在以太坊的底層架構(gòu)中，有三種核心的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)被稱為“樹”（Tree），它們共同構(gòu)成了區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)存儲與驗證的基石，這三種樹分別是狀態(tài)樹（State Tree）、交易樹（Transactions Tree）和收據(jù)樹（Receipts Tree），它們共同確保了以太坊網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)完整性、可追溯性和狀態(tài)一致性，下面，我們將逐一解析這三棵“樹”的作用、結(jié)構(gòu)及其在以太坊生態(tài)中的核心地位。
狀態(tài)樹（State Tree）：以太坊的“全球賬本”
狀態(tài)樹是以太坊中最核心的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它記錄了整個網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的全局狀態(tài)，以太坊的“全局狀態(tài)”就像一個分布式的“大賬本”，記錄了所有賬戶（外部賬戶或合約賬戶）的實時信息，包括賬戶余額、 nonce（交易次數(shù)）、合約代碼、存儲數(shù)據(jù)等。
結(jié)構(gòu)：Merkle Patricia Trie（MPT）
狀態(tài)樹采用Merkle Patricia Trie（MPT，默克爾前綴樹）結(jié)構(gòu)，這是一種結(jié)合了Merkle樹和Patricia Trie優(yōu)化的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：
- Patricia Trie：一種壓縮前綴樹，通過共享公共前綴減少存儲空間，適合處理大規(guī)模鍵值對數(shù)據(jù)（如以太坊的賬戶地址）；
- Merkle樹：通過哈希計算將子樹根節(jié)點哈希值合并為父節(jié)點根值，最終生成一個唯一的“根哈希”（State Root），任何數(shù)據(jù)的修改都會導(dǎo)致根哈希變化，從而快速檢測數(shù)據(jù)篡改。
作用：驗證狀態(tài)一致性
狀態(tài)樹的根哈希（State Root）會被打包到每個區(qū)塊的頭部，成為區(qū)塊頭的一部分，節(jié)點通過比較本地狀態(tài)樹的根哈希與網(wǎng)絡(luò)中的最新根哈希，即可快速驗證自身狀態(tài)的完整性，當(dāng)用戶發(fā)起轉(zhuǎn)賬時，狀態(tài)樹會更新發(fā)送方和接收方的余額，生成新的根哈希，全網(wǎng)節(jié)點可通過該哈希同步最新狀態(tài)。
示例
假設(shè)以太坊上有兩個賬戶：
- 賬戶A（地址0x123…）：余額10 ETH，nonce=5；
- 賬戶B（地址0x456…）：余額20 ETH，nonce=3。
這些信息會被組織成MPT結(jié)構(gòu)，計算出一個唯一的State Root，若賬戶A向賬戶B轉(zhuǎn)賬1 ETH，狀態(tài)樹會更新賬戶A的余額（9 ETH，nonce=6）和賬戶B的余額（21 ETH，nonce=4），State Root隨之改變。
交易樹（Transactions Tree）：記錄每一筆“操作指令”
交易樹用于存儲區(qū)塊內(nèi)包含的所有交易數(shù)據(jù)，是以太坊“可追溯性”的核心保障，每個區(qū)塊中的交易都會被組織成一棵Merkle樹，生成唯一的交易根哈希（Transactions Root），并記錄在區(qū)塊頭中。
結(jié)構(gòu)：Merkle Tree
交易樹采用標準的Merkle樹結(jié)構(gòu)：
- 將區(qū)塊內(nèi)的每筆交易通過哈希函數(shù)生成唯一的交易哈希；
- 將交易哈希兩兩配對，計算子節(jié)點哈希，遞歸向上合并，最終得到交易樹的根哈希（Transactions Root）。
作用：驗證交易存在性與順序
交易樹的根哈希確保了區(qū)塊內(nèi)交易的不可篡改性和順序性：
- 存在性證明：用戶可以通過Merkle證明驗證某筆交易是否屬于某個區(qū)塊（交易所或錢包用戶可快速查詢交易是否上鏈）；
