狀態機

加密貨幣中的狀態機是什麼？

狀態機是接收輸入並套用固定規則時，從一個有效狀態移至另一個有效狀態的系統。

在加密貨幣中，狀態機是解釋區塊鏈如何更新餘額、帳戶、智能合約、UTXO、驗證者紀錄及其他鏈上資料的核心模型。

狀態是區塊鏈目前的狀況。

輸入通常是交易、區塊、訊息或智能合約呼叫。

狀態轉換函數是決定輸入是否有效以及狀態應如何改變的協議邏輯。

若將相同有效輸入套用至相同初始狀態，每個誠實節點都應得到相同最終狀態。

這種確定性行為讓數千台獨立電腦無須信任中央資料庫，也能對同一份共享區塊鏈達成共識。

官方 Ethereum 白皮書將 Ethereum 狀態描述為由帳戶構成，並將狀態轉換描述為帳戶之間的價值及資訊轉移。

簡單來說，區塊鏈狀態機是將舊區塊鏈資料與新交易轉化為新區塊鏈狀態的規則引擎。

狀態機為何對區塊鏈重要

狀態機很重要，因為區塊鏈是必須在多台不同電腦上產生相同結果的共享系統。

區塊鏈不能依賴單一公司伺服器來決定正確餘額或合約數值。

網路需要每個節點都能獨立執行的規則。

提議區塊時，節點會驗證區塊內交易並套用協議規則。

若區塊交易產生有效的新狀態，該區塊可被接受；若交易違反規則，誠實節點會拒絕該區塊。

這使區塊鏈即使有許多彼此不認識或不互信的參與者，仍可維持完整性。

狀態機也有助於使用者理解，僅有區塊鏈歷史並不足夠。

交易記錄使用者嘗試做什麼，但狀態機決定這些交易實際改變了什麼。

最終結果是每個誠實節點都可重現的新狀態。

狀態、輸入與轉換函數

每個區塊鏈狀態機都有三個基本部分：狀態、輸入及轉換函數。

狀態是區塊鏈處理新操作所需的目前資料集合。

在以帳戶為基礎的區塊鏈中，狀態可包含帳戶餘額、nonce、合約程式碼及合約儲存空間。

在以 UTXO 為基礎的區塊鏈中，狀態可包含仍可花費的未花費交易輸出集合。

輸入是提交至系統的新操作。在多數加密貨幣網路中，最常見的輸入是已簽名交易。

轉換函數是檢查輸入並更新狀態的規則集合。

例如，交易可能只有在簽章正確、發送者餘額足夠、nonce 正確且已支付手續費時才有效。

若所有規則均通過，狀態機會套用交易並建立新狀態；若任何必要規則失敗，狀態轉換會依協議規則遭拒絕，或交易執行失敗。

區塊鏈作為複製狀態機

區塊鏈常被描述為複製狀態機，因為許多節點維護相同狀態的副本，並依相同順序套用相同交易。

複製表示由多台電腦持有及更新系統，而不是單一中央伺服器。

狀態機表示這些電腦遵循相同的確定性轉換規則。

交易順序很重要，因為以不同順序套用相同交易可能產生不同結果。

共識機制協助網路就區塊及交易順序達成共識。

順序確定後，每個節點即可執行交易並計算新狀態。

官方 CometBFT 文件將 CometBFT 描述為針對確定性有限狀態機執行拜占庭容錯狀態機複製的軟體。

此說明概括許多區塊鏈系統的基本概念：共識對有序輸入達成共識，狀態機則套用輸入以產生下一個狀態。

區塊鏈只有在兩部分都正確時才能正常運作。

加密貨幣狀態機的確定性

確定性表示將相同輸入套用至相同狀態時，永遠會產生相同輸出。

加密貨幣狀態機必須具有確定性，因為獨立節點需要得到相同結果。

若一個節點與另一個誠實節點計算出不同結果，網路可能分裂或拒絕區塊。

這也是智能合約不能依賴本機電腦一般隨機數的原因。

同時，區塊鏈會定義 Gas 計算、簽章、算術、儲存更新與交易排序的精確規則。

即使很小的執行差異，只要改變最終狀態根或帳本結果，都可能造成危險。

確定性對智能合約平台尤其重要，因為合約程式碼可能處理大量價值。

合約函數在相同條件下，必須為每位執行它的驗證者產生相同結果。

這使區塊鏈程式設計比一般網頁程式設計更嚴格。

只有轉換規則可預測且可重現時，狀態機才可靠。

Ethereum 作為狀態機

Ethereum 是區塊鏈狀態機最清楚的例子之一。

