操作では衝突が発生しません。

スマート コントラクトの展開は州のトライにどのような影響を及ぼしますか?コントラクトがデプロイされると、作成者のアドレスとナンスから派生した一意のアドレスを使用して新しいアカウントが作成されます。アカウント エントリは状態トライに追加され、codeHash はデプロイされたバイトコードのハッシュに設定され、storageRoot は空のトライに初期化されます。

状態トライはすべてのノードに保存されますか?はい、すべてのフル ノードは現在の状態トライのコピーを維持します。アーカイブ ノードは、過去のブロックごとにトライの履歴バージョンを保存することでさらに進化しますが、プルーニングされたノードはディスク領域を節約するために最新の状態のみを保持します。