状态机

加密货币中的状态机是什么？

状态机是一个系统：当它接收输入并应用一组固定规则时，会从一个有效状态转移到另一个有效状态。

在加密货币领域，状态机是解释区块链如何更新余额、账户、智能合约、UTXO、验证者记录及其他链上数据的核心模型。

状态是区块链的当前状态。

输入通常是交易、区块、消息或智能合约调用。

状态转移函数是用于判断输入是否有效，以及状态应如何变化的协议逻辑。

如果对同一初始状态应用相同的有效输入，每个诚实节点都应得出相同的最终状态。

这种确定性行为使数千台相互独立的计算机能够在无需信任中心化数据库的情况下，就同一条共享区块链达成共识。

官方 Ethereum 白皮书指出，Ethereum 状态由账户构成，状态转移则是在账户之间转移价值和信息。

简单来说，区块链状态机是一种规则引擎，可将旧的区块链数据与新交易结合，生成新的区块链状态。

状态机为何对区块链至关重要

状态机之所以重要，是因为区块链是共享系统，必须在许多不同的计算机上产生相同结果。

区块链不能依赖某一家公司的服务器来判定何为正确的余额或合约价值。

相反，网络需要一套每个节点都能独立运行的规则。

当一个区块被提议时，节点会验证该区块中的交易并应用协议规则。

如果区块中的交易能产生有效的新状态，该区块就可以被接受。

如果交易违反规则，诚实节点会拒绝该区块。

这就是区块链即使在许多参与者彼此不认识或互不信任时，仍能维护完整性的方式。

状态机还有助于用户理解，区块链历史本身并不足够。

交易记录了用户试图执行的操作，但状态机决定这些交易实际改变了什么。

最终结果是每个诚实节点均可复现的新状态。

状态、输入与状态转移函数

每个区块链状态机都包含三个基本部分：状态、输入和状态转移函数。

状态是区块链处理新操作所需的当前数据集合。

在基于账户的区块链中，状态可包括账户余额、nonce、合约代码和合约存储。

在基于 UTXO 的区块链中，状态可包括仍可花费的未花费交易输出集合。

输入是提交至系统的新操作。

在大多数加密网络中，最常见的输入是已签名交易。

状态转移函数是检查输入并更新状态的规则集合。

例如，一笔交易可能只有在签名正确、发送方余额充足、nonce 正确且已支付手续费的情况下才有效。

如果所有规则均通过，状态机会应用该交易并创建新状态。

如果任何必需规则未通过，状态转移将被拒绝，或该交易将根据协议规则执行失败。

作为复制状态机的区块链

区块链通常被称为复制状态机，因为许多节点维护相同状态的副本，并按相同顺序应用相同交易。

复制意味着由多台计算机持有并更新系统，而不是由单个中心化服务器完成。

状态机意味着这些计算机遵循相同的确定性转移规则。

交易顺序非常重要，因为以不同顺序应用相同交易可能产生不同结果。

共识机制帮助网络就区块和交易的顺序达成一致。

一旦顺序达成共识，每个节点即可执行交易并计算新状态。

官方 CometBFT 文档将 CometBFT 描述为：针对确定性有限状态机执行拜占庭容错状态机复制的软件。

这一描述概括了许多区块链系统背后的一般理念。

共识负责就有序输入达成一致，而状态机负责应用这些输入以生成下一个状态。

只有两部分都正确，区块链才能正常运作。

加密状态机中的确定性

确定性是指，对同一状态应用相同输入，始终会产生相同输出。

加密状态机必须具有确定性，因为独立节点需要得出相同结果。

如果一个节点计算出的结果与另一个诚实节点不同，网络可能分裂或拒绝区块。

这也是智能合约不能依赖本地计算机普通随机数的原因。

这也是区块链会为 Gas 计费、签名、算术运算、存储更新和交易排序制定精确规则的原因。

即使是微小的执行差异，只要改变最终状态根或账本结果，也可能带来危险。

确定性对于智能合约平台尤为重要，因为合约代码可能处理大量价值。

在相同条件下执行时，合约函数必须为每个验证者产生相同结果。

