区块链学习笔记—以太坊Part1(ETH状态树、交易树、收据树、GHOST、POW)

本文内容为北京大学肖臻老师《区块链技术与应用》公开课课堂内容总结，文中图片取自肖老师公开课视频。

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账户类型

Account-based ledger 以太坊，显式的体现账户余额

账户类型：

1. 外部账户（普通账户）externally owned account，由公私钥控制，内容包括余额balance和nonce

2. 合约账户 smart contract account，不能主动发起一个交易，内容包括code，storage

账户地址：160bits（20个bytes） 40个16进制数，由公钥取哈希，取前部160bits得到

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ETH状态树

Patricia tree 压缩前缀树：

相比于Trie树，Patricia树的高度被有效的降低，访问内存的次数减少。路径压缩适用于键值分布稀疏的情况，此时压缩效果好。

Merkle Patricia Tree：

将Patricia tree的指针换为哈希指针。

功能：防篡改，查询余额

以太坊使用的是Modified MPT

全节点在每次出现一个新的区块之后，都要新建一个MPT，但新MPT与旧MPT中绝大多数节点都是共享的。保留历史状态，而不是直接更改的原因：以太坊中容易出现分叉，因此需要保留历史状态进行回滚。换言之，为支持回滚，必须保留历史状态。

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ETH交易树、收据树

交易树（MPT）、收据树（MPT），其节点是一一对应的。
收据树可以快速查询智能合约执行结果。
交易数和收据树只把当前区块中的交易组织起来、而状态树需要把系统中所有账户的状态都要包含进去。
每个区块间的交易树、收据树，都是相互独立的。

Bloom filter，高效的查找某个元素是否在一个大集合里面。对大集合的每个值取哈希，映射到一个向量中，得到大集合的digest摘要向量。查看某个元素是否在里面时，因为可能存在哈希碰撞，和另一个元素的映射相同，因此会出现误报，即元素可能不在里面，但是以为在里面。但是不会出现在里面，但检测不出来的情况。这称为false positive，即可能误报，但不会漏报。但是简单的Bloom filter不支持删除操作。

以太坊中，每个交易执行结束后会形成一个收据，收据中包含一个bloom filter，记录交易的类型、地址等信息。发布的区块的块头里有一个总的bloom filter，是本区块内所有交易的bloom filter的并集。

使用举例：若要查找过去一段时间与某智能合约相关的交易，先查哪个区块的header中bloom filter含有此交易，若含有，则去此区块内的所有交易的收据树中查bloom filter。好处：可以快速过滤掉大量无关的区块。

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区块结构

Header结构

区块结构：

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ETH GHOST

没成为最长合法链的节点为叔父区块，仍能获得奖励，最长合法链中包含叔父区块也会获得额外奖励1/32 * 3。一个区块最多可以包括两个叔父区块。此机制可以激励出现分叉后及时合并。

叔父区块必须在七代以内与当前区块有共同祖先，才能成为叔父区块。超过七代就再不认可。叔父区块的奖励也逐渐减少至2/8。并且只给分叉所在链的第一个区块有奖励，后面的区块没有奖励。鼓励尽早合并临时性分叉。

主链仅检查叔父区块是否是合法产生的，即挖矿难度是否正常，以此确认是否是叔父区块，但是不执行叔父区块里面的交易，也不检查里面交易的合法性。

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ETH 挖矿算法

Pow -> Pos Proof of stake转变，因课程发布时间较晚，所以讲授的内容是POW。

难度调整

难度炸弹：