区块链
区块链是一系列数据块（即“区块”），通过特定的方式相互连接，形成的一条链。每个区块都包含前一个区块的哈希值，称为“父哈希值”（ Parent Hash ），这是前一个区块内容的唯一标识符。通过这种方式，每个区块都与前一个区块相连接，形成了一条从第一个区块（创世区块）到最新区块的连续链条，这就是“区块链”。注：第一个区块里无父哈希值。
区块
区块链中的每一个区块，都由两个部分组成：区块头（ Header ）和区块体（ Body ）。
①区块头
区块头里包含了一个区块的基本信息，主要包括：
- 父哈希值（ parentHash ）：记录前一个区块的哈希值。
- 时间戳（ timestamp ）：记录区块创建的具体时间。
- 随机数（ nonce ）：用于工作量证明（ PoW ）机制中的挖矿过程。
- 难度目标（ difficulty ）：表示挖矿的难度。
- 币基（ coinBase ）：标识矿工的账户地址。
另外，区块头里还记录了三个非常重要的根哈希值：
- 状态树根（ stateRoot ）：表示了区块链的状态树的根哈希值，状态树记录了所有账户的状态信息，如余额、合约代码等。
- 收据树根（ receiptRoot ）：表示收据树的根哈希值，收据树记录了交易执行的结果，如交易是否成功、交易费用等。
- 交易树根（ transactionRoot ）：表示交易树的根哈希值，交易树包含了区块中所有交易的信息。
②区块体
区块体里存储了该区块中的所有交易数据，即所有交易哈希的列表。
交易
在以太坊中，交易代表从一个账户向另一个账户发送资产或消息的行为。当用户发起一笔交易时，以太坊客户端或钱包软件将会构造交易数据。交易数据主要包含如下字段：
- nonce：发送方账户的交易计数器，统计该账户在此区块链中的总交易次数。
- gasPrice：发送方愿意为每单位 gas 支付的价格。
- gasLimit：发送方为这次交易设置的最大 gas 消耗量。
- to：接收方的账户地址。
- value：要传输的以太币数量。
- data：智能合约相关的字节码。
- v, r, s：交易签名，由发送方的私钥生成。
交易数据构造完成后，钱包将使用用户的私钥对整个交易进行签名，并将签名结果（ v, r, s ）加入交易数据中，然后对整个交易数据（不包括签名）计算哈希值，交易哈希是交易数据的唯一标识符，确保了交易的唯一性和不可篡改。
例如，Alice 想要发送 1 ETH 给 Bob，Alice 的账户地址是 0x123…ABC，Bob 的账户地址是 0x456…DEF。Alice 的账户已经执行过5笔交易，所以她的下一笔交易的 nonce 为6。当前的 gas 价格是 20 Gwei，她设置的 gas limit 是21000（标准以太坊转账所需的gas费）。Alice 不调用任何合约，所以 data 字段为空。
- nonce: 6
- gasPrice: 20000000000 (20 Gwei)
- gasLimit: 21000
- to: 0x456…DEF
- value: 1000000000000000000 (1 ETH)
- data: 0x
- v, r, s: [签名数据]
Alice 的钱包会把这些交易数据进行打包和签名，然后生成交易哈希，并将这个交易广播到以太坊网络。矿工将确认这笔交易并将其加入新区块，一旦成功，1 ETH 就会从 Alice 的账户转移到 Bob 的账户。
交易收据
在以太坊中，当一笔交易完成后，会生成“交易收据”（ Transaction Receipt，又叫交易回执）。交易收据记录了交易执行的基本信息，是交易被包含在区块链中的重要证据。
每个交易收据包含的信息有：
- transactionHash：交易哈希值，用于唯一标识一笔交易。
- transactionIndex：交易在所在区块中的索引位置。
- blockHash：包含该交易的区块哈希值。
- blockNumber：包含该交易的区块编号。
- from：发起交易的地址。
- to：交易的目标地址。
- cumulativeGasUsed：当前区块中累积消耗的 Gas 量。
- gasUsed：这笔交易所消耗的 Gas 量。
- contractAddress：如果交易用于创建合约，则表示合约地址；否则为 null。
- logs：交易过程中产生的事件日志。
- logsBloom：布隆过滤器，用于快速检索交易日志。
- status：交易执行的状态码，表示成功或失败。
默克尔-帕特里夏树 Merkle Patricia Tree
以太坊每天的交易量达到数百万笔，如此多的交易数据是如何存储的呢？这里采用了一种名为Merkle Patricia Tree（ MPT ）的数据结构，这是一种特殊类型的默克尔树（ Merkle Tree ）。我们先了解一下基本的默克尔树。
①默克尔树，也称为哈希树（ Hash Tree ），这棵树的叶子节点是数据块的哈希值，非叶子节点是其子节点的哈希值串联后再次进行哈希计算的结果，这样可以确保数据的完整性。如图所示，节点值的计算方法为：
哈希 A=Hash (数据 A );
哈希 B=Hash (数据 B );
哈希 E=Hash (哈希 A+哈希 B );
②帕特里夏树（ Patricia Trie ），也称为压缩前缀树，这棵树既可以利用字符串的公共前缀来减少查询时间，又可以通过压缩无分支的节点来节省空间。
③默克尔-帕特里夏树 （ Merkle Patricia Tree ） 结合了默克尔树（ Merkle Tree ）和帕特里夏树（ Patricia Trie ）的优点，既可以验证数据的完整性，也可以快速检索状态信息，非常适合用作以太坊中的数据存储。在每个区块里，分别有一棵默克尔-帕特里夏树来存储交易数据、收据数据、状态数据和账户数据。
这一小节，我们对以太坊区块链的数据结构有了一个基本了解，可以用下面一张图来总结，它是一种高度复杂且精妙的设计，它整个系统能够安全地记录和验证交易，同时保证了网络的去中心化特性。
以太坊平台正在快速发展和持续升级，文章中的数据结构信息可能已不再是最新版本。另外，不同区块链之间的数据结构也会有所差异。所以我们强烈建议你关注最新的区块链技术动态，并以官方发布的最新文档为准确。
