使用覆蓋層改變以太坊狀態樹的格式_加密貨幣

編者按：本文來自以太坊愛好者，作者：GuillaumeBallet，翻譯&校對：裴奇&阿劍，Odaily星球日報經授權轉載。賬戶和合約存儲數據的方式是影響以太坊的眾多問題之一。以太坊協議選用了MerklePatriciaTree來組織賬戶及合約數據。盡管這種數據結構在理論上效果很好，但在實際應用中，它帶來的問題卻比它能夠解決的問題多。核心開發者們已經討論多年，想要把這種數據結構換為二叉樹，我將在這篇文章中闡述我對這個問題的看法以及如何實現這種轉變。我所提議的處理方法包括一段時間的過渡期，在這段時間內，網絡要同時維護兩種樹結構。這樣做的好處是，轉換樹結構的過程不會影響鏈的運行，并且可以確保所有的賬戶都被轉換成了二進制格式。背景

目前，以太坊的狀態樹是十六叉制的。十六叉制表示每個節點有16個孩子節點。理論上講，這種方式挺好的，因為孩子節點多意味著只需要更少的“層”便可存儲所有數據。例如，下圖是用十六叉樹表示的鍵值對(170,v)。十六進制中，170記作0xaa，因此你只需要兩層：第一層記錄第一個a，第二層記錄第二個a。

ApeCoin配對質押機制將使用戶在出售NFT后損失質押的代幣:金色財經報道，12月5日上線的ApeCoin質押系統支持用戶直接質押ApeCoin代幣，或將代幣與Bored Ape或Mutant Ape NFT配對質押。當配對質押時，只有代幣被鎖定在智能合約中，NFT仍然可以在OpenSea或任何其他市場上出售。當NFT售出時，持有者將失去質押的ApeCoin給NFT的買家，因為配對的NFT充當訪問密鑰。

PeckShield已報道了兩起該漏洞的受害者，一交易員使用來自dydx的82ETH（103000美元）快速貸款購買了BAYC#6762并認領了質押的6400枚APE（26240美元），然后交易員以88ETH的價格出售了NFT和ApeCoin，獲利6ETH。另一名交易員通過購買BAYC#1633獲利了近8個ETH。[2022/12/7 21:27:33]

彭博社：Robinhood數字錢包擬支持直接使用加密貨幣存款和取款:金色財經報道，此前有消息稱零售交易平臺 Robinhood 正在測試一款數字錢包功能，旨在讓用戶能夠發送和接收比特幣 (BTC) 等加密資產。不過彭博社9月21日最新報道稱，根據Robinhood流出的iOS應用程序錢包功能測試版截圖顯示，其中已經加入了加密貨幣提款界面，但其他細節仍然很少。現階段，Robinhood 用戶只能用美元購買加密貨幣并在平臺上交易數字資產，因為該應用程序不支持直接使用加密貨幣存款和取款，但隨著其平臺交易用戶（尤其是狗狗幣用戶）的數字貨幣存取款需求逐漸增加，近期這一呼聲越來越高。[2021/9/21 23:40:37]

-圖1.十六叉樹的例子，展示了值v是如何在在對應鍵0xaa處是存儲的。這棵樹的鍵長度只有2個字節，只有沿著0xaa的子樹被表現出來了。為了簡潔，不相關的子樹替換為“...”-可以看出，上圖的樹很矮，而且很寬。給定相同的鍵值對，下圖展示了二叉樹存儲的情形。170在二叉樹中被表示為10101010。

紐約州議員提出法案以研究在加密挖礦中使用可再生能源:金色財經報道，紐約州參議員Kevin Parker近日提出了參議院法案S6584。該法案呼吁紐約州的能源部門“進行一項研究，關于使用可再生能源為加密貨幣挖礦設施供電。”該法案指出，加密貨幣挖礦中心是紐約州的一個新興產業，由于工作量證明區塊鏈（如比特幣）的能源需求以及公眾對網絡碳足跡的認識，這一趨勢已引起爭議。上周，該議員推出了配套的立法，要求暫停該州的加密貨幣挖礦，直到可以評估其環境影響為止。該法案目前正在等待環境保護委員會的審查，而S6584法案正在被能源和電信委員會審議。[2021/5/10 21:45:47]

歷史上的今天丨委內瑞拉總統馬杜羅呼吁南美十國使用“石油幣”:1.2018年1月14日，在玻利瓦爾美洲人民聯盟民族商業協議大會(Alba – TCP) 上，委內瑞拉總統馬杜羅總統要求南美十國一起使用數字貨幣，并且希望“石油幣”能夠成為該地區的一體化貨幣。

2.2018年1月14日，印度尼西亞央行日前發出警告稱，不要購買、銷售和交易加密貨幣。印度尼西亞央行認為加密貨幣不是有效的支付工具，并且禁止其在印度尼西亞境內作為支付手段。

3.2018年1月14日，巴西證券交易委員會宣布，禁止本地投資基金直接投資數字貨幣，因為數字貨幣“不是金融資產”。[2019/1/14]

