引介 | 簡要比較以太坊和比特幣的數據結構_以太坊

引介：以太坊為什么是第二代區塊鏈？

2017年末，當我開始了解區塊鏈的時候，我注意到以太坊非常受關注。我總是看到別人說：比特幣是第一代區塊鏈，而以太坊是第二代區塊鏈。讀了許多關于比特幣與以太坊間對比的文章之后，我明白了“為什么”：比特幣是一種使用有限腳本語言來構建去中心化支付系統的加密貨幣，但是以太坊不僅如此。以太坊不僅僅是一種加密貨幣，還是一種全球化去中心計算基礎設施，能夠執行智能合約與程序代碼進而控制數字資產。在以太坊平臺之上，開發者可以自行構建去中心化應用。我對去中心化應用開發非常感興趣，因此我并沒有花很多時間閱讀以太坊黃皮書，去理解其具體構建原理。

我在Devconv期間開始閱讀以太坊黃皮書的時候，我不僅明白了為什么以太坊是第二代區塊鏈，而且被這些最終將奇妙觀念化為現實的偉大思想打動。

讓我們深入了解一下幾個主要的部分：

數據結構

區塊結構

交易

以太坊中Gas&比特幣中交易費

狀態&賬戶類型

數據結構

比特幣使用了Merkel樹，而以太坊使用了改良的MerkelPatricia樹。如果你想更深入地了解，可以觀看該視頻。

插播：

Medium不支持下標格式，如果你想閱讀本文含有黃皮書中某些符號的版本，請查看該文檔。

區塊

Doodles聯創澄清：當前Doodles持有人無法搶先體驗Doodles 2:1月25日消息，NFT項目Doodles聯合創始人poopie在社交媒體發文表示，當前Doodles持有人并不能搶先體驗Doodles 2，只能通過使用Dooplicator或者GenesisBox才可獲得搶先體驗權。

據NFTGo.io數據顯示，一個0x2B4C72開頭的匿名地址在過去24小時內通過Blur以126ETH（約合19.56萬美元）購買了83枚Dooplicator，當前Dooplicator地板價已升至1.5ETH，過去24小時漲幅達28.31%。[2023/1/25 11:29:54]

讓我們來看一下以太坊區塊結構。

-來源：

解讀以太坊黃皮書-區塊包含：

區塊頭：

請注意，比特幣區塊頭中只有1棵Merkel樹，以太坊區塊頭中有4棵。以太坊區塊頭包含：

parentHash：父塊區塊頭哈希值。

ommersHash：當前區塊的叔塊列表的哈希值。

beneficiary：礦工用于接收交易費的以太坊的地址。

stateRoot：在本區塊及其交易執行完成后，狀態樹的根節點哈希值。

transactionsRoot：由區塊交易列表中全部交易構成的交易樹的根節點哈希值。

receiptsRoot：由交易列表中每筆交易的收據構成的收據樹的根節點哈希值。每一條交易收據都存儲在鍵值索引的收據樹中，樹的根節點哈希值存儲在區塊頭中。這對生成零知識證明或是索引與搜索都非常有用。交易收據R是以下四項的元組：

FTX現任CEO：FTX崩潰源于控制權集中在缺乏經驗的人身上:金色財經報道，美國眾議院金融服務委員會公布FTX現任首席執行官John Ray準備的證詞，稱FTX崩潰似乎源于控制權集中在一小群缺乏經驗和不成熟的人身上。他還稱，FTX幾乎未能實施使用托管資產所必需的系統；FTX在沒有有效安全控制私鑰的情況下存儲某些加密資產。[2022/12/13 21:39:59]

R

u：交易執行后包含該交易收據的區塊累計消耗gas量。

R

l：交易執行期間所產生的日志集合。

R

b：依據日志信息構建的Bloom過濾器。

交易狀態碼。

logsBloom：該字段用于存儲以太坊事件，可依據日志記錄器地址或日志主題進行索引。

difficulty：本區塊的難度水平，根據前一個區塊難度水平及時間戳計算得來。

number：所有先前區塊的個數，創世區塊的number字段為0；

gasLimit：當前區塊允許的最大gas消耗量。

gasUsed：當前區塊內所有交易所消耗的gas總量。

timestamp：區塊初始化時的Unix時間。

extraData：可供礦工添加任意數據的字節數組

mixHash：用于驗證區塊是否被正確處理的哈希值。

nonce：用于驗證區塊是否被正確處理的哈希值。

區塊體包含：

叔區塊頭列表

孫宇晨個人地址被Aave屏蔽，因有人通過Tornado Cash向其發送0.1ETH:金色財經報道，孫宇晨發推稱，個人地址被Aave屏蔽，因為有人通過Tornado Cash向其隨機發送了0.1枚ETH。[2022/8/13 12:23:41]

