区块头结构

以太坊的区块头包含很多关键信息。其中，父块散列值的作用在于建立与上一个区块的联系，就好像是传承的纽带那样。并且，叔区块的散列值也被包含在其中，它可以更好地对区块链的结构进行完善。状态树根有其散列值，交易树根有其散列值，收据树根也有其散列值。这三棵树根的存在，是以太坊区块链数据结构与比特币相比的重大改变，并且它们各自都具备重要的用途。

时间戳的作用是记录区块的创建时间，随机数在挖矿过程中具有关键作用。这些要素一起构成了以太坊区块头，它的结构既紧密又复杂，以此保障了区块链数据的完整性和连续性。

数据存储与组织

ETH 区块链上的区块和交易等数据，最终是被存储在 Level DB 数据库里的。这个数据库具有高效的特性，同时也很稳定，能够很好地将大量数据保存下来。以太坊借助 MPT 树对用户的账户状态、交易信息等重要数据进行组织与管理。这种数据组织形式具备实用性，能够使数据管理更加有序。

MPT 树具有良好的数据索引和存储方式。节点可以从不同来源下载区块头以及树的其他部分，同时也能够确认数据的正确性，从而保证了数据在传输过程和存储环节的可靠性。

树结构的可靠性

在以太坊中，若要修改树的任何部分，就必须改变根散列值。此特性极为关键，原因在于倘若根散列值被包含于签名文档或者有效区块内，那么就能够确保这棵树是正确的。这意味着数据一旦被记录下来，就难以被篡改，进而保障了区块链的安全性。

只要有人提供特定节点的分支，就能够利用密码学的方法去证明相应的内容节点在树中。这种证明方式给数据的验证提供了有效的办法，进而使数据的真实性能够获得更有力的保障。

区块链应用基础

以太坊是一个基于账户的区块链应用平台。在每个区块中，账户状态并非直接被存储，而是以“状态数据”的形式被存储在以太坊节点里。这种存储方式使得账户状态的管理具备了更高的灵活性，同时也提升了整个系统的效率。

用户账户会依据账户状态来进行操作，智能合约等也是这样。所有数据的交互，都是围绕着这种对账户状态的存储以及管理而展开的，以此为以太坊上的各种应用奠定了稳固的基础。

POW算法与挖矿

在以太坊中，POW 算法的原理为：节点持续更换随机数，其目的是去探寻合适的哈希值。若节点最先算出了合适的哈希值，并且它所打包的块经由其他共识节点的验证，那么此块就会被添加到区块链当中。这种竞争机制可以激励节点积极地参与网络的维护工作。

挖矿的理解如下：“矿工”从 DAG 中随机选取元素，接着对这些元素进行散列操作。DAG 是一个完整的搜索空间，就像在比特币挖矿过程中，矿工需要持续尝试合适的 nonce ，他们凭借持续的尝试来获得区块奖励。

验证与Gas机制

验证者存储缓存花费的内存量较少。之后，可基于缓存来计算 DAG 中所需位置的元素。并且，还能验证“矿工”的工作是否符合要求。如此一来，验证的成本与难度大大降低，整体网络的验证效率也得以提高。

在以太坊的交易中，Gas 是一个重要的概念。矿工不能随意更改区块的 Gas Limit 。协议规定，当前区块的 Gas Limit 只能在上一区块的基础上进行上下波动，波动幅度为 1/1024 。这样能保障网络交易成本保持相对稳定。

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