这使区块链编程比普通 Web 编程更为严格。

只有当状态转移规则可预测且可复现时，状态机才可靠。

作为状态机的 Ethereum

Ethereum 是区块链状态机最清晰的示例之一。

Ethereum 白皮书将 Ethereum 描述为拥有由账户构成的状态，且每个账户包含 nonce、余额、合约代码和存储。

交易可通过转移价值、创建合约、调用合约或更改合约存储来触发状态转移。

Ethereum Virtual Machine，即 EVM，是处理智能合约代码的执行环境。

官方 Ethereum EVM 文档将 EVM 描述为一种去中心化虚拟环境，可在所有 Ethereum 节点上一致且安全地执行代码。

这意味着 EVM 是 Ethereum 状态转移机制的一部分。

当交易调用智能合约时，EVM 会执行合约指令并计算由此产生的状态变更。

这些变更可能包括余额更新、存储写入、日志、合约创建和 Gas 消耗。

如果每个节点从相同初始状态执行同一笔交易，每个诚实节点都应到达相同的最终状态。

这就是 Ethereum 无需依赖中心化应用服务器即可支持可编程应用的原因。

Ethereum 世界状态

Ethereum 世界状态是所有 Ethereum 账户的当前全局状态。

它包括由私钥控制的外部拥有账户，以及由代码控制的合约账户。

官方 Ethereum Merkle Patricia Trie 文档说明，Ethereum 有一个全局状态树，每当客户端处理区块时都会更新该状态树。

该状态树生成状态根，以承诺当前世界状态。

状态根存储在区块头中。

如果一个账户余额或合约存储值发生变化，生成的状态根也应发生变化。

这使 Ethereum 能够在每个区块后获得整个状态的紧凑加密指纹。

状态机更新世界状态，状态根则让节点能够验证其是否就结果达成一致。

这一设计连接了执行、存储和共识。

如果没有共享的世界状态，Ethereum 智能合约将没有可读取和写入的共同环境。

作为状态机的 Bitcoin

Bitcoin 也是状态机，但其使用的状态模型与 Ethereum 不同。

Bitcoin 不使用类似 Ethereum 的全局账户系统。

相反，Bitcoin 使用 UTXO 模型，其中当前可花费状态是未花费交易输出的集合。

官方 Bitcoin 交易开发者指南说明，交易会花费未花费交易输出，并创建新的输出。

一笔 Bitcoin 交易只有在花费尚未被花费的现有 UTXO 时才有效。

当有效交易被接受后，已消耗的 UTXO 会从可花费集合中移除。

交易创建的新输出会成为新的 UTXO。

这意味着 Bitcoin 的状态转移函数会更新 UTXO 集合。

Bitcoin 的状态机不如 Ethereum 的智能合约模型通用，但它仍是更新所有权状态的确定性系统。

核心理念相同：有效交易会将系统从一个有效状态转移到下一个有效状态。

账户模型与 UTXO 状态机

账户模型和 UTXO 模型是设计区块链状态机的两种不同方式。

在账户模型中，状态包含账户和余额。

一名用户向另一名用户发起的交易通常会减少发送方余额，并增加接收方余额。

智能合约平台通常采用基于账户的设计，因为合约需要持久化存储和直接状态更新。

在 UTXO 模型中，状态包含未花费输出，而非账户余额。

交易会消耗旧输出并创建新输出。

钱包可能显示简单余额，但该余额通常由用户可花费的输出计算得出。

账户模型对应用开发者而言可能更直观。

UTXO 模型可使某些形式的并行验证和币追踪更自然。

两种模型都是状态机，因为二者都定义了有效状态和有效状态转移。

智能合约与状态机

智能合约是在区块链状态机内部运行的程序。

智能合约可以存储数据、执行规则、接收资产、发送资产，以及与其他合约交互。

当用户调用智能合约时，区块链并非只是记录一条消息。

网络会执行合约代码，并根据结果更新状态。

