在区块链技术的宏大叙事中,以太坊以其智能合约平台的强大功能和不断演进的生态系统占据着举足轻重的地位，支撑以太坊高效、安全运行的核心机制之一，便是其巧妙设计的“树结构”，这些树结构不仅仅是数据存储的容器，更是以太坊实现状态管理、交易验证和共识协议的基石，本文将深入探讨以太坊中几种关键的树结构，揭示它们如何共同构建起这个去中心化的世界计算机。
以太坊的“数据基石”：默克尔 Patricia 树 (Merkle Patricia Trie, MPT)
以太坊树结构的核心是默克尔 Patricia 树 (MPT)，这是一种结合了默克尔树 (Merkle Tree) 和 Patricia Trie (前缀树) 优化的数据结构，主要用于存储以太坊的状态、交易和收据。
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状态树 (State Tree)：
- 作用：这是以太坊最重要的树结构，记录了整个网络中所有账户的当前状态，每个账户（无论是外部账户 EOA 还是合约账户）都由一个地址唯一标识，其在状态树中的叶子节点包含了该账户的 nonce、余额、代码存储根 (对于合约账户) 和存储根等信息。
- 结构：状态树的键是账户地址的哈希值，值是账户序列化后的数据再进行哈希的结果，通过 MPT，可以高效地查询、更新和验证任何账户的状态，当账户状态发生变化时，相关节点的哈希值会更新，并一直向上传播到根节点，从而生成新的状态根 (State Root)，状态根被打包到每个区块头中，是其完整性和一致性的关键证明。
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交易树 (Transactions Tree)：
- 作用：存储了区块中包含的所有交易信息，每笔交易按顺序被序列化后，作为叶子节点添加到交易树中。
- 结构：交易树的根哈希（交易根，Transactions Root）同样位于区块头中，这使得任何人都可以验证特定区块中包含的交易列表是否完整且未被篡改，通过提供某笔交易的默克尔证明，可以证明该交易确实存在于某个区块中。
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收据树 (Receipts Tree)：
- 作用：存储了每笔交易执行后的收据信息，收据不仅记录了交易是否成功，还包括了事件日志 (Event Logs)、消耗的 Gas 等信息，对于智能合约的交互和 DApp 开发至关重要。
- 结构：收据树的根哈希（收据根，Receipts Root）也位于区块头中，它与交易树和状态树配合，可以完整追踪交易的执行结果和影响。
MPT 的优势：
- 高效查询与更新：Patricia Trie 的前缀压缩特性使得存储空间更高效，查询和更新速度更快。
- 数据完整性证明：默克尔树的结构使得生成和验证数据的默克尔证明成为可能，轻量级节点 (Light Clients) 可以通过获取部分节点数据来验证完整数据的真实性，而无需下载整个数据库。
- 去中心化保证：每个区块头都包含了这三棵树的根哈希，确保了整个以太坊状态的历史不可篡改性。
合约内部的“微观世界”：存储树 (Storage Tree)
除了全局的状态树,每个智能合约账户内部也有自己的树结构——存储树。
- 作用：存储树用于保存合约的状态变量，每个合约账户的状态根（在状态树中）实际上就是其内部存储树的根哈希。
- 结构：存储树的键是状态变量在合约中的存储槽位 (Storage Slot) 的哈希值，值是对应状态变量的序列化数据，这使得合约的状态可以被独立地查询和更新，而不会影响其他合约的状态。
- 重要性：存储树使得智能合约能够持久化地保存数据，这是实现复杂逻辑和去中心化应用的基础，对合约存储的任何修改，都会导致其存储树根的变化，进而更新全局状态树中该合约账户的状态。
事件日志的“索引器”：主题日志树 (Bloom Filter 辅助)
虽然严格来说不是传统意义上的“树”，但区块头中的布隆过滤器 (Bloom Filter) 与日志数据共同构成了一个高效的日志查询系统，可以看作是事件日志的一种索引结构。
- 作用：每笔交易的收据中包含的事件日志会被索引，每个日志主题 (Topic) 的哈希值会被添加到一个布隆过滤器中。
- 结构：区块头包含一个“日志布隆过滤器” (Logs Bloom)，它是一个位图，可以快速判断某个特定的日志主题是否存在于该区块的日志中。
- 优势：轻量级节点可以通过检查区块头的 Logs Bloom，快速筛选出可能包含其感兴趣主题日志的区块，然后再进一步获取具体的日志详情，极大地提高了日志查询的效率。
以太坊 2.0 的“演进”：Verkle 树的展望
随着以太坊 2.0 的推进，一种名为Verkle 树的新型数据结构被提出，作为未来替代 MPT 的候选方案。
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