以太坊账户余额查询原理与实现指南

账户状态与stateTrie结构

以太坊通过stateTrie数据结构管理所有账户的状态信息。Block.Header.Root即stateRoot，是一棵PMT树，存储了所有账户的最新状态数据，包括账户余额等关键信息。

路径(path)的计算方式为：sha3(ethereumAddress)，而值(value)的存储格式为：rlp(ethereumAccount)。Root作为哈希值，通过它可以找到stateTrie的根节点，再结合sha3(ethereumAddress)生成的路径，就能逐步定位到每个账户的rlp(ethereumAccount)数据。

账户结构解析

以太坊账户分为两种类型：普通账户余额和合约代币余额。账户的基本结构如下：

type Account struct {
    Nonce    uint64      // 账户发起交易的次数
    Balance  *big.Int    // 该账户的余额
    Root     common.Hash // 存储树MPT，存储所有合约数据
    CodeHash []byte      // 合约代码的Hash值（仅对合约账户有效）
}

每个用户对应一个StateObject，代表着stateTrie中的位置，反映了账户的动态变化结果：

type stateObject struct {
    address  common.Address
    addrHash common.Hash // 以太坊地址的哈希值
    data     Account
    db       *StateDB
}

余额查询实现原理

代码执行思路

查询余额的基本逻辑包含以下几个步骤：

获取当前区块高度，并从创世区块开始遍历所有区块（getBlockNumber）
获取特定区块信息，提取该区块中的所有交易TxHash并进行遍历（getBlock）
获取交易详细信息，识别转账地址from和接收地址to（getTransaction）
判断地址类型是合约地址还是普通账户地址（getCode）
获取地址对应的余额数据（getBalance）

查询流程详解

完整的余额查询流程包括：

查询获取当前最新区块，得到lastBlock.header.Root
先在本地缓存查找stateObject热点数据，若无则根据Root定位数据库中的根节点
按照Address在MPT树中的排列结构，找到对应的stateObject
通过stateObject获取对应的Account信息
从Account中提取余额数据

获取账户余额实战

代码解析与实现

读取账户余额非常简单。调用客户端的BalanceAt方法，传入账户地址和可选的区块号参数。将区块号设置为nil将返回最新余额。

account := common.HexToAddress("0x71c7656ec7ab88b098defb751b7401b5f6d8976f")
balance, err := client.BalanceAt(context.Background(), account, nil)
if err != nil {
    log.Fatal(err)
}
fmt.Println(balance) // 输出：25893180161173005034

传入区块号可以查询历史余额，区块号必须为big.Int类型：

blockNumber := big.NewInt(5532993)
balance, err := client.BalanceAt(context.Background(), account, blockNumber)
if err != nil {
    log.Fatal(err)
}
fmt.Println(balance) // 输出：25729324269165216042

单位转换技巧

以太坊使用最小单位wei处理数字，因为它们是定点精度。要将wei转换为ETH，需要除以10^18。由于处理的是大数，需要导入math和math/big包：

fbalance := new(big.Float)
fbalance.SetString(balance.String())
ethValue := new(big.Float).Quo(fbalance, big.NewFloat(math.Pow10(18)))
fmt.Println(ethValue) // 输出：25.729324269165216041

待处理余额查询

有时需要查询待确认的账户余额，例如在提交交易后等待确认时。客户端提供了PendingBalanceAt方法，用法与BalanceAt类似：

pendingBalance, err := client.PendingBalanceAt(context.Background(), account)
fmt.Println(pendingBalance) // 输出：25729324269165216042

完整代码示例

package main

import (
    "context"
    "fmt"
    "log"
    "math"
    "math/big"
    "github.com/ethereum/go-ethereum/common"
    "github.com/ethereum/go-ethereum/ethclient"
)

func main() {
    client, err := ethclient.Dial("https://mainnet.infura.io")
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }

    account := common.HexToAddress("0x71c7656ec7ab88b098defb751b7401b5f6d8976f")
    balance, err := client.BalanceAt(context.Background(), account, nil)
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
    fmt.Println(balance) // 25893180161173005034

    blockNumber := big.NewInt(5532993)
    balanceAt, err := client.BalanceAt(context.Background(), account, blockNumber)
    if err != nil {
        log.Fatal(err)
    }
    fmt.Println(balanceAt) // 25729324269165216042

    fbalance := new(big.Float)
    fbalance.SetString(balanceAt.String())
    ethValue := new(big.Float).Quo(fbalance, big.NewFloat(math.Pow10(18)))
    fmt.Println(ethValue) // 25.729324269165216041

    pendingBalance, err := client.PendingBalanceAt(context.Background(), account)
    fmt.Println(pendingBalance) // 25729324269165216042
}

获取账户代币余额

参数获取方法

获取代币余额需要from、to和data参数：

func (rc *RequestChain) GetCallContractInfo(from, to, data string) (string, error) {
    info, err := rc.Client.CallContract(from, to, data)
    if err != nil {
        logger.Error("GetCallContractInfo", "step", "CallContract", "err", err.Error())
        return "", err
    }
    res, err := common.HexToString(info.(string))
    if err != nil {
        logger.Error("GetCallContractInfo", "step", "HexToString", "err", err.Error())
        return "", err
    }
    resByte, err := hex.DecodeString(res)
    return string(resByte), nil
}

以太坊RPC调用

通过调用以太坊RPC接口查询合约余额：

// CallContract 查询合约
func (eth *Http) CallContract(from, to, data string) (interface{}, error) {
    tag := "latest"
    args = []interface{}{CallMsg{
        From: from,
        To:   to,
        Data: data,
    }, tag}
    params := NewHttpParams("eth_call", args)
    resBody, err := eth.rpc.HttpRequest(params)
    if err != nil {
        return nil, err
    }
    return eth.ParseJsonRPCResponse(resBody)
}

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常见问题

什么是以太坊stateTrie？

stateTrie是以太坊中存储所有账户状态的数据结构，采用PMT树形式组织。它包含了每个账户的余额、nonce、合约存储根和代码哈希等信息，通过区块头中的stateRoot可以访问到特定区块时的全局状态。

如何查询历史区块的账户余额？

使用BalanceAt方法时，除了传入账户地址外，还需要指定要查询的区块号。区块号需要转换为big.Int类型，这样可以获取到该区块确认时的账户余额状态。

待处理余额与确认余额有何区别？

待处理余额(PendingBalanceAt)反映的是包含尚未被区块确认的交易后的余额，而确认余额(BalanceAt)只计算已经被区块确认的交易。在交易等待期间，查询待处理余额可以预估交易完成后的账户状态。

如何正确转换wei和ETH单位？

以太坊使用wei作为最小单位，1 ETH = 10^18 wei。转换时需要使