键值数据库

区块链本质上是个数据库，和比较为大众熟悉关系型数据库不同，以太坊使用的键值（K-V）类型数据库，其底层基于 Google 的 Level DB，适用于写多读少的场景。关系型数据库历经多年发展，被程序员所接受，也非常利于普通人理解。关系型数据库的结构是一系列的表。

键值数据库是新发展出来的非关系型数据库，结构相对简单：键作为唯一的标识符，值存储数据，值可以是任何东西，不需要遵循表的结构，灵活多变且扩展性强。键值和关系数据库相比扩展性好，可以提供大数据量的读写，常被用于缓存。
大部分分布式数据库采用键值数据库，依靠 LMS-tree 的结构进行有效的数据写入和查询。少部分选用关系型数据库，如 Ripple。

区块链的数据根据状态和交易的抽象结构如下：

来源：HyperLedger

以太坊的区块数据包括区块头和区块体，区块头包含许多字段。从结构来看，以太坊的主干就是三棵树：状态树、交易树和收据树。

以太坊的主要字段是 State Root(状态树)，包含了账户余额、声明、随机数等，状态树采用的是 Merkel-Patrica 结构，需要不断的更新。而交易树和收据树不需要更新，所以采用了 Merkel 的数据结构：交易数据是永久数据，永久数据已经记录不会被改变。状态树储存每个以太坊账户的地址余额，一经发生交易就会修改。
以太坊的数据结构总结起来就是这一张图：

来源：Lucas Saldanha

永久储存与临时储存

如前所述，以太坊的底层数据是以 K-V 形式储存在底层 LevelDB 里的。但是 LevelDB 适合于写多读少的场景，所以真正用于读取、查询的数据库是 StateDb，它管理着所有账户的集合，账户的呈现形式是 stateObjectStateDB。其直接面向业务，是底层数据库（LevelDB）和业务模型的之间的存储模块。它采用两级缓存机制，以满足查询、更新、调用等功能。第一级缓存为 map 形式，存储 stateObject，二级缓存以 MPT 形式存储。当 stateObject 有变动的时候，实例化的 stateObject 会更新，当 IntermediateRoot() 被调用后，他们会被提交到 MPT 上，当 CommitTo() 被调用后，他们会被提交到底层 levelDB 中。这就形成了三级缓存结构。使用多存数据库的好处是，当需要回滚的时候，直接调用 stsateDB 中 MPT 树的根节点进行数据还原即可。 (责任编辑：admin)