Ethereum 白皮書描述 Ethereum 的狀態由帳戶構成，每個帳戶包含 nonce、餘額、合約程式碼及儲存空間。

交易透過移轉價值、建立合約、呼叫合約或變更合約儲存空間來觸發狀態轉換。

Ethereum Virtual Machine，即 EVM，是處理智能合約程式碼的執行環境。

官方 Ethereum EVM 文件將 EVM 描述為可在所有 Ethereum 節點上一致且安全執行程式碼的去中心化虛擬環境。

這表示 EVM 是 Ethereum 狀態轉換機制的一部分。

交易呼叫智能合約時，EVM 會執行合約指令並計算所產生的狀態變更。

這些變更可包括餘額更新、儲存寫入、日誌、合約建立及 Gas 消耗。

每個節點若從相同初始狀態執行相同交易，每個誠實節點都應達到相同最終狀態。

因此，Ethereum 可支援可程式化應用程式，而無須依賴中央應用程式伺服器。

Ethereum 世界狀態

Ethereum 世界狀態是所有 Ethereum 帳戶目前的全域狀態。

它包含由私鑰控制的外部擁有帳戶，以及由程式碼控制的合約帳戶。

官方 Ethereum Merkle Patricia Trie 文件指出，Ethereum 具有一個全域狀態樹，且每當用戶端處理區塊時都會更新。

此狀態樹會產生承諾目前世界狀態的狀態根。

狀態根儲存在區塊標頭中。

若帳戶餘額或合約儲存數值變更，所得狀態根也應改變。

這使 Ethereum 在每個區塊後具有整個狀態的精簡加密指紋。

狀態機更新世界狀態，狀態根則讓節點驗證它們對結果達成共識。

此設計連結執行、儲存與共識。

若沒有共享世界狀態，Ethereum 智能合約便沒有共同的讀取及寫入環境。

Bitcoin 作為狀態機

Bitcoin 也是狀態機，但採用與 Ethereum 不同的狀態模型。

Bitcoin 不使用像 Ethereum 一樣的全域帳戶系統，而是採用 UTXO 模型；目前可花費狀態是未花費交易輸出的集合。

官方 Bitcoin 交易開發者指南說明，交易會花費未花費交易輸出，並建立新的輸出。

Bitcoin 交易只有在花費現有且尚未花費的 UTXO 時才有效。

有效交易被接受後，已消耗的 UTXO 會從可花費集合中移除，交易建立的新輸出則成為新的 UTXO。

這表示 Bitcoin 的狀態轉換函數會更新 UTXO 集合。

Bitcoin 的狀態機不如 Ethereum 智能合約模型通用，但仍是更新所有權狀態的確定性系統。

核心概念相同：有效交易將系統從一個有效狀態移至下一個狀態。

帳戶模型與 UTXO 狀態機

帳戶模型與 UTXO 模型是設計區塊鏈狀態機的兩種不同方式。

在帳戶模型中，狀態包含帳戶與餘額。使用者向另一位使用者交易通常會減少發送者餘額並增加接收者餘額。

智能合約平台常採用帳戶型設計，因為合約需要持久儲存空間與直接狀態更新。

在 UTXO 模型中，狀態包含未花費輸出而非帳戶餘額。交易消耗舊輸出並建立新輸出。

錢包可能顯示簡單餘額，但該餘額通常由使用者可花費輸出計算。

帳戶模型對應用程式開發者而言可能更直觀；UTXO 模型可使某些平行驗證與幣追蹤方式更自然。

兩種模型都是狀態機，因為兩者都定義有效狀態及有效狀態轉換。

智能合約與狀態機

智能合約是在區塊鏈狀態機內執行的程式。

智能合約可儲存資料、執行規則、接收資產、發送資產及與其他合約互動。

使用者呼叫智能合約時，區塊鏈不只是記錄訊息，而是執行合約程式碼並依結果更新狀態。

例如，代幣轉帳合約可在合約儲存空間中減少一位使用者的代幣餘額，並增加另一位使用者的代幣餘額。

借貸合約可更新抵押品餘額、債務餘額、利息指數及強制平倉狀態。

去中心化交易所合約可更新流動性池儲備及使用者倉位。

所有這些操作都是狀態轉換。

由於智能合約可持有實際價值，其狀態轉換邏輯必須具確定性、安全且經過審慎測試。

