📘账户模型与状态存储

Henry Wei
发布于 2025-05-29 12:03
阅读 274

以太坊采用状态账户模型（State-based Account Model），而非比特币的 UTXO 模型。本文将深入剖析账户的分类、数据结构、状态存储方式，以及底层 Merkle Patricia Trie 的工作原理，为理解智能合约的执行逻辑打下基础。

> 📚 作者：Henry
> 🧱 系列：《以太坊工作原理全解析》 · 第 3 篇
> 👨‍💻 受众：Web3 开发者 / 区块链学习者
> 👉 系列持续更新中，建议收藏专栏或关注作者。

## ✦ 1. 为什么以太坊不用 UTXO？

比特币使用的是 **UTXO（Unspent Transaction Output）模型**：

- 每一笔交易消耗一组输入，生成一组输出
- 状态不可变、追溯性强、适合转账
- 不支持全局变量与复杂状态逻辑

但以太坊的目标是成为**通用计算平台**，需要能够：

- 追踪变量的历史状态
- 支持链上存储的读写变更
- 维护全球共享状态

因此，以太坊选择了更像“账户账本”的**状态账户模型**（每个账户有状态，状态可变）。

---

## ✦ 2. 以太坊账户分类：EOA vs 合约账户

| 类型 | 名称 | 控制方式 | 是否含代码 | 是否可主动发交易 |
| --- | --- | --- | --- | --- |
| **EOA** | 外部账户（Externally Owned Account） | 私钥签名控制 | 否 | ✅ 可以发起交易 |
| **CA** | 合约账户（Contract Account） | 被合约逻辑调用 | 是 | ❌ 只能被动响应调用 |

每个账户都由一个 **20 字节**的地址标识，其生成方式如下

- EOA：由公钥哈希生成（`address = last20bytes(keccak256(pubkey))`）
- CA：由创建者地址和 nonce 哈希生成（`address = keccak256(rlp(sender, nonce))`）

> 📌 合约账户无法主动发交易，但可以在被调用时再发起内部调用。

---

## ✦ 3. 账户结构：以太坊状态的核心单元

每个账户在**状态树**中以键值对形式存储，包含以下核心字段：

```json
{
  "nonce": uint,       // 发起交易的计数器（防重放）
  "balance": uint,     // 当前余额（单位：wei）
  "storageRoot": hash, // 合约状态变量存储的根哈希
  "codeHash": hash     // 合约代码哈希（或空）
}
```

- 对于 EOA，`storageRoot` 与 `codeHash` 为空
- 对于CA，`storageRoot` 指向其持久化变量存储， `codeHash` 存储 runtime bytecode 的哈希

---

## ✦ 4. 存储结构类型：Merkle Patricia Trie（MPT）

以太坊采用**Merkle Patricia Trie**，一种混合结构，用于确保状态**可验证、压缩、高效查找**。

- ✅ **Merkle Tree**：通过哈希保证数据不可篡改
- ✅ **Patricia Trie**：前缀压缩，提高键值检索效率
- ✅ **RLP 编码**：节点序列化，节省存储空间

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📚 作者：Henry 🧱 系列：《以太坊工作原理全解析》 · 第 3 篇 👨‍💻 受众：Web3 开发者 / 区块链学习者 👉 系列持续更新中，建议收藏专栏或关注作者。

✦ 1. 为什么以太坊不用 UTXO？

比特币使用的是 UTXO（Unspent Transaction Output）模型：

每一笔交易消耗一组输入，生成一组输出
状态不可变、追溯性强、适合转账
不支持全局变量与复杂状态逻辑

但以太坊的目标是成为通用计算平台，需要能够：

追踪变量的历史状态
支持链上存储的读写变更
维护全球共享状态

因此，以太坊选择了更像“账户账本”的状态账户模型（每个账户有状态，状态可变）。

✦ 2. 以太坊账户分类：EOA vs 合约账户

类型	名称	控制方式	是否含代码	是否可主动发交易
EOA	外部账户（Externally Owned Account）	私钥签名控制	否	✅ 可以发起交易
CA	合约账户（Contract Account）	被合约逻辑调用	是	❌ 只能被动响应调用

每个账户都由一个 20 字节的地址标识，其生成方式如下

EOA：由公钥哈希生成（address = last20bytes(keccak256(pubkey))）
CA：由创建者地址和 nonce 哈希生成（address = keccak256(rlp(sender, nonce))）

📌 合约账户无法主动发交易，但可以在被调用时再发起内部调用。

✦ 3. 账户结构：以太坊状态的核心单元

每个账户在状态树中以键值对形式存储，包含以下核心字段：

{
  "nonce": uint,       // 发起交易的计数器（防重放）
  "balance": uint,     // 当前余额（单位：wei）
  "storageRoot": hash, // 合约状态变量存储的根哈希
  "codeHash": hash     // 合约代码哈希（或空）
}