例如，代币转账合约可能在合约存储中减少一名用户的代币余额，并增加另一名用户的代币余额。

借贷合约可能更新抵押品余额、债务余额、利息指数和强平状态。

去中心化交易所合约可能更新流动性池储备和用户仓位。

所有这些操作都是状态转移。

由于智能合约可以持有实际价值，其状态转移逻辑必须具备确定性、安全性，并经过谨慎测试。

合约状态转移规则中的漏洞可能导致资金损失或应用行为异常。

状态机与共识

状态机并不等同于共识机制。

状态机定义交易被应用时状态如何变化。

共识定义网络如何就应当应用哪些交易和区块达成一致。

区块链需要两者兼备。

如果网络拥有有效状态机但没有共识，节点可能应用不同的交易顺序并到达不同状态。

如果网络拥有共识但状态机存在缺陷，节点可能会就产生不安全或不正确结果的区块达成一致。

共识选择有序输入流。

状态机执行该输入流。

只有排序规则和执行规则均正确，最终状态才是正确的。

这种区别有助于用户理解，为何区块链同时具有验证者规则和执行规则。

状态转移函数

状态转移函数是将旧状态和输入映射为新状态的正式规则。

用简单的符号表示，新状态等于对旧状态和交易应用状态转移函数。

在加密网络中，该函数会检查签名、余额、nonce、手续费、Gas 上限、合约代码和协议特定规则。

如果输入有效，该函数会生成有效的新状态。

如果输入无效，该函数将根据网络规则拒绝输入或将执行标记为失败。

Ethereum 的状态转移函数可包括 EVM 执行、Gas 计费、存储更新和事件日志。

Bitcoin 的状态转移函数会检查输入是否花费有效 UTXO，以及输出是否遵循脚本和价值规则。

其他区块链可能通过模块、pallet、Move 对象、资源或应用特定逻辑定义状态转移。

状态转移函数是状态机的核心。

它使区块链无需人工操作员手动更新余额，也能持续向前运行。

状态机复制

状态机复制是指在多台机器上运行同一个确定性状态机，以使它们保持同步的过程。

在区块链系统中，这意味着许多节点处理相同的有序交易并计算相同结果。

该模型之所以有用，是因为它提供了容错能力。

如果一个节点离线，其他节点仍会持有并更新状态。

如果一个节点提供虚假信息，其他节点可以拒绝无效结果。

如果用户希望验证系统，可以运行节点并自行检查状态转移。

CometBFT 是这一理念的有力示例，因为其文档明确描述了针对确定性有限状态机的 BFT 状态机复制。

许多应用链和模块化区块链设计都利用这一理念，将共识与应用逻辑分离。

共识层负责排序交易，应用状态机则定义这些交易的含义。

这种分离让开发者可以构建定制化区块链应用，同时依赖共识引擎进行复制。

应用特定状态机

应用特定区块链是为某一特定应用或用例构建的区块链。

在这种设计中，区块链的状态机可以围绕应用规则进行定制。

支付链可能定义简单的余额和转账。

去中心化交易所链可能定义订单簿、流动性池和撮合规则。

游戏链可能定义玩家、物品、对局和奖励。

治理链可能定义提案、投票、委托和金库规则。

这不同于通用智能合约平台，后者让许多应用共享一个执行环境。

应用特定状态机可能更高效，因为它们无需支持所有可能的用例。

由于规则更聚焦，它们也可能更容易理解和分析。

其取舍在于，与共享智能合约平台相比，它们的通用可组合性可能较低。

状态机与虚拟机

区块链虚拟机是在状态机内部运行代码的执行环境。

EVM 是最知名的示例。

其他区块链生态系统使用不同的虚拟机或执行环境。

虚拟机定义指令如何被解释、内存如何运行、如何访问存储、如何收取 Gas 费以及如何处理错误。

状态机使用虚拟机处理可编程交易。

例如，当 Ethereum 执行智能合约调用时，EVM 会运行字节码并产生状态变更。

虚拟机必须具有确定性，以便所有节点计算相同结果。

虚拟机并非整个区块链，但它是执行层的关键组成部分。