-圖2.與圖1相同的鍵值對，存儲在二叉樹中。為了簡潔，不相關的子樹被表示為“...”-從圖中可見，二叉樹要深得多，也窄得多。以太坊中，每個區塊包含一個stateRoot字段，這是該塊處理完成后表示以太坊全局狀態的MPT的樹根哈希值。總的來說，這個哈希值是對根節點的16個孩子節點的哈希值所組成的列表作哈希運算得到的。這些孩子節點的哈希值又是孩子的16個孩子節點的哈希值所組成的列表做哈希運算得到的，以此類推。每次打包交易生成新區塊時，礦工都會更新賬戶樹，重新計算根哈希。根哈希存儲在新區塊的stateRoot字段，然后新區塊被共識。

聲音 | BM：非關鍵節點可以使用WAVM編譯器:據IMEOS報道，電報群討論節點編譯合同WAVM會更快，但是如果合同變化大的話編譯時間就成問題，反之Binaryen會更穩定。BM回應稱，只有非關鍵節點才能使用WAVM編譯。[2018/7/19]

-圖3.區塊頭中的狀態根字段，指向十六叉樹的樹根-問題在于：如果要對所有節點做哈希，重新計算根哈希的時間就太長了，因此，為了計算根節點的哈希，礦工將從數據庫中檢索同層節點的兄弟哈希值。雖然后者花費的時間沒有前者那么多，這個操作還是很耗時。因為每個哈希都必須從數據庫中取出。在十六叉樹中，通常每一層你都需要取出15個兄弟哈希值。在上面那個我構造的例子中，就需要30個哈希值。盡管二叉樹層次更深一點，但在每一層只需要一個兄弟哈希值。在上述例子中，僅僅需要8個哈希值！這就是為什么在實際中二叉樹更優。覆蓋層轉變方法

不幸的是，轉換為二叉樹并不簡單。需要轉換的數據太多了，執行轉換花費的時間將多于15秒的區塊生成時間。除此以外，設想你要翻譯一本5000頁的書，作者還在不停地告訴你他們對故事做了些修改，并且這些修改會影響你已經翻譯過的頁……那這個過程就沒完沒了。轉換狀態樹的格式也是一樣的問題：可能你剛完成某個地址的格式轉換，用戶就使用了該地址，那你又得從頭轉換一遍。解決這個問題的辦法是增加一個過渡期，過渡期間，在十六叉樹基層上建立一棵覆蓋樹。這棵覆蓋樹是二叉樹格式的，它的作用是保存狀態上發生的所有變化，直到基層十六叉樹完全轉換為二叉樹。轉換分為3步進行。第1步——轉換

在這種方法下，區塊高度為H1時肯定會有兩個狀態根：一個是“基層”十六叉樹狀態根，一個是“覆蓋層”二叉樹狀態根。

-圖4.轉換過程中，區塊擁有兩個狀態根：一個是傳統十六叉樹的只讀根，一個是覆蓋二叉樹的可讀寫根-十六叉樹被設置為只讀，因此對狀態的任何更新都將在覆蓋樹上進行。當一筆交易讀取或者更新一個賬戶時，系統首先會搜索覆蓋樹。如果在覆蓋樹中找不到賬戶，接著將會在舊的十六叉樹中搜索值。與此同時，十六叉樹在后臺進行轉換。此時不需要擔心值插入的問題，因為所有的改變都會存儲在上層的覆蓋樹中。

第2步——基層樹切換

當后臺轉換過程完成，礦工對外宣告，他們已經準備好用轉換結果來替換只讀的十六進制基層樹根。對狀態的讀寫與步驟1階段是一樣的。

-圖5.轉換的第二個階段，礦工在區塊頭使用轉換所得二叉樹的樹根替換十六叉樹根，向網絡示意他們已經準備好了-當足夠多的一系列區塊對轉換所得的二叉基層樹根給出了相同的值，意味著大多數礦工都完成了轉換，并且認可轉換后的樹。合并過程則開始。第3步——合并兩棵樹

合并過程不斷推進：每產生一個新的區塊，就從覆蓋樹上刪除n個鍵，把它們重新插入二叉基層樹。此過程一直持續，直到所有的鍵都從覆蓋樹上移除。到達這步時，區塊頭就不再保留覆蓋狀態樹的樹根。整個步驟的核心只有一個：如果交易執行時要寫的鍵存在于覆蓋樹上，這個鍵就會從覆蓋樹上刪除，寫操作直接在二叉基層樹上進行。下一步

為了估計完成轉換所需要的時間，我已經做了一個低轉換率的原型系統。我們確信，整個過程花費的時間不會太離譜，也就是說幾天時間就夠了。我們會隨著算法的改進而公布更多細節。致謝此提議得益于AlexeyAkhunov、VitalikButerin、AnnaGeorge、SinaMahmoodi、TomaszStanczak以及MartinH.Swende的寶貴意見。

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