数据结构
1. 以太坊的数据结构概览
以太坊的核心数据结构包括：
- 区块（Block）
- 交易（Transaction）
- 账户（Account）
- 状态树（State Trie）
- 交易树（Transaction Trie）
- 收据树（Receipt Trie）
所有数据最终都被组织进一个Merkle Patricia Trie（默克尔帕特里夏树），用来保证数据的完整性和高效存储。
2. 区块（Block）
以太坊的区块结构类似于比特币，但有更丰富的内容。每个区块由以下几个核心字段组成：
| 字段 | 说明 |
|---|---|
| Parent Hash | 父区块的哈希值（链接前一个区块） |
| Ommer Hash | 叔块的哈希值（以太坊支持叔块机制） |
| State Root | 账户状态树的根哈希 |
| Transactions Root | 交易树的根哈希 |
| Receipts Root | 交易收据树的根哈希 |
| Difficulty | 计算难度（PoW 时代） |
| Number | 区块高度 |
| Gas Limit | 区块最大 Gas 限制 |
| Gas Used | 本区块已使用的 Gas 量 |
| Timestamp | 区块时间戳 |
| Nonce | PoW 时代的随机数 |
| Mix Hash | PoW 时代的计算混淆值 |
| Extra Data | 附加信息 |
| Transactions | 区块包含的交易列表 |
📌 核心特点：
- 以太坊的区块不仅存储交易，还存储状态（账户余额、合约数据）。
- 通过 Parent Hash 形成区块链，确保数据不可篡改。
3. 账户（Account）
以太坊的账户有两种：
- 外部账户（EOA）：由私钥控制，可发送交易。
- 合约账户（CA）：由智能合约代码控制，无法主动发起交易。
账户数据结构
每个账户都存储在 状态树（State Trie） 中，数据包括：
json
{
"nonce": 5,
"balance": "1000000000000000000",
"storageRoot": "0xabc123...",
"codeHash": "0xdef456..."
}1
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nonce：交易次数，防止重放攻击。balance：账户余额，以 Wei（最小单位）表示。storageRoot：合约存储的根哈希，指向一个 Merkle Patricia Trie。codeHash：合约代码的哈希值，外部账户此字段为空。
4. 交易（Transaction）
交易是以太坊网络的基本单位，每次状态变化都由交易触发。交易数据结构如下：
json
{
"nonce": 5,
"gasPrice": "20000000000",
"gasLimit": "21000",
"to": "0xabc123...",
"value": "1000000000000000000",
"input": "0x...",
"v": "27",
"r": "0x...",
"s": "0x..."
}1
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nonce：发送方账户的交易计数。gasPrice：交易执行的 Gas 单价。gasLimit：本次交易可消耗的最大 Gas。to：接收方地址（智能合约或 EOA）。value：发送的 ETH 数量（以 Wei 为单位）。input：交易附加的数据（调用智能合约时包含合约参数）。v, r, s：交易签名数据。
📌 Merkle Patricia Trie 作用：
- 所有交易存储在 交易树（Transaction Trie） 中，根哈希值存储在区块头的
transactionsRoot字段中。 - 这样可以快速验证某个交易是否属于某个区块，提高数据完整性和安全性。
5. 以太坊的状态树（State Trie）
Merkle Patricia Trie 介绍
以太坊使用 Merkle Patricia Trie（MPT，默克尔帕特里夏树）来存储状态数据，相比传统的哈希链，它的优势：
- 路径压缩：减少存储空间。
- 可验证性：可以快速校验数据完整性。
- 高效更新：树结构可以快速插入和删除数据。
状态树（State Trie）
所有账户的状态信息都存储在 状态树 中，并且其根哈希（stateRoot）存储在区块头中。
State Root
├── Account A (0xabc)
│ ├── Nonce
│ ├── Balance
│ ├── Storage Root → 指向 Storage Trie
│ ├── Code Hash
├── Account B (0xdef)
│ ├── ...1
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📌 特点：
- 账户数据存储在 Merkle Patricia Trie 结构中，保证数据一致性。
- 通过
stateRoot，可以验证特定账户是否存在于某个区块的状态中。
6. 交易树（Transaction Trie）
每个区块都包含一个 交易树（Transaction Trie），它的根哈希存储在 transactionsRoot。
Transaction Root
├── Tx Hash 1
├── Tx Hash 2
├── Tx Hash 31
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📌 特点：
- 通过 Merkle Proof，可高效验证交易是否属于某个区块。
- 轻节点（Light Clients）可以只存
transactionsRoot，无需存储所有交易数据。
7. 收据树（Receipt Trie）
每个交易执行后都会生成一条交易收据，包括：
- 交易是否成功。
- 交易消耗的 Gas。
- 交易日志（Event Log）。
这些收据存储在 收据树（Receipt Trie） 中，根哈希存储在 receiptsRoot 字段。
Receipt Root
├── Receipt 1
├── Receipt 2
├── Receipt 31
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📌 作用：
- 方便查询交易执行情况和事件日志。
- 轻客户端可通过
receiptsRoot验证交易是否成功执行。
8. 以太坊数据结构总结
| 数据结构 | 作用 |
|---|---|
| 区块 | 记录区块链历史 |
| 交易 | 触发状态变化 |
| 账户 | 存储用户 ETH 余额、合约代码等 |
| 状态树（State Trie） | 存储所有账户状态 |
| 交易树（Transaction Trie） | 存储区块的交易 |
| 收据树（Receipt Trie） | 存储交易执行结果 |
📌 Merkle Patricia Trie（MPT）是以太坊数据存储的核心，它通过哈希树结构保证数据完整性、高效性，并支持轻客户端验证数据。