以太坊:引介 | 简要比较以太坊和比特币的数据结构

引介：以太坊为什么是第二代区块链？

2017年末，当我开始了解区块链的时候，我注意到以太坊非常受关注。我总是看到别人说：比特币是第一代区块链，而以太坊是第二代区块链。读了许多关于比特币与以太坊间对比的文章之后，我明白了“为什么”：比特币是一种使用有限脚本语言来构建去中心化支付系统的加密货币，但是以太坊不仅如此。以太坊不仅仅是一种加密货币，还是一种全球化去中心计算基础设施，能够执行智能合约与程序代码进而控制数字资产。在以太坊平台之上，开发者可以自行构建去中心化应用。我对去中心化应用开发非常感兴趣，因此我并没有花很多时间阅读以太坊黄皮书，去理解其具体构建原理。

我在Devconv期间开始阅读以太坊黄皮书的时候，我不仅明白了为什么以太坊是第二代区块链，而且被这些最终将奇妙观念化为现实的伟大思想打动。

让我们深入了解一下几个主要的部分：

数据结构

区块结构

交易

以太坊中Gas&比特币中交易费

状态&账户类型

数据结构

比特币使用了Merkel树，而以太坊使用了改良的MerkelPatricia树。如果你想更深入地了解，可以观看该视频。

插播：Medium不支持下标格式，如果你想阅读本文含有黄皮书中某些符号的版本，请查看该文档。区块

让我们来看一下以太坊区块结构。

数据：某钱包于16小时前从币安提出5万枚COMP，约合226万美元:6月29日消息，据Lookonchain报道，0x0D5开头的钱包于6月26日将300万枚USDT存入币安，并于16小时前提取了5万枚COMP（约合226万美元）。[2023/6/29 22:08:07]

-来源：解读以太坊黄皮书-区块包含：

区块头：

请注意，比特币区块头中只有1棵Merkel树，以太坊区块头中有4棵。以太坊区块头包含：

parentHash：父块区块头哈希值。

ommersHash：当前区块的叔块列表的哈希值。

beneficiary：矿工用于接收交易费的以太坊的地址。

stateRoot：在本区块及其交易执行完成后，状态树的根节点哈希值。

transactionsRoot：由区块交易列表中全部交易构成的交易树的根节点哈希值。

receiptsRoot：由交易列表中每笔交易的收据构成的收据树的根节点哈希值。每一条交易收据都存储在键值索引的收据树中，树的根节点哈希值存储在区块头中。这对生成零知识证明或是索引与搜索都非常有用。交易收据R是以下四项的元组：

Ru：交易执行后包含该交易收据的区块累计消耗gas量。

Rl：交易执行期间所产生的日志集合。

Rb：依据日志信息构建的Bloom过滤器。

Binance全仓杠杆新增ERN和STPT，逐仓杠杆新增OG:4月11日消息，Binance 全仓杠杆新增 ERN 和 STPT，逐仓杠杆新增 OG。

新全仓杠杆交易对：ERN/USDT、STPT/USDT

新逐仓杠杆交易对：OG/USDT[2023/4/11 13:56:49]

交易状态码。

logsBloom：该字段用于存储以太坊事件，可依据日志记录器地址或日志主题进行索引。

difficulty：本区块的难度水平，根据前一个区块难度水平及时间戳计算得来。

number：所有先前区块的个数，创世区块的number字段为0；

gasLimit：当前区块允许的最大gas消耗量。

gasUsed：当前区块内所有交易所消耗的gas总量。

timestamp：区块初始化时的Unix时间。

extraData：可供矿工添加任意数据的字节数组

mixHash：用于验证区块是否被正确处理的哈希值。

nonce：用于验证区块是否被正确处理的哈希值。

区块体包含：

叔区块头列表

交易序列：本区块中交易列表。

整体有效性：要确定一个区块的有效性，当且仅当其满足以下几个条件：区块的叔区块列表哈希、交易区块哈希以及给定交易内部一致打包区块的过程包括四个阶段：

币安将支持BEP20和BEP2网络升级和硬分叉，届时将暂停相关网络存提款:据官方公告，币安宣布将支持BNB SmartChain(BEP20)和BNB Beacon Chain(BEP2)的网络升级和硬分叉，BNB SmartChain Gibbs升级将发生在区块高度23.846,001处，时间预计在12月12日18:00(UTC+8)左右，币安将会在当日17:30开始暂停BNB SmartChain上存提款。

