以太坊 Merkle Patricia Trie 是如何工作的_RAN

譯文出自：登鏈翻譯計劃

譯者：aisiji

校對：Tiny熊

介紹

MerklePatriciaTrie是以太坊存儲層的關鍵數據結構之一。我希望了解它到底是如何工作的，于是遍尋資料進行了深入研究，實現了這個算法。

在這篇博文里，我將分享我所學到的東西。解釋MerklePatriciaTrie究竟是如何工作的，并展示一個Merkle證明生成和驗證的demo。

算法的源代碼和本博文中使用的例子都是開源的:https://github

funcTestTransactionRootAndProof(t*testing.T){trie:=NewTrie()txs:=TransactionsJSON(t)fori,tx:=rangetxs{//keyistheencodingoftheindexastheunsignedintegertypekey,err:=rlp.EncodeToBytes(uint(i))require.NoError(t,err)transaction:=FromEthTransaction(tx)//valueistheRLPencodingofatransactionrlp,err:=transaction.GetRLP()require.NoError(t,err)trie.Put(key,rlp。//thetransactionrootforblock10467135//https://api.etherscan.io/api?module=proxy&action;=eth_getBlockByNumber&tag;=0x9fb73f&boolean;=true&apikey;=YourApiKeyTokentransactionRoot,err:=hex.DecodeString("bb345e208bda953c908027a45aa443d6cab6b8d2fd64e83ec52f1008ddeafa58")require.NoError(t,err)t.Run("merkleroothashshouldmatchwith10467135'stransactionRoot",func(t*testing.T){//transactionrootshouldmatchwithblock10467135'stransactionRootrequire.Equal(t,transactionRoot,trie.Hash()。)t.Run("amerkleproofforacertaintransactioncanbeverifiedbytheofficaltrieimplementation",func(t*testing.T){key,err:=rlp.EncodeToBytes(uint(30))require.NoError(t,err)proof,found:=trie.Prove(key)require.Equal(t,true,found)txRLP,err:=VerifyProof(transactionRoot,key,proof)require.NoError(t,err)//verifythatiftheverificationpasses,itreturnstheRLPencodedtransactionrlp,err:=FromEthTransaction(txs).GetRLP()require.NoError(t,err)require.Equal(t,rlp,txRLP。。

Coinbase Support：正在處理以太坊網絡存款延遲問題:金色財經報道，Coinbase Support表示，正在處理以太坊網絡存款延遲問題。資金是安全的。[2023/1/5 10:23:02]

上述測試案例通過了，并且表明如果我們將10467135區塊的所有193個交易加入到trie中，那么trie的哈希值與該區塊中公布的transactionRoot相同。而由我們的trie生成的索引為30的交易的merkle證明，被官方的golangtrie認為是有效的實現。

深入MerklePatriciaTrie-Trie節點

現在，讓我們來看看Trie的內部實現。

在內部，trie有4種類型的節點。空節點(EmptyNode)、葉節點(LeafNode)、分支節點(BranchNode)和擴展節點(ExtensionNode)。每個節點將被編碼并作為鍵值對存儲在鍵值存儲中。

讓我們以主網的區塊10593417為例，來說明一個TransactionTrie是如何建立的，以及它是如何存儲的。

Block10593417只有4個Roothash交易。0xab41f886be23cd786d8a69a72b0f988ea72e0b2e03970d0798f5e03763a442cc.因此，為了將4個交易存儲到一個trie，我們實際上是以十六進制字符串的形式存儲以下鍵值對。