区块链状态机包括虚拟机、账户规则、费用规则、交易规则和状态更新规则。

理解这种关系有助于开发者认识到，为何执行环境对共识至关重要。

状态机与 Gas

Gas 是许多智能合约区块链用于限制执行并为执行收费的计价系统。

官方 Ethereum Gas 文档说明，Gas 是衡量在 Ethereum 上执行操作所需计算工作量的单位。

Gas 是状态机的一部分，因为交易执行会消耗资源。

如果没有 Gas 上限，交易可能永久运行或消耗过多计算资源。

Gas 使计算成本可衡量，并防止用户迫使每个节点无偿执行无限量工作。

Gas 还会影响状态转移，因为交易可能因 Gas 耗尽而失败。

即使执行失败，用户仍可能需要支付手续费，因为节点已消耗资源尝试执行。

智能合约开发者必须理解 Gas，因为低效的状态转移可能给用户带来高昂成本。

用户也必须理解 Gas，因为交易手续费是更改区块链状态的成本组成部分。

Gas 表明状态机必须同时管理正确性和资源使用。

状态机与状态根

许多区块链使用加密承诺来汇总每个区块后的状态。

在 Ethereum 中，状态根承诺交易执行后的世界状态。

状态根不是状态本身。

它是基于哈希的、对状态作出的紧凑承诺。

如果节点处理相同区块并计算出相同状态根，便有证据表明它们对最终状态达成一致。

如果一个节点计算出不同状态根，则区块、执行或客户端实现存在问题。

状态根还支持证明特定值曾存在于已承诺状态中。

这对轻客户端、跨链桥、审计员和跨链系统十分重要。

状态机更新数据，状态根则有助于证明更新后的数据为何。

这就是区块链将执行结果与加密验证关联起来的方式。

状态机与节点

节点是运行区块链软件并维护状态机的实际计算机。

官方 Ethereum 技术介绍说明，节点存储 EVM 状态，并相互通信以传播状态变更。

全节点通过执行交易并检查生成的状态是否有效来验证区块。

验证者或区块生产者可以提议新区块，但其他节点仍需对其进行验证。

这种独立验证是区块链能够最大限度减少信任需求的主要原因之一。

运行自有节点的用户无需信任第三方服务器提供当前状态。

他们可以根据已接受区块自行计算状态。

不过，运行节点需要硬件、带宽、存储和维护。

随着时间推移，状态增长可能使节点更难运行。

这就是状态机设计不仅影响执行，也影响去中心化程度的原因。

状态机与最终性

最终性是指在协议假设下，某次状态转移被视为已结算，且极难或不可能逆转。

在达到最终性之前，一笔交易可能已被纳入区块，但仍面临重组风险。

达到最终性后，用户可以更有信心地认为，该状态转移将继续作为规范链的一部分。

不同区块链对最终性的定义不同。

有些链采用概率最终性，即随着更多区块加入，确定性逐步提高。

有些链采用经济最终性或 BFT 式最终性，即验证者根据惩罚或共识规则确认区块。

最终性很重要，因为状态机在分叉期间可能暂时存在相互竞争的历史记录。

共识决定哪段历史成为规范历史。

用户通常不仅关心状态转移是否发生，还关心其是否会持续被接受。

只有用户能够依赖状态变更已结算，区块链状态机才能在金融领域发挥作用。

状态机与分叉

当不同节点暂时或永久遵循不同区块历史时，可能发生分叉。

如果两段历史包含不同交易，便可能生成不同状态。

共识规则根据协议决定哪条链是规范链。

临时分叉可能在去中心化网络中自然发生。

当社区或软件客户端有意遵循不同协议规则时，可能发生永久分叉。

状态机分叉非常严重，因为它可能形成余额、合约和账本历史的两个独立版本。

如果两个网络在某个分叉点之前共享历史，则它们在该点拥有相同的初始状态。

分叉后，不同交易顺序或不同规则可能创建不同状态。

这就是协议升级必须谨慎协调的原因。

所有希望留在同一网络中的诚实参与者，都必须运行兼容的状态转移规则。

状态机与智能合约漏洞

智能合约漏洞非常危险，因为合约是区块链状态机的一部分。

漏洞可能定义非预期的状态转移。