此外，BNB Beacon Chain升级将发生在区块高度284,376,000处，时间预计在12月14日15:00(UTC+8)左右，币安将会在当日14:30开始暂停BNB BeaconChain上存提款。[2022/12/9 21:33:35]

验证叔区块列表：

一个区块必须指定一个父区块，并且必须指定0个或多个叔区块

区块B中包含的叔区块必须具有以下性质：a.区块B的叔区块必须是区块B第k代祖先区块的直接子块，其中2<=k<=7。b.区块B的叔区块不能是区块B的祖先。c.叔区块的区块头必须有效，但是无需被验证也无需是有效区块。d.叔区块必须与先前区块打包的叔区块以及本区块的其他叔区块不同。

交易验证：区块头中gasUsed的数值必须与最后一笔交易打包后区块累计的gas消耗量一致。

申请奖励：如果存在叔区块，则叔区块可用于增加本区块受益人与产生叔区块的受益人的账户余额。当同一区块高度有多个有效区块时，叔区块机制有助于激励矿工维护网络正常运行。叔区块奖励划分规则：叔区块获得其基础奖励的87.5%，包含该叔区块的主链区块获得基础奖励的3.125%。不过，叔块受益人和侄块受益人都不能得到叔块中的交易手续费。

Nexo：将全力支持PoS以太坊，并对PoW分叉进行评估:8月24日消息，据官方推特，加密借贷平台Nexo发布关于以太坊合并的声明，表示将全力支持PoS以太坊。如果出现PoW分叉，Nexo将对PoW分叉进行评估，若网络健康且具有重要的用户价值，Nexo会将分叉代币发送给用户。

在以太坊合并期间，Nexo将短暂暂停ETH和ERC-20代币的充值和提现，代币交易和借贷不受影响。[2022/8/24 12:44:47]

验证状态以及区块nonce。通过检查最终状态是否与区块头中stateRoot一致即可检验。

而比特币中区块结构如下

-来源：5minuteblockchain-区块包含：

区块头：

timestamp：区块初始化时的Unix时间。

nonce：用于PoW算法的计数器。

Version：用于追踪软件或协议升级的版本号。

Previous：链上父区块哈希值。

MerkelRoot：本区块中交易所构造的Merkel树树根的哈希值。

Difficulty：产生该区块所必须的难度值，该值在挖矿过程中根据该区块前一定数量的区块产生所用时间动态调整。

区块体包含：

交易序列：本区块中包含交易的列表

交易

以太坊交易T

以太坊中包含两类交易：消息调用与合约创建。每笔交易的执行都将引起机器状态μ的变化。每笔交易包括以下字段：

福布斯：特斯拉和MicroStrategy在本轮熊市中已损失近15亿美元:6月15日消息，根据特斯拉和MicroStrategy的BTC持仓数据显示，这两家公司在本轮熊市中已损失近15亿美元，其中特斯拉持有43,200枚BTC（相当于流通中的2100万个比特币总供应量的0.206%）已损失约5亿美元；Microstrategy持有129,218枚BTC（约占流通中比特币总量的0.615%）已损失9亿美元。

MicroStrategy首席执行官Michael Saylor在社交媒体上透露，该公司有2.05亿美元的定期贷款，需要维持价值4.1亿美元的抵押品，但Micro Strategy已经预测到波动性并构建了资产负债表以便在熊市中继续HODL。（福布斯）[2022/6/15 4:29:28]