- 順序保障：交易樹的構(gòu)建順序與區(qū)塊中的交易順序一致，任何交易順序的篡改都會導(dǎo)致Transactions Root變化，從而被節(jié)點拒絕。
示例
假設(shè)一個區(qū)塊包含3筆交易：
- 交易1：A→B轉(zhuǎn)賬1 ETH；
- 交易2：C→D轉(zhuǎn)賬2 ETH；
- 交易3：E→F轉(zhuǎn)賬3 ETH。
交易樹會先將這3筆交易的哈希值作為葉子節(jié)點，通過Merkle計算生成Transactions Root，礦工打包區(qū)塊時，會將該Root寫入?yún)^(qū)塊頭，全網(wǎng)節(jié)點通過驗證Root確認交易的合法性。
收據(jù)樹（Receipts Tree）：記錄交易的“執(zhí)行結(jié)果”
收據(jù)樹存儲了每筆交易的執(zhí)行結(jié)果，即“收據(jù)”（Receipt），收據(jù)不是交易本身，而是交易被以太
結(jié)構(gòu)：Merkle Tree
收據(jù)樹同樣采用Merkle樹結(jié)構(gòu)，其葉子節(jié)點是每筆交易的收據(jù)，最終生成收據(jù)根哈希（Receipts Root），記錄在區(qū)塊頭中。
作用：輕量化查詢與事件追蹤
收據(jù)樹的核心價值在于提供輕量級的交易執(zhí)行結(jié)果查詢，無需重新執(zhí)行交易即可獲取關(guān)鍵信息：
- 交易狀態(tài)：用戶可通過收據(jù)快速判斷交易是否成功（因Gas不足導(dǎo)致的失敗）；
- 日志（Log）：合約執(zhí)行時產(chǎn)生的日志（如ERC20代幣轉(zhuǎn)賬的“Transfer”事件）會被記錄在收據(jù)中，是去中心化應(yīng)用（DApp）事件監(jiān)聽（如The Graph索引）的核心數(shù)據(jù)源；
- Gas消耗：幫助用戶和開發(fā)者分析交易成本。
示例
假設(shè)一筆交易是調(diào)用ERC20代幣合約的transfer函數(shù)：
- 交易執(zhí)行成功，消耗了21000 Gas；
- 合約生成了
Transfer事件，記錄了“from: A, to: B, value: 1 ETH”。
這些信息會被打包成收據(jù)，存入收據(jù)樹，外部應(yīng)用（如區(qū)塊瀏覽器或DApp）無需重新運行transfer函數(shù)，只需查詢收據(jù)即可獲取交易結(jié)果和事件數(shù)據(jù)。
三棵樹的關(guān)系：以太坊的“數(shù)據(jù)鐵三角”
狀態(tài)樹、交易樹和收據(jù)樹并非獨立存在，而是通過區(qū)塊頭緊密關(guān)聯(lián)，共同構(gòu)成以太坊的“數(shù)據(jù)鐵三角”：
- 每個區(qū)塊頭包含三個關(guān)鍵哈希：
State Root（狀態(tài)樹根）、Transactions Root（交易樹根）、Receipts Root（收據(jù)樹根）； - 任何一筆交易的執(zhí)行（如轉(zhuǎn)賬、合約調(diào)用）會同時影響三棵樹：
- 交易被寫入交易樹；
- 交易執(zhí)行結(jié)果（狀態(tài)變更）更新狀態(tài)樹；
- 交易收據(jù)被寫入收據(jù)樹。
這種設(shè)計確保了以太坊的數(shù)據(jù)一致性：若任何一棵樹的哈希不匹配（有人篡改歷史交易），節(jié)點即可通過比對區(qū)塊頭中的三個Root快速發(fā)現(xiàn)異常，保障網(wǎng)絡(luò)安全。
三棵樹為何重要
狀態(tài)樹、交易樹和收據(jù)樹是以太坊作為“世界計算機”的底層基礎(chǔ)設(shè)施：
- 狀態(tài)樹維護了網(wǎng)絡(luò)的全局狀態(tài)，確保所有賬戶數(shù)據(jù)的實時準確；
- 交易樹記錄了所有操作指令，保障了交易的不可篡改與可追溯；
- 收據(jù)樹提供了輕量化的執(zhí)行結(jié)果，支撐了DApp的事件交互與數(shù)據(jù)分析。
理解這三棵樹，不僅有助于掌握以太坊的技術(shù)本質(zhì)，更能為開發(fā)者構(gòu)建安全、高效的區(qū)塊鏈應(yīng)用提供底層邏輯支撐，隨著以太坊2.0的演進（如分片、Rollup），這三棵樹的結(jié)構(gòu)可能會優(yōu)化，但其“保障數(shù)據(jù)完整性、可追溯性、一致性”的核心使命將始終不變。
