--- title: "Простая сериализация" description: "Объяснение формата SSZ Эфириума." lang: ru sidebarDepth: 2 --- **Простая сериализация (SSZ)** — это метод сериализации, используемый в сигнальной цепочке. Он заменяет сериализацию RLP, используемую на уровне исполнения, повсюду на уровне консенсуса, за исключением протокола обнаружения пиров. Чтобы узнать больше о сериализации RLP, см. [Префикс рекурсивной длины (RLP)](/developers/docs/data-structures-and-encoding/rlp/). SSZ разработан так, чтобы быть детерминированным, а также эффективно преобразовываться в дерево Меркла. Можно считать, что SSZ состоит из двух компонентов: схемы сериализации и схемы построения дерева Меркла, которая предназначена для эффективной работы с сериализованной структурой данных. ## Как работает SSZ? {#how-does-ssz-work} ### Сериализация {#serialization} SSZ — это схема сериализации, которая не является самоописываемой; вместо этого она опирается на схему, которая должна быть известна заранее. Цель сериализации SSZ — представить объекты произвольной сложности в виде строк байтов. Это очень простой процесс для «базовых типов». Элемент просто преобразуется в шестнадцатеричные байты. К базовым типам относятся: - беззнаковые целые числа - логические значения (булевы типы) Для сложных «составных» типов сериализация сложнее, поскольку составной тип содержит несколько элементов, которые могут иметь разные типы, разные размеры или и то, и другое. Если все эти объекты имеют фиксированную длину (т. е. размер элементов всегда будет постоянным независимо от их фактических значений), сериализация представляет собой простое преобразование каждого элемента составного типа в упорядоченные строки байтов в формате little-endian (от младшего к старшему). Эти строки байтов объединяются вместе. Сериализованный объект имеет представление элементов фиксированной длины в виде списка байтов в том же порядке, в котором они появляются в десериализованном объекте. Для типов с переменной длиной фактические данные заменяются значением «смещения» в позиции этого элемента в сериализованном объекте. Фактические данные добавляются в кучу в конце сериализованного объекта. Значение смещения — это индекс начала фактических данных в куче, действующий как указатель на соответствующие байты. В приведенном ниже примере показано, как работает смещение для контейнера с элементами как фиксированной, так и переменной длины: ```Rust struct Dummy { number1: u64, number2: u64, vector: Vec, number3: u64 } dummy = Dummy{ number1: 37, number2: 55, vector: vec![1,2,3,4], number3: 22, } serialized = ssz.serialize(dummy) ``` `serialized` будет иметь следующую структуру (здесь дополнено только до 4 бит, в реальности дополняется до 32 бит, а представление `int` сохранено для ясности): ``` [37, 0, 0, 0, 55, 0, 0, 0, 16, 0, 0, 0, 22, 0, 0, 0, 1, 2, 3, 4] ------------ ----------- ----------- ----------- ---------- | | | | | число1 число2 смещение число 3 значение для вектора для вектора ``` разделено на строки для ясности: ``` [ 37, 0, 0, 0, # кодирование `number1` в формате little-endian. 55, 0, 0, 0, # кодирование `number2` в формате little-endian. 16, 0, 0, 0, # «Смещение», указывающее, где начинается значение `vector` (16 в формате little-endian). 22, 0, 0, 0, # кодирование `number3` в формате little-endian. 1, 2, 3, 4, # Фактические значения в `vector`. ] ``` Это все еще упрощение — целые числа и нули на схемах выше на самом деле будут храниться в виде списков байтов, например так: ``` [ 10100101000000000000000000000000 # кодирование `number1` в формате little-endian 10110111000000000000000000000000 # кодирование `number2` в формате little-endian. 10010000000000000000000000000000 # «Смещение», указывающее, где начинается значение `vector` (16 в формате little-endian). 10010110000000000000000000000000 # кодирование `number3` в формате little-endian. 