以太坊 Merkle Patricia Trie 是如何工作的_TRI:MATRIX幣

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。。

瑞士銀行SEBA推出以太坊質押服務:金色財經消息，在以太坊網絡合并之前，瑞士加密貨幣平臺SEBA銀行，已經為大客戶提供以太坊質押服務。該銀行在一份聲明中說，允許其用戶按月對其持有的以太坊產生獎勵。據悉，合并后將可設置不同的鎖定期。而在以太坊“上海升級”之前，無法從以太坊的信標鏈中提取任何質押的以太坊。

該銀行技術和客戶解決方案負責人Mathias Schutz在聲明中表示：“我們推出以太坊質押服務將使機構投資者能夠在保障網絡的未來方面發揮關鍵作用。”（Blockworks）[2022/9/7 13:14:07]

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。

數據：以太坊非零地址數量突破5620萬個，創歷史新高:Glassnode數據顯示，以太坊非零地址數量創下歷史新高，達到了56,215,680個。[2021/3/29 19:24:43]

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

以太坊市值超過通用汽車和CME:以太坊價格今年以來已經上漲了322%，其670億美元的市值已經超過了通用汽車（GM）和芝加哥商品交易所集團（CME）。盡管有如此出色的表現，ETH仍比其2018年的歷史高點1431美元低了近59%。（Cointelegraph）[2020/12/2 22:49:30]

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。

而現在根節點正指向新的分支節點(BranchNode)。

外媒：以太坊成為比特幣最大的第二層網絡:U.today刊文稱，錨定比特幣的以太坊ERC20代幣WBTC目前已經超過了閃電網絡(LN)的容量，從而成為比特幣最大的第二層網絡。WBTC現在擁有價值1120萬美元的BTC，而閃電網絡只擁有810萬美元。[2020/5/12]

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。

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)。

首款以太坊擴大規模項目的產品版本推出:Loom Network今天發布了一款開發者工具包，可以在以太坊網絡上部署可擴大規模的以太坊應用程序，這款軟件已經超越了Raiden Network和Plasma等團隊目前作出的努力。Loom Network的平臺使用所謂的“dappchains”，該技術可以被認為是迷你區塊鏈。當開發人員創建一個新程序時，Loom Network將創建一個新的區塊鏈，即一種專門為應用程序制作的“側鏈”，然后連接到以太坊區塊鏈。Loom Network的側鏈的不同之處在于其專門被用于擴大規模，從以太坊主網提升容量。[2018/3/16]

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

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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