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区块链的状态爆炸困境 |硬核系列

  03

  举个例子:Bitcoin的历史和状态

  Bitcoin的状态,指的是Bitcoin账本当前的样子。

  Bitcoin的状态是由一个个UTXO(尚未花费的交易输出)构成的,每个UTXO代表了一定数量的Bitcoin,每个UTXO上面写了一个名字(scriptPubkey),记录这个UTXO的所有者是谁。如果要做一个比喻的话,Bitcoin的当前状态是一个装满了金币的袋子,每个金币上刻着所有者的名字。

  Bitcoin的历史由一连串的交易构成,交易内部的主要结构是输入和输出。交易更改状态的方法是,把当前状态中包含的一些UTXO(交易输入引用的那些)标记为已花费,从UTXO集合中移出,然后把一些新的UTXO(这个交易的输出)添加到UTXO集合里面去。

可以看出,Bitcoin交易的输出(TXO,Transaction Output)正是上面说的UTXO,UTXO只不过是一种处于特殊阶段(尚未花费)的TXO。因为构成Bitcoin状态的组件(UTXO),同时也是构成交易的组件(TXO)。  可以看出,Bitcoin交易的输出(TXO,Transaction Output)正是上面说的UTXO,UTXO只不过是一种处于特殊阶段(尚未花费)的TXO。因为构成Bitcoin状态的组件(UTXO),同时也是构成交易的组件(TXO)。

  由此,Bitcoin有一个奇妙的性质:任意时刻的状态都是历史的一个子集,历史和状态包含的数据类型是同一维度的。交易的历史(所有被打包的交易的集合,即所有产生过的TXO的集合)即状态的历史(每个区块对应的UTXO集合的集合,也是所有产生过的TXO的集合),Bitcoin的历史只包含交易。

  在Bitcoin网络中,每一个区块,每一个UTXO都要持续占用节点的存储空间。目前Bitcoin整个历史的大小(所有区块加起来的大小)大约是200G,而状态的大小只有大约3G(由大约5000万个UTXO组成)。Bitcoin通过对区块大小的限制很好的管理了历史的增长速度,由于其历史和状态之间的子集关系,状态数据大小必然远小于历史数据大小,因此状态增长也间接的受到区块大小的管理。

  04

  再举个例子:Ethereum的历史和状态

  Ethereum的状态,也叫做「世界状态」,指的是Ethereum账本当前的样子。Ethereum的状态是由账户构成的一棵Merkle树(账户是叶子),账户里面不仅记录了余额(代表一定数量的ether),还有合约的数据(例如每一只加密猫的数据)。Ethereum的状态可以看作一个大账本,账本的第一列是名字,第二列是余额,第三列是合约数据。

  Ethereum的历史同样由交易构成,交易内部的主要结构是:

  to:另一个账户,代表交易的发送对象

  value:交易携带的ether数量

  data:交易携带的任意信息

  交易更改状态的方法是,EVM找到交易发送的目标账户,

  1.根据交易的value计算目标账户的新余额;

  2.将交易携带的data作为参数传递给目标账户的智能合约,运行智能合约的逻辑,在运行中可能会修改任意账户的内部状态生成新的状态;

  3.构造新的叶子存放新的状态,更新状态Merkle树 。

可以看出,Ethereum的历史和交易结构与Bitcoin相比有非常大的不同。Ethereum的状态是由账户构成的,而交易是由触发账户变动的信息构成,状态和交易中记录的是完全不同类型的数据,二者之间没有超集和子集的关系,历史和状态所包含的数据类型是两个维度的,交易历史大小与状态大小之间没有必然的联系。  可以看出,Ethereum的历史和交易结构与Bitcoin相比有非常大的不同。Ethereum的状态是由账户构成的,而交易是由触发账户变动的信息构成,状态和交易中记录的是完全不同类型的数据,二者之间没有超集和子集的关系,历史和状态所包含的数据类型是两个维度的,交易历史大小与状态大小之间没有必然的联系。

  交易修改状态后,不仅会产生新的状态(图中实线框的叶子),而且会留下旧的状态(图中虚线框的叶子)成为历史状态,因此Ethereum的历史不仅仅包含交易,还包含历史状态。

  因为历史和状态属于不同的维度,Ethereum区块头中不仅仅包含交易的merkle root, 也需要显式包含状态的merkle root。

  Ethereum中每一个区块,每一个账户都会持续占用节点的存储空间。Ethereum节点在同步的时候有多种模式,在Archive模式下所有的历史和状态都会保存下来,其中历史包括历史交易和历史状态,所有数据加起来大小超过了2TB;在Default模式下,历史状态会被裁剪掉,本地只保留历史交易和当前状态,所有数据加起来大约是170G,其中交易历史大小是150G,当前状态大小是10G。

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