本文经作者金晓授权，转载自 https://zhuanlan.zhihu.com/p/96866051。
本文首先介绍substrate的模型基础。在理解了“链的状态”和“交易”关系后，在此模型下才可深入Substrate的设计当中。
▍结论
Substrate的数据模型与以太坊一致，是基于MPT（Merkle Patricia Tree）的“全历史世界状态”模型。
UTXO 模型，即比特币及其分支的模型
状态模型，即以以太坊为代表，包含eos及其他区块链等以记录状态为主的模型
▍状态区块链
当前状态是从genesis（即第0块，初始状态）开始，通过交易或其他方式产生了状态变更，不断累计出来的。
状态并不是储存块中，而是节点自身独立维护的。
块中记录的是“状态迁移”的方式
A:1 B:2而经过块1的过程后，通过交易（tx）或其他因素，将A的状态修改成了2，因此在块1下的“世界状态”就变为了
A:2 B:2。
块2以此类推。
这个状态就是存在本地的数据库中。
而块中保存的是 “状态迁移”，“状态迁移” 就是交易（或其他因素），节点同步/执行了一个区块后，通过区块中含有的迁移状态的方式（即是在执行这个区块），修改自己的本地状态，从而当一个块执行完毕后，本地当前的状态即为这个块下的状态。
最新块（最高块）下的状态即为当前的状态，在这个状态下可以获取当前所有对象的状态。
块中含有对这个块下的状态的证明（即状态的统一性经过了节点间共识）
可以通过任意一个历史的区块，取到在这个区块下的状态（如当前最高块已经是2，而通过1块中的相关信息可以取到A:2而不是最高块下的A:4）
若能满足这3个条件，即是“全历史世界状态”。
而实际上以太坊的“世界状态”是将每一个块的那个时刻的状态都做了“快照”，可以恢复到任意块的时候下的状态，也就是将全部的“状态变化历史”都保存下来的方式，因此笔者对这种模型命名为“全历史状态”。
但是显然，这种方式将会将所有过去的历史都存下来，因此会造成数据量十分庞大。
因此这种方式是状态区块链的一个极端。
而第3点就不再交由链来维护，而交给第三方的附属设施维护，如中心化数据库，区块链浏览器等等。
这种方式带来的好处是实现上比较简单。
这即是eos的模型。
▍MPT 实现的世界状态
在Substrate中MPT简称为
trie。
简单来说MPT的实现和
git，IPFS中的IPLD模型等原理上都是一致的，用一句话描述就是：
A:1 B:2，将A，B分别看做两个key，在MPT中key就是树的路径，而
1,2是key对应的值，在MPT中就是叶子节点。
因此
A:1 B:2变更到
A:2 B:2的这个过程中，对应到上图相当于：
从 root -> 2 -> value2 相当于记录了A:1，从root->3->value3的过程相当于记录了B:2
从genesis到 block1 的过程中，A的状态发生了变化，从1变成了2
在MPT 中由于A的值发生了变化，因此MPT生成了一个新的叶子节点代表A的新状态，然后从叶子节点重新生成一个新的索引路径，即图中的value2' -> 2'-> root'的过程
而在生成新路径的过程中，由于B的状态没有发生变化，因此在生成新的路径的过程中，直接索引了B的老路径（即图中的虚线）。
因此如上图所示，通过新的树根root'索引到的A和B的值分别是A：2（即新的A的状态）与B：2（即老的B的状态）
state_root，放入每一个区块的区块头中，作为当前这个区块进行共识的状态证明。
而通过以上方式也可以看出，只要从任意区块中取出状态根，那么就可以获取到这个状态根下那个时刻的所有状态的值。
（对于相同的key A，通过 root 索引出 value2，通过 root’ 索引出 value2’）
▍另一个角度
只不过这个k-v数据库通过给予一个root可以索引出在这个root的那个时刻下的对应数据。
每一个块就是对当前数据库全部数据的快照，块的时间戳代表了那个时刻下的数据状态，通过块中的状态根可以获取那个时刻下的数据。
get(key) -> value
set(key, value) / remove(key)
▍总结
只不过使用mpt树实现的“全历史世界状态”是包含上文提到的3种性质的一种实现，这是一种极端，包含了证明与历史，但对应的也会带来数据的膨胀。
作者：金晓，来源：ChainX社区
郑重声明：本文版权归原作者所有，转载文章仅为传播更多信息之目的，如作者信息标记有误，请第一时间联系我们修改或删除，多谢。
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