深度| 以太坊的數據到底是如何存儲在以太坊網絡的？

在以太坊區塊鏈中，有很多的MPT（Merkle Patricia Tries）（代表每個區塊）：

? 狀態前綴樹
? 存儲前綴樹
? 轉賬前綴樹
? 回執前綴樹

為了得到某個特定區塊中的MPT，我們需要獲得它的跟哈希，作為參考。以下的命令可以讓我們獲得狀態，轉賬和創世區塊中回執的根哈希。

注意：如果你想得到最新區塊（而不是創世區塊）的根哈希，請使用以下命令。

安裝npm，節點，level和ethereumjs

我們會使用nodejs，level和ethereumjs 的結合來檢測leveldb數據庫。以下的命令可以幫助我們準備測試環境。

cd ~
 sudo apt-get update
 sudo apt-get upgrade
 curl -sL https://deb.nodesource.com/setup_9.x | sudo -E bash - sudo apt-get install -y nodejs
 sudo apt-get install nodejs
 npm -v
 nodejs -v
 npm install levelup leveldown rlp merkle-patricia-tree --save
 git clone https://github.com/ethereumjs/ethereumjs-vm.git
 cd ethereumjs-vm
 npm install ethereumjs-account ethereumjs-util --save

從這時候開始，運行以下代碼會得到以太坊賬戶秘鑰（會存儲在以太坊網絡的狀態根部）。代碼和以太坊leveldb數據庫連接，進入以太坊的狀態（從區塊鏈的區塊中使用stateRoot數值），并且然后可以使用秘鑰進入到以太坊網絡中的所有賬戶。

//Just importing the requirements
 var Trie = require('merkle-patricia-tree/secure');
 var levelup = require('levelup');
 var leveldown = require('leveldown');
 var RLP = require('rlp');
 var assert = require('assert');

//Connecting to the leveldb database
 var db = levelup(leveldown('/home/timothymccallum/gethDataDir/geth/chaindata'));

//Adding the "stateRoot" value from the block so that we can inspect the state root at that block height.
 var root = '0x8c77785e3e9171715dd34117b047dffe44575c32ede59bde39fbf5dc074f2976';

//Creating a trie object of the merkle-patricia-tree library
 var trie = new Trie(db, root);

//Creating a nodejs stream object so that we can access the data
 var stream = trie.createReadStream()

//Turning on the stream (because the node js stream is set to pause by default)
 stream.on('data', function (data){
 //printing out the keys of the "state trie"
 console.log(data.key);
 });

有趣地是，一旦轉賬發生了，以太坊中的賬戶只是添加到狀態樹中（和那個特定賬戶相關的）。例如，使用“geth account new”創建新的賬戶不會包含在狀態樹中包含那個賬戶；甚至在很多區塊被挖出后。但是，如果成功的轉賬（花費燃料費并且已經包含在挖礦區塊）是記錄在賬戶中，然后只有它會出現在狀態樹中。這是很聰明的邏輯，因為會保護欺詐者無法連續創建新的賬戶以及使得狀態樹堵塞。

對數據解碼

你已經注意到，查詢leveldb可以回復解碼的結果。這是由于，以太坊使用了自己特定的“修改版的MPT（Merkle Patricia Trie）”，用來和leveldb進行交互。以太坊Wiki提供了設計和部署以太坊MPT（Merkle Patricia Trie）和RLP（Recursive Length Prefix）解碼的信息。簡單地說，以太坊已經在前綴樹數據結構擴展。例如，修改版的MPT（Merkle Patricia Trie）包含一種通過“extension”節點，來創建快捷方式的方法。

在以太坊中，單個的修改版的MPT（Merkle Patricia Trie）節點是：
? 空的字節（對應NULL）
? 包含17個對象的數組（對應分支）
? 包含2個對象的數組（對應樹葉）
? 包含2個對象的數組(對應擴展)

以太坊前綴樹是通過固定的規則來設計和創建的，最好的檢測方法是使用電腦代碼。接下來的例子使用了ethereumjs。Ethereumjs很容易安裝和使用；它是完美地可以快速對接到以太坊leveldb數據庫。

下面的代碼（當提供一個特定的區塊stateRoot以及以太坊賬戶地址）會以可讀的形式返回賬戶的正確余額。

//Mozilla Public License 2.0
 //As per https://github.com/ethereumjs/ethereumjs-vm/blob/master/LICENSE
 //Requires the following packages to run as nodejs file https://gist.github.com/tpmccallum/0e58fc4ba9061a2e634b7a877e60143a

//Getting the requirements
 var Trie = require('merkle-patricia-tree/secure');
 var levelup = require('levelup');
 var leveldown = require('leveldown');
 var utils = require('ethereumjs-util');
 var BN = utils.BN;
 var Account = require('ethereumjs-account');

//Connecting to the leveldb database
 var db = levelup(leveldown('/home/timothymccallum/gethDataDir/geth/chaindata'));

//Adding the "stateRoot" value from the block so that we can inspect the state root at that block height.
 var root = '0x9369577baeb7c4e971ebe76f5d5daddba44c2aa42193248245cf686d20a73028';

//Creating a trie object of the merkle-patricia-tree library
 var trie = new Trie(db, root);

var address = '0xccc6b46fa5606826ce8c18fece6f519064e6130b';
 trie.get(address, function (err, raw) {
 if (err) return cb(err)
 //Using ethereumjs-account to create an instance of an account
 var account = new Account(raw)
 console.log('Account Address: ' + address);
 //Using ethereumjs-util to decode and present the account balance
 console.log('Balance: ' + (new BN(account.balance)).toString());
 })

結論

我們已經表現出以太坊有能力來管理狀態。這種超前的設計有很多好處。

可移動性

假設移動設備和物聯網設備是很普遍的，未來電商就取決于安全，穩定和快速的移動應用。
我們認知到了可移動性的優勢，我們也知道區塊鏈大小的逐漸增加是難以置信的。將整個區塊鏈存儲在移動設備是不可能的。

快速，并且不會損失安全性

以太坊狀態的設計以及對于修改版的MPT（Merkle Patricia Trie）的使用，提供了很多機會。以太坊前綴樹上的每個功能都使用了加密哈希。而且，前綴樹根據節點的特殊加密哈希可以用來證明前綴樹沒有被欺詐。

例如，任何對于前綴樹的修改，都會完全改變根部哈希。這個加密功能會為輕客戶端提供一個機會（那些沒有存儲整個區塊鏈的設備），從而可以快速地訪問區塊鏈。也就是說，賬戶“0x … 4857”是否有足夠的資金來完成對于區塊高度“5044866”的轉賬？

速度限制

以太坊描述了個很有趣的問題，就是存儲賬戶的概念。想象這種場景，兩個用戶都可以每天從賬戶中拿出全部余額的1%。這個觀點只在未來規劃中提到，但是它卻獲得了很多興趣，因為理論上來說，它可以作為以太坊基礎協議層的一部分（和必須要作為第二層和第三方錢包相反）。也許你想起了我們之前討論的比特幣UTXO。UTXO對于區塊鏈數據是盲目的，比特幣區塊鏈沒有存儲用戶的賬戶余額。因此，比特幣的底層協議層基本上不可能完成任何類型的每日速度限制。

消費者的信心

我們看到了關于輕客戶端的很多開發，更為特別地是，安全、穩定、快速的移動應用，可以和區塊鏈技術交互。

電子商務的區塊鏈成功部署，一定會支持速度，安全和可用性。這能夠提高消費者的信心，同時也通過聰明的設計，提供更高的可用性，安全性和性能，進而提高了主流的接受能力。