例如，合约可能允许攻击者提取超过预期的资金。

合约可能以错误顺序更新余额。

合约可能在更改状态前未能检查授权。

合约可能存在重入、算术错误或不安全的升级行为。

一旦交易被接受，若无非常规的社会协调，生成的状态变更可能很难或不可能逆转。

这就是智能合约审计、测试、形式化验证和谨慎设计十分重要的原因。

即使合约逻辑在经济上有害，区块链状态机也会忠实执行有效的合约逻辑。

因此，代码正确性是状态安全的一部分。

状态机与预言机

预言机为区块链应用提供外部数据。

预言机之所以重要，是因为区块链状态机本身无法直接获知链下事实。

例如，借贷合约可能需要代币价格。

预测市场可能需要事件结果。

合成资产系统可能需要参考指数。

预言机提交的数据会成为状态机的输入。

如果预言机数据错误、延迟、遭操纵或不可用，最终状态转移可能出错。

这意味着，对于依赖现实世界信息的应用而言，预言机设计至关重要。

确定性状态机只能以确定性方式处理其接收的数据。

除非预言机系统值得信赖且安全，否则它无法保证链下数据真实。

状态机与状态膨胀

当活跃区块链状态规模过大时，就会发生状态膨胀。

每个账户、存储槽位、合约、订单、仓位和数据条目都可能增加节点必须维护的状态。

更大的状态可能增加节点存储需求、同步时间、数据库工作负载和硬件成本。

如果能够运行节点的人减少，去中心化可能受损。

这就是许多区块链会对持久化存储收取手续费或押金的原因。

状态膨胀是状态机问题，因为每次状态转移都可能添加、修改或删除数据。

设计良好的状态机应在支持有用应用的同时，抑制无用状态增长。

Gas 费、存储租金、状态过期、修剪和状态承诺改进都与此问题相关。

区块链状态机越强大，就越需要谨慎管理长期状态。

扩容不仅关乎每秒交易数，也关乎可持续的状态增长。

状态机与 Layer 2 网络

Layer 2 网络同样使用状态机。

例如，Rollup 拥有自己的状态，随着用户提交交易而发生变化。

Rollup 可能向基础层发布交易数据、状态根、有效性证明或欺诈证明数据。

基础层不一定会直接执行每一笔 Layer 2 交易。

相反，它会根据 Rollup 设计帮助结算或验证 Layer 2 状态。

这意味着，Layer 2 可被理解为连接到 Layer 1 状态机的另一台状态机。

跨层设计十分复杂，因为用户需要确信 Layer 2 状态转移有效且可提现。

数据可用性、证明系统、跨链桥、排序器和结算规则都很重要。

Layer 2 扩容并未消除状态机。

它增加了更多专门化状态机，并以不同方式依赖基础层安全性。

状态机与跨链桥

跨链桥连接跨链或跨层状态机。

跨链桥可能需要证明某个事件、消息或状态转移已在一条链上发生，才能在另一条链上释放或铸造资产。

这很困难，因为每条区块链都有自己的共识、最终性规则、状态模型和证明系统。

误解状态的跨链桥可能变得不安全。

例如，跨链桥可能在消息达到最终性前接受该消息。

它可能依赖薄弱的验证者集合。

它可能未能验证正确的状态根或证明。

它可能在接收方状态机中包含智能合约漏洞。

因此，跨链桥是状态机交互中风险最高的场景之一。

用户不应假设资产在不同状态机之间跨越后具有同等安全性。

状态机与治理

治理可以改变区块链状态机的规则。

协议升级可能增加新的交易类型、更改 Gas 成本、修改质押规则、引入新的操作码或调整存储定价。

这些变化会影响未来状态转移的运作方式。

因此，治理决策不仅是政治或社会决策。

它们也是对定义有效区块链行为的规则引擎作出的变更。

如果治理流程薄弱、仓促或被控制，可能损害状态机的安全性。

如果治理流程清晰且经过充分测试，则可能有助于网络演进。

升级必须在客户端软件中谨慎实施。

如果客户端对转移规则存在分歧，网络可能分叉。

良好的治理可保护共享状态机的连续性。

状态机与钱包

钱包是用户与区块链状态机交互的用户界面。

