以太坊运行原理笔记：

（参考以太坊黄皮书）

以太坊区块组成：

区块：相关信息片段（区块头）+区块内交易+其他的区块头（一些上一级区块和上上级区块，称为ommers）。

先说下ommers：当前区块的上一级区块（父区块）和当前区块上一级区块（父区块）的上上级区块（爷区块）是相同的。（有点拗口）

以太坊的出块时间大概在15-17秒，那么和比特币对比起来肯定是快了很多，这样的话整个交易处理会更快。在同一时间点，这个时候会出现同时出现两个竞争区块的情况也就会多一些，那么最终只有一个会被链接下去，其他的就称为孤区块。当然如果是完全抛弃了，那么也就没有意义了。ommers奖励矿工纳入这些区块，这些区块有效就也能获得一定的奖励。有效的判定为：ommers必须在上一级（父区块）的第6个子区块之内或更小范围内。在第6个子区块之后，之前的孤区块将不会再被引用。

奖励如下：

叔区块顾名思义是区块的父区块的兄弟区块。那么区块链只有一条主链，故叔区块不在主链上，导致叔区块的原因，由于是网络的延迟没有同步，那么一个叔区块如果引用在有效的主链上，挖出叔区块的矿工获得4.375个以太币（区块奖励的7/8）。上文说到叔区块的引用获得奖励，那么这个奖励对挖到叔区块的矿工也是有一个间隔层数的关系。具体如下：

间隔的层数获取的比例以太币17/84.37526/83.7535/83.12544/82.553/81.87562/81.25

回过头看以太坊区块头组成：

• parentHash：父区块头的Hash值，Keccak 256位hash值
• ommersHash：当前区块ommers列表的Hash值，Keccak 256位hash值
• beneficiary：挖到该区块的矿工的地址，用于接收所有交易费用，160位的接收地址
• stateRoot：所有交易执行完且区块定稿后的状态树根节点的Keccak 256位hash值（三棵树之一）
• transactionsRoot：当前区块所有交易的树的根节点的Keccak 256位hash值（三棵树之一）
• receiptsRoot：当前区块所列的所有交易收据的树的根节点的Keccak 256位hash值（三棵树之一）
• logsBloom：当前区块中所有交易收据数据中可索引信息组成的Bloom过滤器
• difficulty：当前区块难度水平的纯量值，通过前一个区块的难度水平和时间戳来计算。
• number：当前区块的计数，创世纪块的区块序号为0，后续区块序号都增加1
• gasLimit：区块的gas上限
• gasUsed： 当前区块中交易所用的总gas量
• timestamp：当前区块初始化时的unix的时间戳
• extraData：当前区块相关的任意字节数据，32字节以内
• mixHash：256位Hash值，当与nonce组合时，证明此区块已经执行了足够的计算
• nonce：64位Hash值，当与mixHash组合时，证明此区块已经执行了足够的计算

上文中提到的三棵树，简单说明：

Merkle Patricia Tree(简称MPT树，实际上是一种trie前缀树)是以太坊中的一种加密认证的数据结构，可以用来存储所有的(key，value)对。以太坊区块的头部包括一个区块头，一个交易的列表和一个uncle区块的列表。在区块头部包括了交易的hash树根，用来校验交易的列表。在p2p网络上传输的交易是一个简单的列表，它们被组装成一个叫做trie树的特殊数据结构，来计算根hash。值得注意的是，除了校验区块外，这个数据结构并不是必须的，一旦区块被验证正确，那么它在技术上是可以忽略的。但是，这意味着交易列表在本地以trie树的形式存储，发送给客户端的时候序列化成列表。客户端接收到交易列表后重新构建交易列表trie树来验证根hash。RLP(Recursive length prefix encoding,递归长度前缀编码)，用来对trie树种所有的条目进行编码.参考：http://www.cnblogs.com/fengzhiwu/p/5565559.html

针对merkle树和Trie树的特点，以太坊对其改进。

目标一：保证树的加密安全，那么每个节点的散列值引用，在levelDB中查询。在非叶节点，数据的表现形式：key代码RLP编码的SHA3散列值，value是节点RLP编码。在获取一个节点的内容，只要根据节点的散列值去访问数据库然后获得RLP编码，解码即可。

目标二：引入多节点来提高效率。Merkle Patricia Tree节点分为下面几种，

1.空节点，就理解为一个空串。

2.叶节点，键值对应为列表，key为16进制编码，value是RLP编码。

3.扩展节点，键值对应列表，value是其他节点散列值，通过这个散列值去链接到其他的节点。

4.分支节点，长度为17的列表，key还是编码为16进制编码，加上value，前16个元素对应key的16个十六进制字符，如果一个键值在这个分支终止了，那么最后的一个元素表示为一个值。分支节点既是搜索的终止也可是路径的中间点。

MPT树中是16进制的hex-prefix，HP编码，对key编码。所以每个节点可能有16个孩子，引入一种特殊的终止标识符来标识key所对应的值是真实的值，还是其他节点的hash值。

一旦终止标识打开，那么key是叶节点，对应真实的value。

终止标识关闭，那么值就是在数据块中查询对应节点的hash。

不论key是奇偶长度，HP对其编码后，一个单独的hex字符或者4bit二进制数字，称为一个nibble。

一个nibble加上key前面，对终止奇偶符编码，最低位标奇偶性，第二低位编码终止符状态，一旦key是偶数，那么加上另外一个nibble，值0来保证整体的偶性。