使用覆蓋層改變以太坊狀態樹的格式_加密貨幣

編者按：本文來自以太坊愛好者，作者：GuillaumeBallet，翻譯&校對：裴奇&阿劍，Odaily星球日報經授權轉載。賬戶和合約存儲數據的方式是影響以太坊的眾多問題之一。以太坊協議選用了MerklePatriciaTree來組織賬戶及合約數據。盡管這種數據結構在理論上效果很好，但在實際應用中，它帶來的問題卻比它能夠解決的問題多。核心開發者們已經討論多年，想要把這種數據結構換為二叉樹，我將在這篇文章中闡述我對這個問題的看法以及如何實現這種轉變。我所提議的處理方法包括一段時間的過渡期，在這段時間內，網絡要同時維護兩種樹結構。這樣做的好處是，轉換樹結構的過程不會影響鏈的運行，并且可以確保所有的賬戶都被轉換成了二進制格式。背景

目前，以太坊的狀態樹是十六叉制的。十六叉制表示每個節點有16個孩子節點。理論上講，這種方式挺好的，因為孩子節點多意味著只需要更少的“層”便可存儲所有數據。例如，下圖是用十六叉樹表示的鍵值對(170,v)。十六進制中，170記作0xaa，因此你只需要兩層：第一層記錄第一個a，第二層記錄第二個a。

法國房地產公司Apsys將允許其所有購物中心使用加密貨幣進行支付:金色財經報道，法國房地產公司Apsys與法國加密支付提供商簽署了合作協議，這表明歐洲國家可能是下一個接受加密貨幣驅動的商業的國家，Apsys將允許客戶在其所有購物中心使用加密貨幣進行支付。[2023/6/21 21:51:56]

-圖1.十六叉樹的例子，展示了值v是如何在在對應鍵0xaa處是存儲的。這棵樹的鍵長度只有2個字節，只有沿著0xaa的子樹被表現出來了。為了簡潔，不相關的子樹替換為“...”-可以看出，上圖的樹很矮，而且很寬。給定相同的鍵值對，下圖展示了二叉樹存儲的情形。170在二叉樹中被表示為10101010。

Suze Orman使用Paypal買入5千美元比特幣:個人理財大師、CNBC The Suze Orman Show電視節目主持人Suze Orman在接受NextAdvisor采訪時表示，她已經通過Paypal 購入了5千美元比特幣。據悉，這是其第一次承認直接擁有比特幣。此前，Orman曾多次談到她對加密貨幣的興趣，并在去年6月對Microstrategy股票進行了投資。Orman表示，她購買Microstrategy股票是因為她發現這比直接購買加密貨幣更簡單。此外，Orman表示，Paypal讓購買比特幣變得很容易，因為它允許用戶在不創建外部加密貨幣錢包的情況下購買加密貨幣。當然，由于美國監管，她對比特幣仍感到擔憂，并對埃隆-馬斯克等非官方人物用 \"評論 \"來推動加密貨幣市場的力量表示擔心。（Coindesk）[2021/6/24 0:03:00]

MicroStrategy首席執行官疑似使用王爾德名言回懟查理·芒格:金色財經報道，2月24日，伯克希爾·哈撒韋公司副董事長查理·芒格稱比特幣讓他想起了奧斯卡·王爾德關于獵狐的評論，即“難以啟齒的人在追趕無法食用的獵物”（the pursuit of the uneatable by the unspeakable）。MicroStrategy首席執行官Michael Saylor發推文引用了奧斯卡·王爾德的另一條名言，即“與其受人追捧，不如有永久收入。”疑似為回懟查理·芒格。據悉，奧斯卡·王爾德是愛爾蘭著名詩人和作家。[2021/2/26 17:54:13]

-圖2.與圖1相同的鍵值對，存儲在二叉樹中。為了簡潔，不相關的子樹被表示為“...”-從圖中可見，二叉樹要深得多，也窄得多。以太坊中，每個區塊包含一個stateRoot字段，這是該塊處理完成后表示以太坊全局狀態的MPT的樹根哈希值。總的來說，這個哈希值是對根節點的16個孩子節點的哈希值所組成的列表作哈希運算得到的。這些孩子節點的哈希值又是孩子的16個孩子節點的哈希值所組成的列表做哈希運算得到的，以此類推。每次打包交易生成新區塊時，礦工都會更新賬戶樹，重新計算根哈希。根哈希存儲在新區塊的stateRoot字段，然后新區塊被共識。

