解构以太坊，理解其核心格式与基石

当我们谈论以太坊时,我们不仅仅是在谈论一种加密货币，更是在谈论一个基于区块链技术的、去中心化的全球计算平台，而支撑这个平台高效、安全运行的基础，便是其独特的“格式”，这里的“格式”并非单一文件或数据结构，而是涵盖了从数据存储、交易执行到智能合约部署等一系列精心设计的规范和结构，理解以太坊的格式，是深入把握其工作原理和潜力的关键。

以太坊的“身份证”：账户格式

以太坊世界中的所有价值（以太币）和状态（智能合约数据）都存储在账户中，账户格式是整个系统交互的起点，主要分为两类：

1. 外部账户（EOA, Externally Owned Account）：

   • 格式特点：由用户通过私钥控制，没有关联的代码，其核心标识是地址（Address），地址是由公钥通过特定算法（如Keccak-256哈希后取后20字节）生成的。
   • 数据结构：在以太坊的状态树中，EOA的存储值主要包括：
     • nonce：发送交易的数量，用于防止重放攻击。
     • balance：账户持有的以太币数量，以“wei”为单位（1 ETH = 10^18 wei）。
     • storageRoot：对于EOA，这个值通常是空，因为它们不直接存储数据。
     • codeHash：EOA的代码哈希是一个固定值（空字符串的哈希），因为它们没有代码。

2. 合约账户（Contract Account）：

   

   • 格式特点：由智能合约代码控制，其地址在合约创建时确定，合约账户的执行由交易或其他合约调用触发。
   • 数据结构：在以太坊的状态树中，合约账户的存储值包括：
     • nonce：通常用于合约创建计数（虽然EOA和合约账户的nonce用途略有不同，但在状态树中结构一致）。
     • balance：合约账户也可以持有以太币。
     • storageRoot：指向一个存储树（Storage Tree）的根哈希，存储树是一个Merkle Patricia Trie，用于存储合约的状态变量（即合约自身的数据）。
     • codeHash：存储合约字节码的哈希值，合约的字节码本身存储在以太坊的代码数据库（Code Database）中，而不是直接在状态树里。

这种统一的账户格式（即使内部数据有差异）使得以太坊能够无缝处理用户发起的交易和合约间的交互。

价值的传递：交易格式

交易是在以太坊网络上执行操作的基本单元,其格式定义了交易的内容和执行方式，一个标准的以太坊交易（如以太坊1.0及后续EIP-1559改进版本）包含以下关键字段：

• nonce：发送方账户的交易序列号。
• gasPrice：发送方愿意为每单位gas支付的价格（EIP-1559中为maxFeePerGas和maxPriorityFeePerGas）。
• gasLimit：发送方愿意为该交易支付的最大gas量，用于限制交易执行的计算资源消耗。
• to：接收方账户地址，对于合约创建交易，此字段为空。
• value：发送的以太币数量（以wei为单位）。
• data：可选字段，用于传递附加数据，对于普通转账，它可能为空；对于合约调用，它包含函数选择器和参数；对于合约创建，它包含合约的初始化代码和字节码。
• v, r, s：签名分量，由发送方用私钥对交易的其他部分进行签名生成，用于验证交易发送者的身份和完整性。

交易被发送到网络后,由矿工（或验证者）收集打包进区块，并按照交易格式中定义的规则执行。

智能合约的“灵魂”：字节码格式

智能合约是以太坊的核心创新,它们以字节码（Bytecode）的形式存储在以太坊网络上，字节码是经过编译（如Solidity代码编译成EVM字节码）后的低级、机器可读的指令集。

• 格式特点：字节码是一串十六进制数，每条指令（操作码）和操作数都有特定的含义，EVM（以太坊虚拟机）负责解释和执行这些字节码。
• 结构：字节码通常包括：
  • 初始化代码（Init Code）：仅在合约创建时执行，用于部署合约的实际运行时代码，并将运行时代码的地址返回给创建者。
  • 运行时代码（Runtime Code）：合约部署后，用于响应交易调用的代码，这部分代码是合约长期存在的“灵魂”。

合约的字节码一旦部署,其哈希值就存储在合约账户的codeHash字段中，确保了合约代码的不可篡改性。

状态的基石：Merkle Patricia Trie格式

以太坊的状态（所有账户的nonce、balance、storageRoot、codeHash等）并不是简单线性存储的，而是采用了Merkle Patricia Trie（MPT）这种高效、加密安全的树形数据结构来组织。

• 格式特点：
  • Patricia Trie：一种压缩前缀树，能够高效存储和检索键值对，特别适合处理具有共同前缀的键（如以太坊地址）。
  • Merkle Tree：通过将叶子节点的哈希值组合起来，逐层向上计算父节点的哈希值，最终得到一个唯一的状态根（State Root）哈希值，任何微小的数据改动都会导致状态根的巨大变化，这保证了状态的完整性和可验证性。
• 应用：
  • 状态树（State Trie）：存储所有账户信息，键是账户地址，值是账户的序列化数据（包含nonce, balance, storageRoot, codeHash）。
  • 交易树（Transactions Trie）：存储区块中的所有交易。
  • 收据树（Receipts Trie）：存储每笔交易执行后的收据（包括日志、状态改变等）。

这种树形格式不仅高效,而且使得轻量级节点（如手机钱包）可以通过下载状态根和部分节点数据来验证交易的有效性，而无需下载整个区块链数据。

以太坊的“格式”是一个多层次、相互关联的复杂体系，从账户的统一标识，到交易的结构化指令，再到智能合约的字节码实现，以及保障状态安全高效的Merkle Patricia Trie，每一种格式都以太坊的设计哲学——去中心化、安全、高效、可扩展——为指导，正是这些精心设计的格式，构成了以太坊作为全球计算机的坚实骨架，使其能够支持从简单的价值 transfer 到复杂的去中心化应用（Dapps）的广泛生态，理解这些格式，就是理解以太坊如何将代码转化为信任，将数据转化为价值。