当钱包显示余额时，它读取的是状态，或由状态派生的索引数据。

当钱包要求用户签署交易时，它是在为状态机准备输入。

当用户授权代币、兑换资产或铸造 NFT 时，钱包会协助提交一项改变状态的操作。

这就是钱包提示如此重要的原因。

用户应在签署前理解自己正在授权何种状态变更。

恶意交易可能更改授权、转移资产、调用合约或授予权限。

即使用户并不理解界面，区块链也会执行有效的已签名指令。

因此，钱包安全的关键在于帮助用户安全地为状态机创建输入。

好的钱包会在状态转移发生前让用户理解其内容。

状态机与代币余额

代币余额通常是智能合约内的状态值。

在基于账户的智能合约平台中，代币合约可能存储从用户地址到余额的映射。

发生代币转账时，合约会更新这一内部余额映射。

用户可能在钱包中看到的只是简单的余额变化。

但在底层，这是一项合约级状态转移。

这意味着，代币余额并不总是与原生币余额属于同一类状态。

原生币余额可能是基础账户状态的一部分。

代币余额可能是合约存储状态的一部分。

这种区别对证明、索引、钱包显示和智能合约风险都很重要。

如果代币合约具有不安全逻辑，代币状态机可能出现非预期行为。

状态机与 NFT

NFT 同样依赖状态机。

NFT 合约会存储唯一代币 ID 的所有权信息。

NFT 被转移时，合约会更新拥有该代币 ID 的地址。

NFT 被铸造时，合约会创建新的所有权记录。

NFT 被销毁时，合约会根据自身规则移除或标记该代币。

元数据可能存储在链上，也可能通过外部系统引用。

状态机决定转账是否有效、谁可以批准转账，以及所有权如何变化。

这就是 NFT 安全性不仅取决于钱包托管，也取决于合约逻辑的原因。

NFT 不只是图像或收藏品。

它也是由智能合约规则控制的状态记录。

理解状态机有助于用户了解 NFT 所有权在链上的实际含义。

加密货币中状态机的优势

区块链状态机的第一个优势是共享验证。

任何运行兼容节点软件的人都可以检查状态转移是否有效。

第二个优势是确定性执行。

所有诚实节点都可以根据相同初始状态和有序输入得出相同结果。

第三个优势是可编程性。

智能合约平台允许开发者定义应用层状态转移。

第四个优势是透明度。

根据区块链和工具的不同，公链允许用户查看交易、状态根、合约存储和执行结果。

第五个优势是容错能力。

许多节点可以复制状态机，从而降低对单个服务器的依赖。

第六个优势是可组合性。

当平台能够安全支持时，应用可以与共享状态交互。

这些优势正是状态机成为公链设计基础的原因。

加密货币中状态机的局限性

第一个局限性是复杂性。

用户通常不了解自己签署的状态转移。

第二个局限性是状态增长。

持久化状态可能使节点的存储和验证成本变高。

第三个局限性是执行成本。

在许多区块链上，每个节点都可能需要处理同一笔改变状态的交易。

第四个局限性是升级风险。

如果处理不当，更改转移规则可能产生漏洞或分叉。

第五个局限性是应用风险。

即使基础链正常运行，智能合约状态机仍可能包含有缺陷的逻辑。

第六个局限性是外部数据风险。

预言机可能将错误信息输入原本具有确定性的系统。

这些局限性表明，状态机设计需要工程纪律、安全审查和清晰的用户界面。

关于状态机的常见误解

一个常见误解是，区块链只是数据库。

区块链也是状态机，因为它定义了有效状态变更的规则。

另一个误解是，共识和执行是一回事。

共识对区块和交易进行排序，执行则应用状态转移规则。

第三个误解是，智能合约在一台中心化服务器上运行。

智能合约由节点根据区块链确定性状态机规则执行。

第四个误解是，交易历史和当前状态相同。

交易历史记录输入，状态则记录这些输入被处理后的当前结果。

第五个误解是，确定性执行保证良好结果。

确定性保证结果一致，但如果合约逻辑或输入数据存在缺陷，结果仍可能有害。

开发者最佳实践

