以太坊的三棵树，理解区块链数据结构的基石

2026-02-11 币界百科

在区块链技术的浩瀚森林中，以太坊以其智能合约平台的独特性和复杂性占据着核心位置，当我们深入探索以太坊的内部运作机制时，会发现一个有趣且至关重要的概念：“树”——一种高效组织和验证数据结构的核心工具，以太坊并非只有一棵“树”，而是巧妙地运用了三种不同类型的树，它们各司其职，共同构成了以太坊区块链安全、高效、可扩展的数据基石，这三种树分别是：状态树（State Tree）、交易树（Transactions Tree）和收据树（Receipts Tree），它们共同构成了以太坊每个区块header中的“默克尔帕特里夏树”（Merkle Patricia Trie, MPT）结构,是整个以太坊世界状态得以维系和验证的关键。

第一棵树：状态树（State Tree）—— 以太坊世界的“活地图”

想象一下，状态树就是以太坊整个网络的“实时世界地图”或“主账本”，它记录了在特定时间点，以太坊上所有账户的状态信息，每个账户，无论是外部拥有账户（EOA，即我们通常说的钱包地址）还是合约账户，都在这棵树上拥有一个“叶子节点”，这些节点存储了账户的核心数据,如：

nonce： 账户发起的交易数量或创建的合约数量。
余额： 账户持有的以太币数量。
storageRoot： 指向该账户合约存储内容的根哈希（指向另一棵树，即存储树）。
codeHash： 账户合约代码的哈希值（空账户除外）。

状态树是一棵默克尔帕特夏树,这意味着：

动态更新： 每当有新的交易发生并改变账户状态（如转账、调用合约函数），状态树就会相应更新，新的状态会被哈希并插入到树中,形成一个新的根哈希值。
高效验证： 任何轻量级节点（如轻客户端）无需下载整个状态数据，只需持有状态树的根哈希，并获取特定状态数据的“证明路径”（Proof of Inclusion），就能快速验证某个账户状态的真实性,极大提高了效率。
数据完整性： 任何对状态的微小篡改都会导致状态树的根哈希发生巨大变化，其他节点可以立即发现这种不一致,从而保障了整个网络状态的一致性和安全性。

可以说，状态树是以太坊世界状态的“权威记录者”，它让以太坊成为一个动态、共享的全球账本。

第二棵树：交易树（Transactions Tree）—— 区块内交易的“有序清单”

如果说状态树是结果，那么交易树就是导致这些结果的“过程记录”，每个区块都包含一批交易，这些交易被打包成一个交易列表,并构建成一棵交易树。

这棵树同样采用默克尔帕特夏树结构,其主要作用是：

交易顺序与完整性： 它确保了区块内所有交易的顺序和完整性不会被篡改,任何交易的增删或顺序改变都会导致交易树的根哈希变化。
高效查询与验证： 类似于状态树，用户或节点可以通过提供交易的默克尔证明，来验证某个交易确实被包含在特定的区块中，而无需下载整个区块的所有交易数据，这对于支付通道、轻客户端等场景至关重要。
可追溯性： 每笔交易都有其唯一的位置和哈希，通过交易树,可以方便地追溯和查询历史交易记录。

交易树是以太坊“可编程性”的直接体现，它记录了所有状态变化的“指令序列”,是驱动以太坊生态运行的动力源。

第三棵树：收据树（Receipts Tree）—— 交易执行的“回执证明”

收据树是以太坊设计中一个更为精巧的部分，它记录的是每笔交易执行后产生的“回执”（Receipt），收据不是交易本身，而是交易执行结果的证明，每笔交易执行后都会生成一个收据,包含以下关键信息：

状态： 交易是成功还是失败。
gas 使用情况： 交易消耗了多少 gas。
日志： 合约执行过程中产生的日志（Log），这是事件驱动型应用（如 DeFi 协议、预言机）的重要信息来源。
合约地址： 如果是创建合约的交易,会包含新创建的合约地址。

收据树的作用在于：

结果查询： 用户无需重新执行交易，只需查询收据树，就能了解交易的执行结果（是否成功、消耗了多少 gas、产生了哪些日志）。
事件监听与索引： 对于依赖合约事件的应用（如 The Graph 协议），收据树中的日志是索引和查询这些事件的基础,这使得去中心化应用能够高效地监听链上事件。
轻客户端支持： 轻客户端可以通过验证收据来确认交易确实被执行并产生了特定结果,而无需下载完整的交易执行数据。

收据树是以太坊“可观察性”的重要保障，它让交易不再是“黑盒”，其执行结果可以被公开、高效地验证和查询。

三树协同：以太坊安全与效率的交响曲

状态树、交易树和收据树并非孤立存在,它们在一个区块中紧密协作：