合約狀態轉換規則的漏洞可能造成資金損失或應用程式行為故障。

狀態機與共識

狀態機不等同於共識機制。

狀態機定義套用交易時狀態如何改變；共識定義網路如何就應套用哪些交易與區塊達成共識。

區塊鏈兩者都需要。

若網路有有效狀態機但沒有共識，節點可能套用不同交易順序並得到不同狀態。

若網路有共識但狀態機存在缺陷，節點可能對產生不安全或錯誤結果的區塊達成共識。

共識選擇有序輸入流；狀態機執行該輸入流。

只有排序與執行規則都正確時，最終狀態才正確。

此區別有助於使用者理解區塊鏈為何同時具有驗證者規則與執行規則。

狀態轉換函數

狀態轉換函數是將舊狀態及輸入映射為新狀態的正式規則。

以簡單符號表示，新狀態等於將轉換函數套用至舊狀態及交易。

在加密貨幣網路中，此函數會檢查簽章、餘額、nonce、費用、Gas 上限、合約程式碼及協議特定規則。

若輸入有效，函數會產生有效新狀態；若輸入無效，函數會依網路規則拒絕它，或將執行標示為失敗。

Ethereum 的狀態轉換函數可包含 EVM 執行、Gas 計算、儲存更新與事件日誌。

Bitcoin 的狀態轉換函數檢查輸入是否花費有效 UTXO，以及輸出是否符合腳本與數值規則。

其他區塊鏈可透過模組、pallet、Move 物件、資源或應用程式特定邏輯定義狀態轉換。

轉換函數是狀態機的核心，使區塊鏈無須人工操作員手動更新餘額也能持續前進。

狀態機複製

狀態機複製是在多台機器上執行相同確定性狀態機，使其保持同步的過程。

在區塊鏈系統中，這表示許多節點處理相同有序交易並計算相同結果。

此模型可提供容錯能力。若一個節點離線，其他節點仍持有及更新狀態；若一個節點說謊，其他節點可拒絕無效結果。

若使用者希望驗證系統，可自行執行節點並檢查狀態轉換。

CometBFT 是此概念的重要案例，因為其文件明確描述針對確定性有限狀態機的 BFT 狀態機複製。

許多 Appchain 與模組化區塊鏈設計使用這個概念，將共識與應用程式邏輯分離。

共識層排序交易，應用程式狀態機則定義交易含義。此分離讓開發者可建置自訂區塊鏈應用程式，同時依賴共識引擎進行複製。

應用程式專用狀態機

應用程式專用區塊鏈是為特定應用程式或使用情境建置的區塊鏈。

在此設計中，區塊鏈狀態機可依應用程式規則自訂。

付款鏈可定義簡單餘額與轉帳；去中心化交易所鏈可定義訂單簿、流動性池與撮合規則。

遊戲鏈可定義玩家、道具、對戰及獎勵；治理鏈可定義提案、投票、委託及金庫規則。

這不同於由許多應用程式共享一個執行環境的通用智能合約平台。

應用程式專用狀態機可能更有效率，因為無須支援所有可能的使用情境，也可能更容易理解，因為規則更聚焦。

其權衡是可能不如共享智能合約平台具有通用可組合性。

狀態機與虛擬機

區塊鏈虛擬機是在狀態機內執行程式碼的執行環境。

EVM 是最知名的例子，其他區塊鏈生態系統則使用不同虛擬機或執行環境。

虛擬機定義指令如何解讀、記憶體如何運作、儲存空間如何存取、Gas 如何收取，以及錯誤如何處理。

狀態機使用虛擬機處理可程式化交易。

例如，Ethereum 執行智能合約呼叫時，EVM 會執行位元組碼並產生狀態變更。

虛擬機必須具確定性，才能使所有節點計算相同結果。

虛擬機不是完整區塊鏈，但它是執行層關鍵部分。

區塊鏈狀態機包括虛擬機、帳戶規則、費用規則、交易規則及狀態更新規則。

了解此關係有助於開發者理解執行環境為何屬於共識關鍵部分。

狀態機與 Gas

Gas 是許多智能合約區塊鏈用於限制並收取執行費用的定價系統。

官方 Ethereum Gas 文件說明，Gas 是衡量在 Ethereum 上執行操作所需運算工作量的單位。

Gas 是狀態機的一部分，因為交易執行會消耗資源。

若沒有 Gas 上限，交易可能無限執行或消耗過多運算資源。