交易序列：本區塊中交易列表。

整體有效性：要確定一個區塊的有效性，當且僅當其滿足以下幾個條件：區塊的叔區塊列表哈希、交易區塊哈希以及給定交易內部一致

打包區塊的過程包括四個階段：

驗證叔區塊列表：

一個區塊必須指定一個父區塊，并且必須指定0個或多個叔區塊

區塊B中包含的叔區塊必須具有以下性質：

a.區塊B的叔區塊必須是區塊B第k代祖先區塊的直接子塊，其中2<=k<=7。b.區塊B的叔區塊不能是區塊B的祖先。c.叔區塊的區塊頭必須有效，但是無需被驗證也無需是有效區塊。

d.叔區塊必須與先前區塊打包的叔區塊以及本區塊的其他叔區塊不同。

交易驗證：區塊頭中gasUsed的數值必須與最后一筆交易打包后區塊累計的gas消耗量一致。

申請獎勵：如果存在叔區塊，則叔區塊可用于增加本區塊受益人與產生叔區塊的受益人的賬戶余額。當同一區塊高度有多個有效區塊時，叔區塊機制有助于激勵礦工維護網絡正常運行。叔區塊獎勵劃分規則：叔區塊獲得其基礎獎勵的87.5%，包含該叔區塊的主鏈區塊獲得基礎獎勵的3.125%。不過，叔塊受益人和侄塊受益人都不能得到叔塊中的交易手續費。

驗證狀態以及區塊nonce。通過檢查最終狀態是否與區塊頭中stateRoot一致即可檢驗。

比特幣閃電網絡節點數量為17,652個:金色財經報道，1ML網站數據顯示，比特幣閃電網絡（LightningNetwork）的節點數量為17,652個，同比增長1.35%；通道數量為85,454個，同比增長1.4%；網絡容量為3,986.39BTC，同比增長6%。[2022/6/9 4:12:09]

而比特幣中區塊結構如下

-來源：5minuteblockchain-

區塊包含：

區塊頭：

timestamp：區塊初始化時的Unix時間。

nonce：用于PoW算法的計數器。

Version：用于追蹤軟件或協議升級的版本號。

Previous：鏈上父區塊哈希值。

MerkelRoot：本區塊中交易所構造的Merkel樹樹根的哈希值。

Difficulty：產生該區塊所必須的難度值，該值在挖礦過程中根據該區塊前一定數量的區塊產生所用時間動態調整。

區塊體包含：

交易序列：本區塊中包含交易的列表

交易

以太坊交易T

以太坊中包含兩類交易：消息調用與合約創建。每筆交易的執行都將引起機器狀態μ的變化。每筆交易包括以下字段：

nonce：發送方先前發出的交易總數量。

gasPrice：單位gas消耗需支付給網絡的以太幣數量。

美國5月非農就業人數增加39萬人，失業率為3.6%:6月3日消息，美國5月非農就業人數增加39萬人，預估為32.5萬人，前值為42.8萬人。美國5月失業率為3.6%，預期3.5%，前值3.6%。(財聯社)[2022/6/3 4:01:11]

gasLimit：該交易執行過程中能夠消耗的最大gas數量。

to：消息調用接收方地址。

value：發送方轉移給消息接收方的以太幣數量。

v,r,s：交易簽名相關字段。

Init：不限制大小的字節數組，包含合約創建所需的EVM字節碼。

data：不限制大小的字節數組，用于指定消息調用交易的輸入數據。

比特幣交易

-來源：gomedici-

交易頭

比特幣協議版本

輸入數量

輸出數量

區塊鎖定時間

一個或多個輸入

先前交易的哈希值

先前交易的輸出的索引號。

解鎖腳本以及解鎖腳本長度，用于證明該UTXO的所有權。

一個或多個輸出

發送方給接收方發送的比特幣數量。

鎖定腳本以及鎖定腳本長度。‘scriptPubKey’是一個條件公鑰腳本。任何可以滿足公鑰腳本條件的人都可以花費該UTXO中的比特幣。

以太坊的?Gas&比特幣的交易費

EthereumGas

由于以太坊是圖靈完備的系統，為了避免計算資源被濫用，以太坊中所有編程計算操作都要收取交易費。計算就要投入成本，需要的計算資源越多則與之對應的交易費就越高。用于購買gas的以太幣被轉入受益者地址。如果賬戶余額地址不能支付gas的費用，那么該交易就被認為是無效的。在以太坊平臺中，只有執行交易的過程中才涉及gas消耗。