分析 | 全球十大食品雜貨商中將有20％在2025年使用區塊鏈:據cointelegraph報道，根據研究公司Gartner 4月30日發布的消息，到2025年，全球十大食品雜貨商中有20％將使用區塊鏈。據Gartner的說法，區塊鏈對雜貨商的主要優勢在于其提供了高度的透明度。雜貨商可以將區塊鏈作為向客戶和零售商傳達可靠信息的方式。 Gartner甚至聲稱區塊鏈“是一種促進食品供應鏈透明度和可見度的理想技術。”[2019/5/1]

-圖3.區塊頭中的狀態根字段，指向十六叉樹的樹根-問題在于：如果要對所有節點做哈希，重新計算根哈希的時間就太長了，因此，為了計算根節點的哈希，礦工將從數據庫中檢索同層節點的兄弟哈希值。雖然后者花費的時間沒有前者那么多，這個操作還是很耗時。因為每個哈希都必須從數據庫中取出。在十六叉樹中，通常每一層你都需要取出15個兄弟哈希值。在上面那個我構造的例子中，就需要30個哈希值。盡管二叉樹層次更深一點，但在每一層只需要一個兄弟哈希值。在上述例子中，僅僅需要8個哈希值！這就是為什么在實際中二叉樹更優。覆蓋層轉變方法

動態 | 湯森路透與CryptoCompare達成數據使用協議:據hedgeweek消息，湯森路透與CryptoCompare近日建立戰略合作伙伴關系。根據協議，CryptoCompare將把來自多家合規交易所的50種數字貨幣訂單和交易數據整合到Thomson Reuters金融市場分析平臺Eikon中。[2018/7/31]

不幸的是，轉換為二叉樹并不簡單。需要轉換的數據太多了，執行轉換花費的時間將多于15秒的區塊生成時間。除此以外，設想你要翻譯一本5000頁的書，作者還在不停地告訴你他們對故事做了些修改，并且這些修改會影響你已經翻譯過的頁……那這個過程就沒完沒了。轉換狀態樹的格式也是一樣的問題：可能你剛完成某個地址的格式轉換，用戶就使用了該地址，那你又得從頭轉換一遍。解決這個問題的辦法是增加一個過渡期，過渡期間，在十六叉樹基層上建立一棵覆蓋樹。這棵覆蓋樹是二叉樹格式的，它的作用是保存狀態上發生的所有變化，直到基層十六叉樹完全轉換為二叉樹。轉換分為3步進行。第1步——轉換

在這種方法下，區塊高度為H1時肯定會有兩個狀態根：一個是“基層”十六叉樹狀態根，一個是“覆蓋層”二叉樹狀態根。

-圖4.轉換過程中，區塊擁有兩個狀態根：一個是傳統十六叉樹的只讀根，一個是覆蓋二叉樹的可讀寫根-十六叉樹被設置為只讀，因此對狀態的任何更新都將在覆蓋樹上進行。當一筆交易讀取或者更新一個賬戶時，系統首先會搜索覆蓋樹。如果在覆蓋樹中找不到賬戶，接著將會在舊的十六叉樹中搜索值。與此同時，十六叉樹在后臺進行轉換。此時不需要擔心值插入的問題，因為所有的改變都會存儲在上層的覆蓋樹中。

第2步——基層樹切換

當后臺轉換過程完成，礦工對外宣告，他們已經準備好用轉換結果來替換只讀的十六進制基層樹根。對狀態的讀寫與步驟1階段是一樣的。

-圖5.轉換的第二個階段，礦工在區塊頭使用轉換所得二叉樹的樹根替換十六叉樹根，向網絡示意他們已經準備好了-當足夠多的一系列區塊對轉換所得的二叉基層樹根給出了相同的值，意味著大多數礦工都完成了轉換，并且認可轉換后的樹。合并過程則開始。第3步——合并兩棵樹

合并過程不斷推進：每產生一個新的區塊，就從覆蓋樹上刪除n個鍵，把它們重新插入二叉基層樹。此過程一直持續，直到所有的鍵都從覆蓋樹上移除。到達這步時，區塊頭就不再保留覆蓋狀態樹的樹根。整個步驟的核心只有一個：如果交易執行時要寫的鍵存在于覆蓋樹上，這個鍵就會從覆蓋樹上刪除，寫操作直接在二叉基層樹上進行。下一步

為了估計完成轉換所需要的時間，我已經做了一個低轉換率的原型系統。我們確信，整個過程花費的時間不會太離譜，也就是說幾天時間就夠了。我們會隨著算法的改進而公布更多細節。致謝此提議得益于AlexeyAkhunov、VitalikButerin、AnnaGeorge、SinaMahmoodi、TomaszStanczak以及MartinH.Swende的寶貴意見。

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