TRI:以太坊 Merkle Patricia Trie 是如何工作的

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。。

以太坊合并后，期貨和現貨價格之間的溢價幾乎為零:金色財經報道，據Skew 提供的數據顯示，以太坊合并后，期貨和現貨價格之間的溢價從20美元下降到幾乎為0。加密期權交易所Deribit上市的 1 個月以太坊期貨的年化滾動折價從轉換前的17.66%收窄至 0.3%。在 Kraken、OKX和芝加哥商品交易所上市的期貨折扣也大幅收窄。三個月期期貨在包括幣安在內的主要交易所與現貨價格持平或略有溢價。

Deribit首席商務官Luuk Strijers表示，現貨和期貨之間的差價約為 20 美元，這很好地表明了 ETHPOW 的潛在價值。區塊鏈分叉是變化的結果。這種負基差（現貨溢價）現在已降至 30 美分左右。[2022/9/15 6:58:49]

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。

文昌鏈單日鏈上交易處理超過以太坊41%:金色財經報道，7月23日，金色財經獲悉，7月22日文昌鏈單日交易消息數突破168.9萬，對比以太坊當日交易數120.2萬高出41%，文昌鏈的交易消息TxMessage即相當于以太坊交易Transaction。這是文昌鏈自2022年3月開始商業化運行以來，首次單日鏈上交易處理超過了以太坊，目前離以太坊在2021年5月9日達到的歷史最高單日交易數171.7萬相差2.8萬。[2022/7/23 2:33:17]

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

BitMEX創始人：比特幣和以太坊分別在2萬美元和1000美元存在巨大拋售壓力:6月14日消息，BitMEX創始人Arthur Hayes發推稱，由于大量交易者在做空看跌期權，它們必須賣出現貨以對沖Delta，當行權價接近的時候，補齊對沖頭寸將導致大量拋壓出現。Arthur Hayes認為，一旦比特幣跌破20000美元、以太坊跌破1000美元，由于交易者的對沖，現貨市場將面臨壓力；而部分場外交易商將由于無法正確對沖而倒閉。[2022/6/14 4:25:12]

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。

以太坊站上3300美元/枚，24小時漲幅擴大至近10%:行情顯示，以太坊站上3300美元/枚，24小時漲幅擴大至近10%。[2021/10/2 17:20:40]

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。

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)。

公告 | ETC官推：ETC開發者必須在向后兼容性及以太坊奇偶校驗位之間做出權衡:以太經典（Ethereum Classic）官推剛剛轉發了一篇主題為“比較向后兼容性及以太坊奇偶校驗位（parity）”的文章并評論稱：“ETC開發者必須在向后兼容性（安全區塊鏈的基本原則）和以太坊奇偶校驗位（使生態系統的Dapp和開發者更容易在兩條鏈上工作的理想特性）之間做出權衡。”[2019/10/27]

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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