(80,f8ab81a5852e90edd00083012bc294a3bed4e1c75d00fa6f4e5e6922db7261b5e9acd280b844a9059cbb0000000000000000000000008bda8b9823b8490e8cf220dc7b91d97da1c54e250000000000000000000000000000000000000000000000056bc75e2d6310000026a06c89b57113cf7da8aed7911310e03d49be5e40de0bd73af4c9c54726c478691ba056223f039fab98d47c71f84190cf285ce8fc7d9181d6769387e5efd0a970e2e9)(01,f8ab81a6852e90edd00083012bc294a3bed4e1c75d00fa6f4e5e6922db7261b5e9acd280b844a9059cbb0000000000000000000000008bda8b9823b8490e8cf220dc7b91d97da1c54e250000000000000000000000000000000000000000000000056bc75e2d6310000026a0d77c66153a661ecc986611dffda129e14528435ed3fd244c3afb0d434e9fd1c1a05ab202908bf6cbc9f57c595e6ef3229bce80a15cdf67487873e57cc7f5ad7c8a)(02,f86d8229f185199c82cc008252089488e9a2d38e66057e18545ce03b3ae9ce4fc360538702ce7de1537c008025a096e7a1d9683b205f697b4073a3e2f0d0ad42e708f03e899c61ed6a894a7f916aa05da238fbb96d41a4b5ec0338c86cfcb627d0aa8e556f21528e62f31c32f7e672)(03,f86f826b2585199c82cc0083015f9094e955ede0a3dbf651e2891356ecd0509c1edb8d9c8801051fdc4efdc0008025a02190f26e70a82d7f66354a13cda79b6af1aa808db768a787aeb348d425d7d0b3a06a82bd0518bc9b69dc551e20d772a1b06222edfc5d39b6973e4f4dc46ed8b196)

數據：以太坊網絡當前已銷毀193.67萬枚ETH:金色財經報道，據Ultrasound數據顯示，截止目前，以太坊網絡總共銷毀1,936,773.46 枚ETH。其中，OpenSea銷毀230,041.24枚ETH，ETHtransfers銷毀184,204.13枚ETH，UniswapV2銷毀125,442.84枚。注：自以太坊倫敦升級引入EIP-1559后，以太坊網絡會根據交易需求和區塊大小動態調整每筆交易的BaseFee，而這部分的費用將直接燃燒銷毀。[2022/3/3 13:33:47]

80是無符號整數0的RLP編碼結果的十六進制形式：RLP(uint(0))。01是RLP(uint(1))的結果，以此類推。

密鑰80的值是第一個交易的RLP編碼的結果。鍵值01是第二個交易的值，以此類推。

因此，我們將把上述4個鍵值對添加到trie中，讓我們看看添加每一個鍵值對時，trie的內部結構如何變化。

為了更直觀，我將用一些圖來解釋它的工作原理。你也可以通過在測試案例中添加日志來檢查每一步的狀態。

EmptyTrie

trie結構只包含一個根字段，指向一個根節點。而節點類型是一個接口，它可以是4種類型的節點之一。

typeTriestruct{rootNode}

當一個trie被創建時，根節點指向一個EmptyNode。

添加第一筆交易

當添加第一個交易的鍵值對時，一個葉節點(LeafNode)被創建，交易數據存儲在其中。根節點被更新以指向該葉節點(LeafNode)。

添加第二筆交易

當添加第2個交易時，根部的葉節點(LeafNode)將變成一個分支節點(BranchNode)，有兩個分支指向2個葉節點(LeafNode)。左邊的葉節點(LeafNode)持有剩余的nibbles-1，以及第2個交易的值。

以太坊研發者：無狀態客戶機是最好的提高ETH1網絡吞吐量方法:8月6日，以太坊研發者Philippe Castonguay發布推文，再次討論如何提高ETH1網絡吞吐量。他表示，最好的提高吞吐量的方案仍然是無狀態客戶機，盡管還需要進行大量的研究才能使這種方案變得可行。此前7月22日，Philippe Castonguay曾提出無狀態客戶機、減少垃圾短信的已知誘因以及捆綁交易，三種提高ETH1網絡吞吐量的方法。[2020/8/6]

而現在根節點正指向新的分支節點(BranchNode)。

添加第三筆交易

添加第3個交易將使左側的葉節點(LeafNode)變成一個分支節點(BranchNode)，與添加第2個交易的過程類似。雖然根節點沒有改變，但它的根哈希值已經改變了，因為它的0分支指向了不同的節點，有不同的哈希值。