10000001100000101000001110000100 # Фактическое значение поля `bytes`. ] ``` Таким образом, фактические значения для типов переменной длины хранятся в куче в конце сериализованного объекта, а их смещения хранятся на соответствующих позициях в упорядоченном списке полей. Существуют также некоторые особые случаи, требующие специфической обработки, например тип `BitList`, который требует добавления ограничения длины во время сериализации и его удаления во время десериализации. Полная информация доступна в [спецификации SSZ](https://github.com/ethereum/consensus-specs/blob/master/ssz/simple-serialize.md). Для десериализации этого объекта требуется схема. Схема определяет точную структуру сериализованных данных, чтобы каждый конкретный элемент мог быть десериализован из блоба байтов в осмысленный объект, элементы которого имеют правильный тип, значение, размер и позицию. Именно схема сообщает десериализатору, какие значения являются фактическими, а какие — смещениями. Все имена полей исчезают при сериализации объекта, но восстанавливаются при десериализации в соответствии со схемой. ## Построение дерева Меркла {#merkleization} Этот сериализованный объект SSZ затем может быть преобразован в дерево Меркла, то есть трансформирован в представление тех же данных в виде дерева Меркла. Сначала определяется количество 32-байтовых фрагментов в сериализованном объекте. Это «листья» дерева. Общее количество листьев должно быть степенью двойки, чтобы хеширование листьев вместе в конечном итоге дало единый корень хеш-дерева. Если это не так по умолчанию, добавляются дополнительные листья, содержащие 32 байта нулей. Схематично: ``` корень хеш-дерева / \ / \ / \ / \ хеш листьев хеш листьев 1 и 2 3 и 4 / \ / \ / \ / \ / \ / \ лист1 лист2 лист3 лист4 ``` Бывают также случаи, когда листья дерева не распределяются равномерно естественным образом, как в примере выше. Например, лист 4 может быть контейнером с несколькими элементами, которые требуют добавления дополнительной «глубины» в дерево Меркла, создавая неравномерное дерево. Вместо того чтобы называть эти элементы дерева листом X, узлом X и т. д., мы можем присвоить им обобщенные индексы, начиная с корня = 1 и считая слева направо на каждом уровне. Это и есть обобщенный индекс, объясненный выше. Каждый элемент в сериализованном списке имеет обобщенный индекс, равный `2**depth + idx`, где idx — это его позиция с нулевым индексом в сериализованном объекте, а depth (глубина) — это количество уровней в дереве Меркла, которое можно определить как логарифм по основанию два от количества элементов (листьев). ## Обобщенные индексы {#generalized-indices} Обобщенный индекс — это целое число, представляющее узел в бинарном дереве Меркла, где каждый узел имеет обобщенный индекс `2 ** depth + index in row`. ``` 1 --глубина = 0 2**0 + 0 = 1 2 3 --глубина = 1 2**1 + 0 = 2, 2**1+1 = 3 4 5 6 7 --глубина = 2 2**2 + 0 = 4, 2**2 + 1 = 5... ``` Это представление дает индекс узла для каждого фрагмента данных в дереве Меркла. ## Мультидоказательства {#multiproofs} Предоставление списка обобщенных индексов, представляющих конкретный элемент, позволяет нам проверить его по корню хеш-дерева. Этот корень — наша принятая версия реальности. Любые предоставленные нам данные могут быть проверены на соответствие этой реальности путем вставки их в правильное место в дереве Меркла (определяемое его обобщенным индексом) и наблюдения за тем, что корень остается неизменным. В спецификации [здесь](https://github.com/ethereum/consensus-specs/blob/master/ssz/merkle-proofs.md#merkle-multiproofs) есть функции, которые показывают, как вычислить минимальный набор узлов, необходимый для проверки содержимого определенного набора обобщенных индексов. Например, чтобы проверить данные по индексу 9 в дереве ниже, нам нужен хеш данных по индексам 8, 9, 5, 3, 1. Хеш (8,9) должен равняться хешу (4), который хешируется с 5 для получения 2, который хешируется с 3 для получения корня дерева 1. Если бы для 9 были предоставлены неверные данные, корень изменился бы — мы бы обнаружили это и не смогли бы проверить ветвь. ``` * = данные, необходимые для генерации доказательства 1* 2 3* 4 5* 6 7 8* 9* 10 11 12 13 14 15 ``` - [Обновление Эфириума: SSZ](https://eth2book.info/altair/part2/building_blocks/ssz) - [Обновление Эфириума: построение дерева Меркла](https://eth2book.info/altair/part2/building_blocks/merkleization) - [Реализации SSZ](https://github.com/ethereum/consensus-specs/issues/2138) - [Калькулятор SSZ](https://simpleserialize.com/)