以太坊源码分析—账户的管理

前言

以太坊是一个巨大的状态机，在网络中，每一个全节点都保存着以太坊状态机的全部历史，只要愿意，我们可以查询到任何时刻的状态(黄皮书中World State)，而账户状态便是其中的状态，这部分功能由主要由代码中的state包提供

基本概念

账户地址

在以太坊中，无论是外部账户还是合约账户，都以一个160bit的数组表示地址，它是由特定椭圆曲线上的一个点表示的公钥经过Keccak Hash算法截取而来

关于椭圆曲线，请点击椭圆曲线
关于账户之间的区别，请点击外部账户和合约账户的区别

账户内容

以太坊中，一个账户用Account表示

type Account struct {
    Nonce      uint64
    Balance   *big.Int
    Root       common.Hash
    CodeHash   []byte
}

各个字段的意义如下：

• Nonce：账户发起交易的次数
• Balance：账户的余额
• Root^[合约]：代表存储空间的一棵MPT树的根节点的Hash，可以简单地理解为一片存储空间，可以用它存储一些数据到区块链上，关于MPT，可以查看这篇博文。
• CodeHash^[合约]：合约代码的Hash值

注：^[合约]表示该项仅对合约账户有效

账户在区块链中的位置

所有账户以MPT树的形式组织起来，根节点的Hash值存储在区块Header的stateRoot字段

账户管理

stateDB & stateObject

在以太坊账户管理中，stateObject 表示一个账户的动态变化，结构中的关键字段如下

type stateObject struct {
    address common.Address
    data   Account
    db     *StateDB
    trie   Trie
    code  Code
    ......
}

• address 为账户的160 bits 地址
• data 为账户的信息，即前面提到的Account结构
• trie 合约账户的存储空间的缓存，我们可以从由data的Root从底层数据库中读取这棵树，但鉴于我们会经常使用，所以把它缓存起来也不是一个坏主意
• code 合约代码的缓存，作用和trie类似

stateDB 表示所有账户的动态变化，它管理stateObject，结构中的关键字段如下：

type stateDB struct {
    db    Database
    trie   Trie
    stateObjects  map[common.Address] * stateObject
    ......
}

• db 以太坊底层数据库接口，账户的信息都是从数据库中读取的
• trie 所有账户组织而成的的MPT树的实例，从它里面可以读取以太坊所有账户
• stateObjects 管理的所有需要修改的stateObject

账户操作

在执行区块中的交易时，我们可能需要修改某些账户的信息(比如增减余额，或者修改合约账户代码) ，这时我们按以下步骤进行操作

1. 从stateDB找到账户对应的stateObject，若不存在，则从trie树中，通过读取底层数据库构建新的stateObject，访问过的stateObject会缓存起来
2. 对stateObject账户进行操作，可能会涉及对余额的操作，如AddBalance()调用，也有可能对存储空间的操作，如SetState()，或者对合约代码的操作如SetCode()
3. 在区块构建完成时，计算每个账户新的MPT树的各个节点Hash，并存入数据库，完成修改。