添加第四筆交易

添加最后一個交易與添加第三個交易類似。現在我們可以驗證根哈希值是否與區塊中包含的transactionRoot相同。

獲得第三筆交易的默克爾證明

第3筆交易的Merkle證明只是通往存儲第3筆交易值的葉節點(LeafNode)的路徑。在驗證證明時，可以從根哈希值開始，解碼Node，匹配nibbles，然后重復，直到找到匹配所有剩余nibbles的Node。如果找到了，那么這個值就是與密鑰配對的那個值；如果沒有找到，那么Merkle證明就無效了。

更新trie的規則

在上面的例子中，我們已經建立了一個有3種類型節點的trie。空節點、葉節點和分支節點。然而，我們沒有機會使用擴展節點(ExtensionNode)。請找到其他使用ExtensionNode的測試案例。

分析 | 以太坊基本面數據表現不佳 相對比特幣匯率處兩年來低位:據 TokenGazer 數據分析顯示，截止至 8 月 26 日 11 時，以太坊價格為$191.9，總市值為$20,623.43M，主流交易所交易量約為$136.56M，有一定回升；以太坊對比特幣匯率處于兩年來最低位置；基本面方面，以太坊鏈上交易量、活躍地址數、鏈上DApp交易量，以及算力均有所下降；以太坊 30 天開發者指數約為 2.30；與 BTC 180 天關聯度保持穩定，目前約為0.793；以太坊 30 天 ROI 為 -15.06%；ERC20 代幣總市值約為以太坊總市值的 67.32%，有一定下降。[2019/8/26]

一般來說，該規則是：

當停在一個空節點時，用一個新的葉子節點替換它的剩余路徑。

當停在一個葉節點(LeafNode)時，將其轉換為一個ExtensionNode并添加一個新的分支和一個新的葉節點(LeafNode)。

當停在一個擴展節點時，將其轉換為另一個具有較短路徑的擴展節點，并創建一個新的分支節點指向該擴展節點。

有相當多的細節，如果你有興趣，你可以閱讀源代碼。

摘要

MerklePatriciaTrie是一個存儲鍵值對的數據結構，就像一個地圖。除此之外，它還允許我們驗證數據的完整性和鍵值對的包容性。

本翻譯由CellNetwork贊助支持。

來源：https://medium.com/@chiqing/merkle-patricia-tri-explained-ae3ac6a7e123

參考資料

登鏈翻譯計劃:https://github.com/lbc-team/Pioneer

比特大陸或推出以太坊挖礦專用ASIC芯片:據外媒Barron報道，比特大陸可能會在未來推出以太坊挖礦專用的ASIC芯片。RBC Capital分析師Mitch Steves認為，以太坊的價格從2017年初的10美元上漲到現在的接近900美元，出現專屬挖礦芯片的可能性遠高于一年前。如果比特大陸推出以太坊挖礦專用芯片，挖礦效率會遠勝GPU。[2018/2/22]

aisiji:https://learnblockchain.cn/people/3291

Tiny熊:https://learnblockchain.cn/people/15

代碼庫:https://github.com/zhangchiqing/merkle-patricia-trie

代碼庫:https://github.com/zhangchiqing/merkle-patricia-trie

主網10467135區塊:https://etherscan.io/block/10467135

transactions.json:https://github.com/zhangchiqing/merkle-patricia-trie/blob/master/transactions.json

10593417:https://etherscan.io/block/10593417

Block10593417:https://etherscan.io/block/10593417

0xab41f886be23cd786d8a69a72b0f988ea72e0b2e03970d0798f5e03763a442cc:https://api.etherscan.io/api?module=proxy&action;=eth_getBlockByNumber&tag;=0xa1a489&boolean;=true&apikey;=YourApiKeyToken

源代碼:https://github.com/zhangchiqing/merkle-patricia-trie/blob/master/trie.go#L62

CellNetwork:https://www.cellnetwork.io/?utm_souce=learnblockchain

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