区块链学习笔记-以太坊Part1（ETH状态树、交易树、收据树、GHOST、PO

本文内容是对北京大学肖震教授主讲的《区块链技术与应用》公开课的总结。 文中图片取自肖老师公开课视频。

目录

帐户类型

基于账户的账本以太坊，明确反映账户余额

帐户类型：

External account（普通账户）外部拥有的账户，由公钥和私钥控制，包括balance和nonce

Contract account 智能合约账户，不能发起交易，内容包括代码，存储

账户地址：160bits（20字节）40个十六进制数，通过公钥哈希，取前160bits得到

ETH 状态树

帕特里夏树压缩前缀树：

与Trie树相比，Patricia树的高度有效降低，内存访问次数减少。 路径压缩适用于键值分布稀疏的情况，此时压缩效果较好。

默克尔帕特里夏树：

将 Patricia 树指针替换为哈希指针。

功能：防篡改，查询余额

以太坊使用修改后的 MPT

每出现一个新区块，全节点都必须创建一个新的MPT，但新MPT与旧MPT中的大部分节点共享。 保留历史状态而不是直接改变的原因：以太坊容易出现分叉以太坊状态树，需要保留历史状态用于回滚。 换句话说，为了支持回滚，必须保留历史状态。

ETH交易树、收据树

交易树（MPT）和收据树（MPT）的节点之间是一一对应的。

收据树可以快速查询智能合约的执行结果。

交易号和回执树只组织当前区块中的交易，而状态树需要包括系统中所有账户的状态。

每个区块之间的交易树和收据树是相互独立的。

Bloom filter，高效地发现一个元素是否在一个大的集合中。 对大集合的每个值进行哈希处理，映射成一个向量，得到大集合的摘要摘要向量。 在检查一个元素是否在里面的时候，因为可能存在哈希冲突，与另一个元素有相同的映射，所以会出现误报，即该元素可能不在里面，但认为在里面。 但是它不会出现在里面，而是检测不到。 这叫做假阳性，即可能是假阳性，但不会是假阴性。 但是简单的布隆过滤器不支持删除操作。

在以太坊中，每笔交易执行后都会形成一张收据，收据中包含一个布隆过滤器，用于记录交易的类型、地址等信息。 在发布的区块的区块头中有一个通用的布隆过滤器，它是本区块中所有交易的布隆过滤器的并集。

使用示例：如果想查找过去一段时间内与某个智能合约相关的交易，首先查看哪个区块的头部包含了该交易的布隆过滤器，如果有，则去所有交易的收据树这个块检查布隆过滤器。 好处：可以快速过滤掉大量不相关的块。

块状结构

标题结构

块结构：

以太幽灵

没有成为最长合法链的节点是叔块，仍然可以获得奖励，包含叔块的最长合法链也会额外获得1/32 * 3的奖励。一个区块最多可以包含两个叔块。 这种机制可以鼓励分叉发生后及时合并。

叔块必须与当前块有七代内的共同祖先才能成为叔块。 七代之后就不再被认可了。 叔块的奖励也逐渐降低到 2/8。 并且只有分叉所在链条的第一个区块有奖励，后面的区块没有奖励。 鼓励尽早合并临时分叉。

主链只检查叔块是否合法生成，即挖矿难度是否正常，从而确认是否是叔块，但不执行叔块中的交易，也不检查其合法性其中的交易。

ETH挖矿算法

Pow -> Pos Proof of stake 改造以太坊状态树，由于课程发布时间较晚，所以讲座内容为POW。

难度调整

难度炸弹：