Gas 讓運算可衡量，並防止使用者迫使所有節點免費執行無限工作。

Gas 也影響狀態轉換，因為交易若耗盡 Gas 可能失敗。

即使執行失敗，仍可能需要支付費用，因為節點已花費資源嘗試執行。

智能合約開發者必須了解 Gas，因為低效率狀態轉換可能使使用者成本高昂。

使用者也必須了解 Gas，因為交易手續費是改變區塊鏈狀態的成本之一。

Gas 顯示狀態機必須同時管理正確性與資源使用。

狀態機與狀態根

許多區塊鏈使用加密承諾在每個區塊後摘要狀態。

在 Ethereum 中，狀態根承諾交易執行後的世界狀態。

狀態根不是狀態本身，而是對狀態的精簡雜湊承諾。

若節點處理相同區塊並計算相同狀態根，便有證據顯示它們同意所得狀態。

若節點計算出不同狀態根，則區塊、執行或用戶端實作可能存在問題。

狀態根也支援證明特定數值存在於已承諾狀態中，這對輕量用戶端、跨鏈橋、稽核人員及跨鏈系統很重要。

狀態機更新資料，狀態根則有助於證明更新後的資料為何。這正是區塊鏈連結執行結果與加密驗證的方式。

狀態機與節點

節點是執行區塊鏈軟體並維護狀態機的實際電腦。

官方 Ethereum 技術介紹說明，節點儲存 EVM 狀態並彼此通訊，以傳播狀態變更。

完整節點會透過執行交易並檢查所得狀態有效性來驗證區塊。

驗證者或區塊產生者可提議新區塊，但其他節點仍須驗證。

這種獨立驗證是區塊鏈得以最小化信任的主要原因之一。

自行執行節點的使用者無須信任第三方伺服器提供目前狀態，因為可從已接受區塊自行計算狀態。

不過，執行節點需要硬體、頻寬、儲存空間及維護，狀態成長可能隨時間使節點更難執行。

因此，狀態機設計會影響去中心化及執行。

狀態機與最終性

最終性表示在協議假設下，狀態轉換被視為已結算，且非常難以或不可能被逆轉。

最終性前，交易可能已納入區塊，但仍面臨重組風險。

最終性後，使用者可更有信心該狀態轉換將持續是規範鏈的一部分。

不同區塊鏈對最終性的定義不同。

有些鏈採用機率性最終性，隨著更多區塊加入，信心逐漸提升。

有些鏈採用經濟或 BFT 類型最終性，驗證者依懲罰或共識規則承諾區塊。

最終性很重要，因為狀態機在分叉期間可能暫時具有競爭的歷史版本。

共識決定哪個歷史成為規範歷史。

使用者通常不只關心狀態轉換是否發生，也關心它是否會持續被接受。

只有當使用者能依賴狀態變更已結算時，區塊鏈狀態機才對金融用途有價值。

狀態機與分叉

當不同節點暫時或永久追蹤不同區塊歷史時，可能發生分叉。

若兩段歷史包含不同交易，便可能產生不同狀態。

共識規則會依協議決定哪一條鏈是規範鏈。

暫時分叉可在去中心化網路中自然發生。

永久分叉可在社群或軟體用戶端刻意採用不同協議規則時發生。

狀態機分叉很嚴重，因為可建立餘額、合約及帳本歷史的兩個獨立版本。

若兩個網路在分叉點前共享歷史，便在該時點共享相同初始狀態。

分叉後，不同交易排序或規則可產生不同狀態。

因此，協議升級必須謹慎協調。所有希望留在同一網路的誠實參與者，都必須執行相容的狀態轉換規則。

狀態機與智能合約漏洞

智能合約漏洞很危險，因為合約是區塊鏈狀態機的一部分。

漏洞可能定義非預期的狀態轉換。

例如，合約可能讓攻擊者提領超過預期的資金，可能以錯誤順序更新餘額，或在變更狀態前未檢查授權。

合約也可能允許重入攻擊、算術錯誤或不安全的升級行為。

交易一旦被接受，所得狀態變更可能很難或無法在沒有特殊社會協調的情況下逆轉。

因此，智能合約稽核、測試、形式驗證與謹慎設計很重要。

即使合約邏輯在經濟上有害，區塊鏈狀態機仍會忠實執行有效合約邏輯。

因此，程式碼正確性是狀態安全性的一部分。

狀態機與預言機

預言機為區塊鏈應用程式提供外部資料。

它們很重要，因為區塊鏈狀態機本身無法直接知道鏈下事實。

例如，借貸合約可能需要代幣價格，預測市場可能需要事件結果，合成資產系統可能需要參考指數。

