什麼是以太坊中的狀態樹以及它如何存儲帳戶數據？

了解以太坊中的狀態特里樹

1. 狀態特里樹是以太坊架構的基本組成部分，充當加密數據結構，維護任何給定區塊的所有帳戶狀態的完整記錄。與傳統數據庫不同，它使用 Merkle Patricia Trie 來組織數據，確保整個網絡的不變性和可驗證性。

2. 狀態樹中的每個節點代表一個鍵值對，其中鍵是以太坊地址的 Keccak-256 哈希，值是賬戶數據的 RLP 編碼序列化。這包括餘額、隨機數、代碼哈希（對於合約賬戶）和存儲根。

3.狀態樹的根哈希存儲在每個塊的標頭中，使得無需下載所有帳戶數據即可驗證整個狀態的完整性。對單個帳戶的任何更改都會產生新的根哈希，從而提供篡改證據。

4. 由於 trie 是確定性的且受密碼保護，輕客戶端可以向全節點請求特定帳戶狀態的證明，並僅使用塊頭獨立驗證它們。

帳戶數據的結構和存儲方式

1. 每個以太坊賬戶——無論是外部擁有的還是基於合約的——都被表示為一個四字段結構：nonce、balance、storageRoot 和 codeHash。這些字段在插入到 trie 之前使用遞歸長度前綴 (RLP) 編碼進行序列化。

2. 對於外部擁有的賬戶 (EOA)，codeHash 字段包含空數據的哈希值，因為 EOA 沒有關聯的代碼。然而，合約賬戶將其編譯的字節碼的哈希值存儲在該字段中。

3. storageRoot 指向特定於該帳戶的另一個 trie（存儲 trie）。這個輔助 trie 保存合約的內部存儲，將 256 位密鑰映射到 256 位值，從而能夠有效訪問存儲在智能合約中的變量。

4. 當交易修改帳戶時（例如轉移 ETH 或更新合約變量），trie 中的相應節點將被更新，並且從該節點到根的路徑將被重新計算，產生新的狀態根。

Merkle 證明和狀態驗證

1. 狀態特里樹最強大的功能之一是它對 Merkle 證明的支持。節點可以提供最小的兄弟節點集（證明路徑），允許驗證者確認特定帳戶是否存在並具有某些數據。

2.該機制實現了去中心化驗證，無需信任第三方，構成了去信任輕客戶端和區塊鏈探索者的基礎。

3. 在同步或驗證過程中，以太坊節點使用這些證明來檢查賬戶餘額、合約代碼或存儲條目，方法是將 trie 的分支重建到塊頭中已知的根哈希值。

4. 即使只有一小部分 trie 可用，加密鏈接也可確保歷史數據的任何更改都會使根失效，從而立即檢測到欺詐行為。

持久性和效率挑戰

1. 狀態樹隨著每個新賬戶和狀態的變化而增長，導致全節點的存儲需求不斷增加。與事務日誌不同，狀態必須保持易於訪問才能處理新塊。

2. 為了管理大小和性能，以太坊採用修剪策略和緩存機制。但是，整個狀態仍然必須由存檔節點維護，存檔節點存儲所有塊的歷史狀態。

3.狀態膨脹仍然是一個重大問題，引發了圍繞狀態租金和臨時存儲模型的討論，以激勵數據清理。

4. 儘管做出了優化努力，狀態更新期間 trie 遍歷和散列的計算成本仍會導致塊處理延遲，尤其是在網絡活動較高時。

關於以太坊狀態特里樹的常見問題

硬分叉期間狀態樹會發生什麼？在硬分叉期間，解釋狀態的規則可能會改變，但底層的 trie 結構保持不變。節點升級其軟件以執行新的共識規則，並且狀態在新協議下不斷發展。根哈希繼續反映規範狀態，現在由更新的邏輯控制。

兩個不同的狀態可以產生相同的 trie 根嗎？不會。由於 Merkle Patricia Trie 的屬性以及加密哈希的使用，每個唯一的狀態都會生成唯一的根哈希。帳戶數據中的任何差異（即使是單個位）都會導致完全不同的根，從而防止正常操作下發生衝突。

智能合約部署如何影響狀態樹？部署合約時，會創建一個新帳戶，該帳戶的唯一地址源自創建者的地址和隨機數。帳戶條目被添加到狀態特里樹中，codeHash 設置為已部署字節碼的哈希值，storageRoot 初始化為空特里樹。

狀態樹是否存儲在每個節點上？是的，所有完整節點都維護當前狀態樹的副本。存檔節點更進一步，為每個過去的塊保留 trie 的歷史版本，而修剪節點僅保留最新狀態以節省磁盤空間。