每筆交易都有一個與之關聯的具體gas消耗量。gasLimit與gasPrice也在交易中指定。

gasLimit：發送方愿意支付用于交易執行的gas最大數量。gasLimit的存在，有助于解決交易陷入無限循環而無法退出的情況。在交易執行之后，如果仍有gas剩余，那么這些gas將返回給發送方。但是，如果交易因為某種原因執行失敗，gas就不再退回。

gasPrice：gasPrice是指“你想支付多少以太幣來購買一單位gas”。交易發送方可以任意指定gasPrice的具體數值，然而，礦工也可以自由忽略一些gasPrice不符合他們需求的交易。

比特幣交易費

比特幣交易費是由礦工收取的一小筆款項。比特幣交易費并不是必須的，但由于礦工可以自由忽略任意交易，添加手續費則可以激勵礦工將你的交易打包進區塊鏈中。比特幣交易費的數值等于交易輸入減去輸出所得到的差值。

狀態&賬戶類型

比特幣

比特幣地址是一個ECDSA公鑰，該地址的余額并不保存在比特幣區塊鏈中。如果你想要知道如何查看比特幣余額，個人錢包應用通過掃描區塊鏈數據庫，計算出與某一具體地址相關的所有UTXO，進而求出該地址的比特幣余額。

以太坊

以太坊區塊鏈始終維護一個世界狀態?

σ?，其中包含了地址與賬戶狀態的映射。

以太坊包含兩種類型的賬戶：

由私鑰控制的外部持有賬戶

由智能合約控制的合約賬戶。

賬戶狀態?

σ：

賬戶狀態存儲在區塊鏈之外的改良版MerklePatriciaTrie樹中。如果你想更深入的了解狀態數據庫中MPT樹是如何存儲的，請觀看該視頻。賬戶狀態包含四個字段：

nonce：包含合約創建交易在內的由該地址發出的所有交易數量。

balance：該地址持有的以太幣數量。

storageRoot：編碼賬戶存儲內容的MerkelPatricia樹的根節點哈希。

codeHash：存儲在狀態數據庫中EVM字節碼的哈希值。與其他字段不同，該字段是不可變的。

有興趣看看黃皮書么？!

我確信你一定非常希望通過閱讀黃皮書了解更多有關以太坊的設計細節，上文所提到的比特幣與以太坊的不同僅是我的個人觀點。但是，如果你真的下決心去讀，可以參考我的經驗，因為這并不是一件容易的事情。

我記得當我告訴一個朋友我要開始閱讀黃皮書并寫一些相關博客的時候，他跟我說：

“天吶！不可能的:D。雖然很有教育意義，但是依舊是不可能的！”

他是對的，我閱讀以太坊黃皮書的目的是寫一篇總結，就像我讀完比特幣白皮書一樣，但是當我第一遍讀完黃皮書的時候，寫總結簡直太難了。為了寫一篇黃皮書總結，我斷斷續續讀了4遍:D

我第一遍讀完黃皮書之后，我只能掌握大概50%-60%的內容，因為在閱讀數學推導的時候我遇到了很大困難。但是，通過多次閱讀黃皮書，我更深入地理解了以太坊的設計原理以及我先前在以太坊上開發去中心化應用時所遇到的一些Bug。總的來說，我還是非常滿意的。

以下是當時對我幫助很大的一些文章鏈接：

這是我讀過的最棒的解釋黃皮書的文章（編者注：中譯本在此《

以太坊的工作原理》）。

特別感謝我在devcon學者項目的同事@shaqueilla.seale，她發給我了解讀以太坊黃皮書系列文章

以太坊中數據是如何存儲的

對我而言，黃皮書中最難理解的部分是：

代數符號，這個答案給了我很多幫助

約定部分，這個?gist?給了我很多幫助

原文鏈接:

https://medium.com/ethereum-foundation-devcon-scholars/the-mystery-behind-ethereums-shine-76f9011deb8a

作者:?EmanHerawy

翻譯&校對:?stormpang?&阿劍

Tags：以太坊GAS比特幣區塊鏈什么是以太坊幣UGAS價格納世幣值錢還是比特幣值錢區塊鏈運用的技術中不包括哪一項項

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