Ethereum의 State Trie는 무엇이며 계정 데이터를 어떻게 저장합니까?

Ethereum의 State Trie 이해하기

1. 상태 트리는 이더리움 아키텍처의 기본 구성 요소로, 특정 블록의 모든 계정 상태에 대한 완전한 기록을 유지하는 암호화 데이터 구조로 기능합니다. 기존 데이터베이스와 달리 Merkle Patricia Trie를 사용하여 데이터를 구성하고 네트워크 전반에 걸쳐 불변성과 검증성을 보장합니다.

2. 상태 트리의 각 노드는 키-값 쌍을 나타냅니다. 여기서 키는 이더리움 주소의 Keccak-256 해시이고 값은 계정 데이터의 RLP 인코딩 직렬화입니다. 여기에는 잔액, nonce, 코드 해시(계약 계정용) 및 스토리지 루트가 포함됩니다.

3. State Trie의 루트 해시는 모든 블록의 헤더에 저장되므로 모든 계정 데이터를 다운로드하지 않고도 전체 State의 무결성을 확인할 수 있습니다. 단일 계정을 변경하면 새로운 루트 해시가 생성되어 변조 증거를 제공합니다.

4. 트리는 결정론적이며 암호학적으로 안전하기 때문에 라이트 클라이언트는 전체 노드에서 특정 계정 상태에 대한 증명을 요청하고 블록 헤더만 사용하여 독립적으로 유효성을 검사할 수 있습니다.

계정 데이터의 구조 및 저장 방법

1. 외부 소유이든 계약 기반이든 관계없이 모든 이더리움 계정은 nonce,balance,storageRoot 및 codeHash의 4개 필드 구조로 표시됩니다. 이러한 필드는 트리에 삽입되기 전에 RLP(Recursive Length Prefix) 인코딩을 사용하여 직렬화됩니다.

2. 외부 소유 계정(EOA)의 경우 EOA에는 관련 코드가 없으므로 codeHash 필드에는 빈 데이터의 해시가 포함됩니다. 그러나 컨트랙트 계정은 컴파일된 바이트코드의 해시를 이 필드에 저장합니다.

3. StorageRoot는 해당 계정과 관련된 또 다른 트리(storage trie)를 가리킵니다. 이 보조 트리는 계약의 내부 저장소를 보유하고 256비트 키를 256비트 값에 매핑하여 스마트 계약 내에 저장된 변수에 효율적으로 액세스할 수 있도록 합니다.

4. ETH 전송 또는 계약 변수 업데이트와 같이 트랜잭션이 계정을 수정하면 트리의 해당 노드가 업데이트되고 해당 노드에서 루트까지의 경로가 다시 계산되어 새로운 상태 루트가 생성됩니다.

머클 증명 및 상태 검증

1. State Trie의 가장 강력한 기능 중 하나는 Merkle 증명을 지원한다는 것입니다. 노드는 검증자가 특정 계정이 존재하고 특정 데이터가 있는지 확인할 수 있는 최소한의 형제 노드 집합(증명 경로)을 제공할 수 있습니다.

2. 이 메커니즘은 제3자를 신뢰하지 않고 분산화된 검증을 가능하게 하여 무신뢰 라이트 클라이언트와 블록체인 탐색기의 기반을 형성합니다.

3. 동기화 또는 검증 중에 Ethereum 노드는 이러한 증명을 사용하여 블록 헤더의 알려진 루트 해시까지 트리의 분기를 재구성하여 계정 잔액, 계약 코드 또는 저장소 항목을 확인합니다.

4. 트리의 작은 부분만 사용할 수 있는 경우에도 암호화 연결을 통해 기록 데이터의 변경으로 인해 루트가 무효화되어 사기 행위를 즉시 감지할 수 있습니다.

지속성 및 효율성 문제

1. 상태 트리는 새로운 계정 및 상태 변경이 있을 때마다 증가하므로 전체 노드에 대한 스토리지 수요가 증가합니다. 트랜잭션 로그와 달리 상태는 새 블록을 처리하기 위해 쉽게 액세스할 수 있어야 합니다.

2. 크기와 성능을 관리하기 위해 Ethereum은 가지치기 전략과 캐싱 메커니즘을 사용합니다. 그러나 전체 상태는 모든 블록에 걸쳐 기록 상태를 저장하는 아카이브 노드에 의해 계속 유지되어야 합니다.

3. 주정부 팽창은 여전히 ​​중요한 우려 사항으로 남아 있으며, 데이터 정리를 장려하기 위한 주정부 임대료 및 임시 저장 모델에 대한 논의를 촉발하고 있습니다.

4. 최적화 노력에도 불구하고 상태 업데이트 중 트리 순회 및 해싱의 계산 비용은 특히 네트워크 활동이 많은 동안 블록 처리 지연 시간에 영향을 미칩니다.

Ethereum의 State Trie에 대한 일반적인 질문

하드포크 중에 State Trie는 어떻게 되나요? 하드 포크 중에 상태를 해석하는 규칙이 변경될 수 있지만 기본 삼중 구조는 그대로 유지됩니다. 노드는 새로운 합의 규칙을 시행하기 위해 소프트웨어를 업그레이드하고 상태는 새로운 프로토콜에 따라 발전합니다. 루트 해시는 이제 업데이트된 논리에 따라 관리되는 정식 상태를 계속 반영합니다.

두 개의 서로 다른 상태가 동일한 트라이 루트를 생성할 수 있습니까? 아니요. Merkle Patricia Trie의 속성과 암호화 해싱 사용으로 인해 각 고유 상태는 고유한 루트 해시를 생성합니다. 계정 데이터의 차이(단일 비트라도)로 인해 완전히 다른 루트가 발생하므로 정상적인 작동 시 충돌이 방지됩니다.

스마트 계약 배포가 상태 트리에 어떤 영향을 미치나요? 컨트랙트가 배포되면 작성자의 주소와 nonce에서 파생된 고유 주소를 사용하여 새 계정이 생성됩니다. 계정 항목은 상태 트리에 추가되며, codeHash는 배포된 바이트코드의 해시로 설정되고, StorageRoot는 빈 트리로 초기화됩니다.

상태 트리가 모든 노드에 저장되어 있나요? 예, 모든 전체 노드는 현재 상태 트리의 복사본을 유지합니다. 아카이브 노드는 과거의 모든 블록에 대한 트라이의 기록 버전을 보존함으로써 더 발전하는 반면, 정리된 노드는 디스크 공간을 절약하기 위해 최신 상태만 유지합니다.