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状态

需要先了解下 SMT 。

状态的实现​

在 Starcoin 中，区块（Block）由一些交易（Transaction）组成，对一个区块的执行就是对区块内交易的执行。 交易执行的结果由状态表示。这里采用的全局状态，包含链上所有账户的最新状态和历史状态。 状态实际上就是账户地址（AccountAddress）到账户状态（AccountState）的映射。 Starcoin 中状态是一颗2级的 SMT 树，如下图所示。

two_level_state.png

状态是 AccountAddress 到 AccountState 的映射，随着新的 Block 的执行 ， AccountState 会变化，由于需要保留历史状态相关的证明，这里使用了 SMT 这一数据结构。 为了方便，这里把 AccountAddress 到 AccountState 的状态称为 Account SMT。 如图中显示这里 (AccountAddress, AccountState) 存储在 Account SMT 的 Leaf 节点上。 在图中就是 Account SMT 的根节点是 Root_Hash，这里对应 BlockHeader 中的 state_root。 在 Starcoin 中 AccountAddress 不同于以太坊个人账户和合约账户是分开的，合约是部署在个人账户下。AccountState 分为两部分，分别是合约代码 ( Code ) 和 资源 ( Resource )。 Code 就是账号下合约代码， Resource 就是类似有哪些 Token (比如 STC )。 新 Block 执行， Code 状态和 Resource 状态都可能会改变。 这样 Code 状态用了一棵 SMT 记为 Code SMT, Resource 状态用了一棵 SMT 记为 Resource SMT。 AccountState 状态分为 Code SMT 和 Rescoure SMT，这样每次执行新 Block 后，先存储 Code SMT 和 Resource SMT， AccountState 只用存储 Code SMT 和 Resource SMT 的根节点。 在图中分别为 Code_Root_Hash1 和 Res_Root_Hash1。 当然这应该是一个事务的过程。

状态在 Starcoin 中对应代码​

在 Starcoin 中 Account SMT 定义为 ChainStateDB

pub struct ChainStateDB {
    store: Arc<dyn StateNodeStore>,
    ///global state tree.
    state_tree: StateTree<AccountAddress>,
    cache: Mutex<LruCache<AccountAddress, CacheItem>>,
    updates: RwLock<HashSet<AccountAddress>>,
}

pub struct StateTree<K: RawKey> {
    storage: Arc<dyn StateNodeStore>,
    storage_root_hash: RwLock<HashValue>,
    updates: RwLock<BTreeMap<K, Option<Blob>>>,
    cache: Mutex<StateCache<K>>,
}

pub enum DataType {
    CODE,
    RESOURCE,
}

pub struct AccountState {
    storage_roots: Vec<Option<HashValue>>,
}

struct AccountStateObject {
    code_tree: Mutex<Option<StateTree<ModuleName>>>,
    resource_tree: Mutex<StateTree<StructTag>>,
    store: Arc<dyn StateNodeStore>,
}

这里 store 对应存储的 KvStore， ChainStateDB 的成员 state_tree 对应 AccountAddress -> AccountState 的 Account SMT 树。 StateTree 的成员 storage_root_hash 对应 SMT 的根节点。 AccountState 有2个 HashValue 元素，对应图中 Code_Root_Hash1 和 Res_Root_Hash1，也就是 AccountStateObject 中的 code_tree 和 resource_tree 的根节点。 AccountStateObject 的成员 code_tree 对应 ModuleName -> Vec<u8> 的 Code SMT 。。 AccountStateObject 的成员 resource_tree 对应 StructTag -> Vec<u8> 的 Resource SMT 。 ModuleName 类似于 Account1 (对应 starcoin-framework 里面的模块。 struct_tag 类似于 0x00000000000000000000000000000001::Account::Account。

可见 Starcoin 中状态是一个2级的 SMT 结构，ChainStateDB 对应一级 SMT ， AccountStateObject 对应两个二级 SMT 。

StateTree API 说明​

new​

pub fn new(state_storage: Arc<dyn StateNodeStore>, state_root_hash: Option<HashValue>) -> Self;

创建 StateTree， 这里 state_storage 对应 KvStore，state_root_hash 对应 SMT 的根节点， 后面的更新查找都是基于这个根节点的 SMT 。

put​

pub fn put(&self, key: K, value: Vec<u8>);
pub struct StateTree<K: RawKey> {
    storage: Arc<dyn StateNodeStore>,
    storage_root_hash: RwLock<HashValue>,
    updates: RwLock<BTreeMap<K, Option<Blob>>>,
    cache: Mutex<StateCache<K>>,
}

将要更新的 (key, value) 缓存在 StateTree 的成员 updates ，这里并没有参与 SMT 的计算

remove​

pub fn remove(&self, key: &K);

一种 value 为 NONE 的特殊的 put 操作。

commit​

 pub fn commit(&self) -> Result<HashValue>;

将缓存于 updates 的 (key, value) 取出，参与到 SMT 更新中，并计算新的根节点。 这里会将新产生的 SMT Node, 生成的 (Hash(Node), Encode(Node)) 缓存在 StateTree 的 成员 cache 中。

flush​

 pub fn flush(&self) -> Result<()>;

将 StateTree 成员 cache 中的 (Hash(Node), Encode(Node)) 写到 KvStore 中。

get​

pub fn get(&self, key: &K) -> Result<Option<Vec<u8>>>;

查找 StateTree 中 key 对应 value。 先检查 StateTree 成员 update 缓存中是否有，有直接返回。 没有按照 SMT 中 get_with_proof 流程。

get_with_proof​

pub fn get_with_proof(&self, key: &K) -> Result<(Option<Vec<u8>>, SparseMerkleProof)>;

获取 proofproof 待补充

ChainStateDB API 说明​

new​

pub fn new(store: Arc<dyn StateNodeStore>, root_hash: Option<HashValue>) -> Self;

类似 StateTree new 生成根节点为 root_hash 的 SMT。

get_account_state_object​

 fn get_account_state_object(
    &self,
    account_address: &AccountAddress,
    create: bool,
) -> Result<Arc<AccountStateObject>>;

获取 account_address 对应的 Code SMT 和 Resource SMT。 先根据 Account SMT 获取 account_address 对应的 AccountState， 再根据 AccountState 的 Code_Root_Hash 和 Res_Root_Hash 生成对应的 Code SMT 和 Resource SMT。

get_with_proof​

fn get_with_proof(&self, access_path: &AccessPath) -> Result<StateWithProof>;

获取 proof, proof 待补充

StateView 相关​

pub enum DataPath {
    Code(#[schemars(with = "String")] ModuleName),
    Resource(#[schemars(with = "String")] StructTag),
}

pub struct AccessPath {
    pub address: AccountAddress,
    pub path: DataPath,
}

fn get(&self, access_path: &AccessPath) -> Result<Option<Vec<u8>>>;

给 vm 提供状态信息查询接口， AccountAddress 查找对应的 AccountStateObject，再生成 Code Tree 和 Resource Tree, AccessPath 成员 path 对应为 ModuleName 由 Code Tree 提供查找， 否则 Resource Tree 提供查找。

幂等性相关​

StateTree 幂等性由 SMT 保证， ChainStateDB 幂等性由 StateTree 保证。

资源​

draw.io