将智能合约设计为显式状态机，明确状态、转移和失败条件。

在正常和恶意条件下测试每一次状态转移。

谨慎使用访问控制，因为未经授权的状态转移可能造成灾难性后果。

避免在区块链执行中依赖非确定性行为。

尽量减少不必要的持久化存储，因为状态增长会增加用户和节点成本。

当不需要活跃状态时，可使用事件记录历史信号。

对调用失败、重入、部分执行、预言机故障和升级路径等边界情况进行建模。

记录每个函数会改变哪些状态。

审查 Gas 成本，因为写入存储的状态转移可能成本高昂。

将状态机逻辑视为安全关键代码。

用户最佳实践

签署交易前，请仔细阅读钱包提示。

请理解，签署交易可能永久改变区块链状态。

检查代币授权向合约授予了哪些权限。

与智能合约交互时，使用可信界面。

尝试新应用时，先从小额交易开始。

验证合约地址，并避免签署未知消息。

请注意，在某些网络上，失败交易仍可能产生手续费。

请记住，区块链状态可能是透明的，但透明度并不保证安全。

使用跨链桥时请谨慎，因为它们连接着具有不同假设的不同状态机。

在适当情况下，使用安全工具并撤销不必要的授权。

常见问题

加密货币中的状态机是什么意思？

在加密货币领域，状态机是一种规则系统，它以当前区块链状态和有效交易为输入，然后生成新的区块链状态。

为什么区块链被称为状态机？

区块链被称为状态机，是因为它根据固定协议规则应用有序交易，不断从一个有效状态转移到下一个有效状态。

什么是区块链状态？

区块链状态是处理新交易所需的当前数据集合，例如余额、账户、合约存储、UTXO 和验证者记录。

什么是状态转移？

状态转移是指有效交易、区块或消息被处理后，从一个区块链状态变为另一个区块链状态的过程。

Ethereum 是状态机吗？

是。Ethereum 可被理解为基于交易的状态机，其中交易和智能合约调用会更新世界状态。

Bitcoin 是状态机吗？

是。Bitcoin 可被理解为基于 UTXO 的状态机，其中有效交易会消耗未花费输出并创建新的未花费输出。

什么是状态机复制？

状态机复制是指在多台机器上运行相同的确定性状态机，使它们处理相同的有序输入并维护相同状态。

共识与状态机有什么区别？

共识负责就交易顺序达成一致，而状态机负责应用有序交易来更新区块链状态。

为什么区块链状态机必须具有确定性？

它们必须具有确定性，以便所有诚实节点能够根据相同初始状态和交易顺序计算出相同结果。

智能合约与状态机有什么关系？

当用户提交有效交易或合约调用时，智能合约会定义更新区块链状态的应用层规则。

结语

状态机是加密货币网络背后最重要的理念之一。

它解释了区块链如何根据确定性规则应用交易，从一个有效状态转移到另一个有效状态。

Bitcoin 使用基于 UTXO 的状态机，其中有效交易会花费旧输出并创建新输出。

Ethereum 使用基于账户的状态机，其中账户、余额、合约代码和存储通过交易和 EVM 执行进行更新。

共识机制和状态机协同工作，但二者承担不同职责。

共识对输入进行排序，状态机执行规则并生成新状态。

该模型使公链具有可验证性，因为许多独立节点可以处理相同的有序数据，并检查是否得出相同结果。

状态机也使智能合约成为可能，因为应用可以定义用于变更链上数据的可编程规则。

不过，当智能合约逻辑错误、预言机输入不佳、状态规模过大，或用户签署了自己不了解的交易时，状态机也会带来实际风险。

对开发者而言，状态机思维有助于构建更安全的合约、更清晰的规则和更完善的测试。

对用户而言，它有助于解释为何每笔已签名交易都是可能改变余额、权限、所有权或应用状态的指令。

在加密术语表语境中，State Machine 指处理区块链交易并将网络从一个有效状态更新至下一个有效状态的确定性规则系统。

关键要点在于，区块链不仅是过去交易的记录，还是一种复制状态机，使许多独立节点能够就数字经济的当前真实状态达成一致。