nonce：发送方先前发出的交易总数量。

gasPrice：单位gas消耗需支付给网络的以太币数量。

gasLimit：该交易执行过程中能够消耗的最大gas数量。

to：消息调用接收方地址。

value：发送方转移给消息接收方的以太币数量。

v,r,s：交易签名相关字段。

Init：不限制大小的字节数组，包含合约创建所需的EVM字节码。

data：不限制大小的字节数组，用于指定消息调用交易的输入数据。

比特币交易

-来源：gomedici-

交易头

比特币协议版本

输入数量

输出数量

区块锁定时间

一个或多个输入

先前交易的哈希值

先前交易的输出的索引号。

解锁脚本以及解锁脚本长度，用于证明该UTXO的所有权。

一个或多个输出

发送方给接收方发送的比特币数量。

锁定脚本以及锁定脚本长度。‘scriptPubKey’是一个条件公钥脚本。任何可以满足公钥脚本条件的人都可以花费该UTXO中的比特币。

以太坊的Gas&比特币的交易费

EthereumGas

由于以太坊是图灵完备的系统，为了避免计算资源被滥用，以太坊中所有编程计算操作都要收取交易费。计算就要投入成本，需要的计算资源越多则与之对应的交易费就越高。用于购买gas的以太币被转入受益者地址。如果账户余额地址不能支付gas的费用，那么该交易就被认为是无效的。在以太坊平台中，只有执行交易的过程中才涉及gas消耗。每笔交易都有一个与之关联的具体gas消耗量。gasLimit与gasPrice也在交易中指定。

gasLimit：发送方愿意支付用于交易执行的gas最大数量。gasLimit的存在，有助于解决交易陷入无限循环而无法退出的情况。在交易执行之后，如果仍有gas剩余，那么这些gas将返回给发送方。但是，如果交易因为某种原因执行失败，gas就不再退回。

gasPrice：gasPrice是指“你想支付多少以太币来购买一单位gas”。交易发送方可以任意指定gasPrice的具体数值，然而，矿工也可以自由忽略一些gasPrice不符合他们需求的交易。

比特币交易费

比特币交易费是由矿工收取的一小笔款项。比特币交易费并不是必须的，但由于矿工可以自由忽略任意交易，添加手续费则可以激励矿工将你的交易打包进区块链中。比特币交易费的数值等于交易输入减去输出所得到的差值。

状态&账户类型

比特币

比特币地址是一个ECDSA公钥，该地址的余额并不保存在比特币区块链中。如果你想要知道如何查看比特币余额，个人钱包应用通过扫描区块链数据库，计算出与某一具体地址相关的所有UTXO，进而求出该地址的比特币余额。

以太坊

以太坊区块链始终维护一个世界状态σ，其中包含了地址与账户状态的映射。

以太坊包含两种类型的账户：

由私钥控制的外部持有账户

由智能合约控制的合约账户。

账户状态σ：账户状态存储在区块链之外的改良版MerklePatriciaTrie树中。如果你想更深入的了解状态数据库中MPT树是如何存储的，请观看该视频。账户状态包含四个字段：

nonce：包含合约创建交易在内的由该地址发出的所有交易数量。

balance：该地址持有的以太币数量。

storageRoot：编码账户存储内容的MerkelPatricia树的根节点哈希。

codeHash：存储在状态数据库中EVM字节码的哈希值。与其他字段不同，该字段是不可变的。

有兴趣看看黄皮书么？！

我确信你一定非常希望通过阅读黄皮书了解更多有关以太坊的设计细节，上文所提到的比特币与以太坊的不同仅是我的个人观点。但是，如果你真的下决心去读，可以参考我的经验，因为这并不是一件容易的事情。我记得当我告诉一个朋友我要开始阅读黄皮书并写一些相关博客的时候，他跟我说：“天呐！不可能的:D。虽然很有教育意义，但是依旧是不可能的！”他是对的，我阅读以太坊黄皮书的目的是写一篇总结，就像我读完比特币白皮书一样，但是当我第一遍读完黄皮书的时候，写总结简直太难了。为了写一篇黄皮书总结，我断断续续读了4遍:D我第一遍读完黄皮书之后，我只能掌握大概50%-60%的内容，因为在阅读数学推导的时候我遇到了很大困难。但是，通过多次阅读黄皮书，我更深入地理解了以太坊的设计原理以及我先前在以太坊上开发去中心化应用时所遇到的一些Bug。总的来说，我还是非常满意的。以下是当时对我帮助很大的一些文章链接：

这是我读过的最棒的解释黄皮书的文章。

特别感谢我在devcon学者项目的同事@shaqueilla.seale，她发给我了解读以太坊黄皮书系列文章

以太坊中数据是如何存储的

对我而言，黄皮书中最难理解的部分是：

代数符号，这个答案给了我很多帮助

约定部分，这个gist给了我很多帮助

原文链接:

https://medium.com/ethereum-foundation-devcon-scholars/the-mystery-behind-ethereums-shine-76f9011deb8a

作者:EmanHerawy

翻译&校对:stormpang&阿剑

标签：以太坊GAS比特币区块链比特币以太坊是什么意思Gastream比特币忘记密码六万个区块链证据保全怎么操作的

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