StateDB 与 Trie (下）

最新推荐文章于 2022-03-14 19:38:54 发布

weixin_42934313

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分类专栏：技术博客密码学

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本文深入解析以太坊中StateDB与Trie的运作机制，包括数据结构、状态更新流程、回滚机制及TrieDB的角色。重点介绍了StateObject、dirtyStorage、StateTrie与StorageTrie的概念，以及它们如何协同工作确保数据的准确性和效率。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

作者：Uni，Annchain核心开发成员。英国计算机专业海归硕士，曾担任金融机构区块链技术研究员，发表多篇技术文章。对区块链共识，P2P网络，底层存储处理等有较深入研究。现annchain核心开发人员,主要负责交易核心处理逻辑及数据存储模块。

（本文一切著作权归annchain技术团队所有，未经许可，不得转载。若需转载请联系页尾二维码。）

上次我们讲到 StateDB 和 Trie 的基本结构，这篇将重点关注两者在以太坊中是如何运用的。

整体结构

在以太坊中，数据的最上层就是上图中的StateDB。StateDB负责将数据做最初步的记录。往下一层是

Trie层，Trie负责将所有数据结构化，方便后续的存储查询回滚等操作。Trie分两种，State Trie和

Storage Trie。前者是世界状态树，记录了了所有账号的余额nonce等基本信息。后者用于记录各种合

约数据。世界状态树只有一棵，合约状态树有很多棵，因为每个合约都有棵属于自己的合约状态树。

Trie再往后就是TrieDB，TrieDB将Trie中的节点序列列化后存储在内存中。TrieDB的主要作用是做为最终

插入硬盘数据之前的缓存层。整个结构中最后一环就是最终硬盘上的数据库。

StateDB

以太坊中，StateDB的主要数据结构是StateObject。每个StateObject代表一个地址的状态。在

StateObject中主要有两个结构，data 和 dirtyStorage。data 用于存储账号的基本信息如余额

nonce等，dirtyStorage用于存储该账号地址下的合约的数据。具体实现可以参考以太坊 core/state/ 目录下的 state_object.go 文件。

状态更更新流程

1.当收到一个区块时，以太坊会根据区块内body的内容逐条执行里面的交易。在执行过程中，会确认此交易是否调用合约。

2. 如果是合约相关的交易易，则创建一个新的EVM对象并根据交易易中Data字段的执行码执行行约。

3. 执行期间所有的合约状态更改都会记录到合约的StateObject 的 dirtyStorage 中。

4. 执行完成后更新 From，To 俩地址的 StateObject 的 data 字段。主要更新 Balance 和 Nonce。

到第四步执行完，所有此交易相关的状态更改就都记录到 StateDB 中了了。之后在所有的区块交易都执行

完后，StateDB就保存了了此区块造成的所有状态更新。

执行完所有区块交易后，程序会调用 StateDB.Commit() 方法，将StateDB中的脏状态更更新到Trie上：

func (s *StateDB) Commit(deleteEmptyObjects bool) (root common.Hash, err

error) {

for 每个被更更改过的stateObject {

// 将此object中的dirtyStorage更更新到对应的StorageTrie上，并把更更新后

StorageTrie的 root 更更新到此object中data字段的root字段上。

stateObject.commitTrie()

// 将最终的object更更新到世界状态树上。

s.updateStateObject(stateObject)

}

// 这个for循环结束后，所有的trie就已经得到了了更更新。下⼀一步就是调⽤用trie.Commit()将 trie

中的节点映射到 TrieDB 上

s.trie.Commit()

}

需要注意的是，trie 更更新并不不会从0开始重新构建一个新的trie。因为trie的数据结构特点只需要将更更改

路路径上的节点更更新即可。如下图所示：

左边是原来的trie，右边是更更新后的trie。假设新的数据不不涉及节点2和节点4，那么只需要在更更节点中将

其中一个叶子节点设置成节点2即可。同时原来的trie中不被继续使用的节点不不会被删掉，⽽而是继续存在

db中，⽅方便便后续回滚操作。

通过调用 trie.Commit() 将新产生的映射到 TrieDB 的过程中，首先会将新的节点转化成cachedNode。

在我们的例子中，就是节点 1，3，5，6，7。cachedNode 存储了了节点的本体以及它的叶子节点

hash，用于最终落盘时的序列列化。此处具体可以参考以太坊 trie ⽬目录下的 database.go 文件。

StateDB.Commit() 完成后，程序会执行最后的落盘步骤，将 TrieDB 中的脏节点写入磁盘数据库中：

这⼀一步就是调用 TrieDB.Commit() ，将所有的脏节点（1，3，5，6，7）序列列化成 []byte 结构，然后用hash做为 key，[]byte 结构做为 value，存储到最终的磁盘数据中。到这一步落盘步骤完成后，整个状态数据的更新就算完成了。

回滚

data 字段保存账户的余额，Nonce等信息。同时，在后续落盘 MPT 的过程中，主要存储的内容就是经过编码序列化后的 data 字段

我们前面提到过，更更新trie结构时，旧trie中的不不需要的节点并不不会被从db中删除。所以在回滚时，我们只需要知道要回滚到的状态树的根节点，然后从磁盘数据库中以此跟节点会源头，重新加载出这个跟节点对应的整棵树就可以还原出当时的状态了。在以太坊中，这个跟节点的hash都会存在每个区块的header中，所以假设我们要回滚到区块高度为 n 的状态，那么只需要读取出区块 n 的 header 中的root hash，然后可以用这个hash为源头从数据库还原整棵树。

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