Substrate 入门（3）- 具备状态的链

技术博客5个月前发布 Dexnav

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Substrate 入门（3）- 具备状态的链

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状态区块链

对于没有接触过状态区块链的开发者而言需要记住以下基础概念：

当前状态是从genesis（即第0块，初始状态）开始，通过交易或其他方式产生了状态变更，不断累计出来的。
状态并不是储存块中，而是节点自身独立维护的。
块中记录的是“状态迁移”的方式

上图所示即是一个链的状态变化的过程。

比如在创世纪区块genesis的时候，状态为A:1 B:2 而经过块1的过程后，通过交易（tx）或其他因素，将A的状态修改成了2，因此在块1下的“世界状态”就变为了A:2 B:2。块2以此类推。

因此实际上块中并不是记录当前的状态，而是节点自己本地维护了一个“世界状态”。这个状态就是存在本地的数据库中。而块中保存的时“状态迁移”，“状态迁移”就是交易（或其他因素），节点同步/执行了一个区块后，通过区块中含有的迁移状态的方式（即执行这个区块），修改自己的本地状态，从而当一个块执行完毕后，本地当前的状态即为这个块下的状态。

而对于当前状态模型的链而言，一般情况下会具备以下特性：

最新块（最高块）下的状态即为当前的状态，在这个状态下可以获取当前所有对象的状态。
块中含有对这个块下的状态的证明（即状态的统一性经过了节点间共识）
可以通过任意一个历史的区块，取到在这个区块下的状态（如当前最高块已经是2，而通过1块中的相关信息可以取到A:2而不是最高块下的A:4）

这3个条件中只有1是必须满足的，往后越达成一个条件，需要付出的代价就要更多。

牺牲第3个条件，保留状态证明与只保留最新状态是一种权衡。而第3点就不再交由链来维护，而交给第三方的附属设施维护，如中心化数据库，区块链浏览器等等。

若连第2个条件也不用，则是状态模型的另一种极端，这种极端一定情况下牺牲了共识状态安全性。这种方式带来的好处是实现上比较简单。这即是eos的模型。

MPT 实现的世界状态

由于Substrate采用了和以太坊一样的模型，因此满足上述的3个条件。在Substrate中MPT简称为trie。

对于MPT实现的原理这里不进行详细描述（编辑注：更多了解MPT 可查看详解以太坊默克尔压缩前缀树）。简单来说MPT的实现和git，IPFS中的IPLD模型等原理上都是一致的，用一句话描述就是：

使用DAG的方式，只记录每次变更后的索引（hash）。

如图所示：

例如在上文提到的状态A:1 B:2，将A，B分别看做两个key，在MPT中key就是树的路径，而1,2是key对应的值，在MPT中就是叶子节点。因此A:1 B:2 变更到A:2 B:2的这个过程中，对应到上图相当于：

从 root -> 2 -> value2 相当于记录了 A:1，从root->3->value3的过程相当于记录了B:2
从genesis到 block1 的过程中，A的状态发生了变化，从1变成了2
在MPT 中由于A的值发生了变化，因此MPT生成了一个新的叶子节点代表A的新状态，然后从叶子节点重新生成一个新的索引路径，即图中的 value2' -> 2'-> root'的过程
而在生成新路径的过程中，由于B的状态没有发生变化，因此在生成新的路径的过程中，直接索引了B的老路径（即图中的虚线）。
因此如上图所示，通过新的树根root' 索引到的A和B的值分别是A：2（即新的A的状态）与B：2（即老的B的状态）

如以上过程所示，每一个新的树跟记录的这个树根下状态的索引，因此每一个树跟即是每一个状态的DAG的起点，通过这个起点，可以获取到所有的状态。

每个区块都会含有状态变更，而每次变更即是通过以上类似过程生成一个新的树根，这个根root在以太坊及Substrate中被称为状态根 state_root，放入每一个区块的区块头中，作为当前这个区块进行共识的状态证明。而通过以上方式也可以看出，只要从任意区块中取出状态根，那么就可以获取到这个状态根下那个时刻的所有状态的值。（对于相当同的key A，通过 root 索引出 value2，通过 root’ 索引出 value2’）

因此，MPT这种数据结构描述的世界状态，满足上述所说的3个条件。