預言機提交的資料會成為狀態機輸入。

若預言機資料錯誤、延遲、遭操縱或無法取得，所得狀態轉換可能錯誤。

因此，依賴真實世界資訊的應用程式，其預言機設計至關重要。

確定性狀態機只能確定性地處理所接收的資料，除非預言機系統可信且安全，否則無法保證鏈下資料為真實。

狀態機與狀態膨脹

活躍區塊鏈狀態成長過大時，就會發生狀態膨脹。

每個帳戶、儲存槽、合約、委託單、倉位及資料項目都可能增加節點必須維護的狀態。

較大的狀態可能增加節點儲存需求、同步時間、資料庫工作負載及硬體成本。

若可執行節點的人減少，去中心化可能受損。

這也是許多區塊鏈對持久儲存空間收取費用或押金的原因。

狀態膨脹是狀態機問題，因為每次狀態轉換都可能新增、修改或移除資料。

設計良好的狀態機應在支援有用應用程式的同時，抑制無用的狀態成長。

Gas 費、儲存租金、狀態到期、修剪及狀態承諾改善都與此問題相關。

區塊鏈狀態機越強大，越須謹慎管理長期狀態。擴容不只關於每秒交易數，也關於永續的狀態成長。

狀態機與 Layer 2 網路

Layer 2 網路也使用狀態機。

例如，Rollup 具有自己的狀態，並隨使用者提交交易而改變。

Rollup 可將交易資料、狀態根、有效性證明或詐欺證明資料發布至基礎層。

基礎層不一定直接執行每筆 Layer 2 交易，而是依 Rollup 設計協助結算或驗證 Layer 2 狀態。

因此，Layer 2 可理解為連接至 Layer 1 狀態機的另一個狀態機。

跨層設計很複雜，因為使用者需要確信 Layer 2 狀態轉換有效且可提領。

資料可用性、證明系統、跨鏈橋、排序器與結算規則都很重要。

Layer 2 擴容不會消除狀態機，而是增加以不同方式依賴基礎層安全性的專用狀態機。

狀態機與跨鏈橋

跨鏈橋連接不同鏈或不同層的狀態機。

跨鏈橋可能需要先證明事件、訊息或狀態轉換已在一條鏈上發生，才在另一條鏈上釋放或鑄造資產。

這很困難，因為每條區塊鏈都有自己的共識、最終性規則、狀態模型與證明系統。

誤解狀態的跨鏈橋可能變得不安全。

例如，跨鏈橋可能在訊息達到最終性前接受訊息、依賴薄弱驗證者集合、未驗證正確狀態根或證明，或在接收狀態機中存在智能合約漏洞。

因此，跨鏈橋是狀態機互動中風險最高的領域之一。

使用者不應假定資產在跨越不同狀態機後仍具有相同安全性。

狀態機與治理

治理可改變區塊鏈狀態機的規則。

協議升級可新增交易類型、改變 Gas 成本、修改質押規則、導入新操作碼或調整儲存定價。

這些變更會影響未來狀態轉換如何運作。

因此，治理決策不只是政治或社會決策，也是對定義有效區塊鏈行為之規則引擎的變更。

若治理流程薄弱、倉促或遭掌控，可能危及狀態機安全；若流程清楚且經充分測試，則可協助網路演進。

升級必須在用戶端軟體間謹慎實作。若用戶端對轉換規則存在分歧，網路可能分叉。

良好治理能保護共享狀態機的延續性。

狀態機與錢包

錢包是使用者與區塊鏈狀態機互動的介面。

錢包顯示餘額時，是在讀取狀態或由狀態導出的索引資料。

錢包要求使用者簽署交易時，是在準備狀態機的輸入。

使用者核准代幣、兌換資產或鑄造 NFT 時，錢包協助提交改變狀態的操作。

這也是錢包提示訊息如此重要的原因。

使用者簽署前應了解自己正授權何種狀態變更。

惡意交易可變更核准、轉移資產、呼叫合約或授予權限。

即使使用者不了解介面，區塊鏈仍會執行有效已簽署指令。

因此，錢包安全性關乎協助使用者安全建立狀態機輸入。好的錢包會在狀態轉換發生前使其易於理解。

狀態機與代幣餘額

代幣餘額通常是智能合約中的狀態值。

在以帳戶為基礎的智能合約平台中，代幣合約可儲存從使用者地址至餘額的映射。

代幣轉帳發生時，合約會更新此內部餘額映射。

使用者可能在錢包中看到簡單的餘額變化，但底層是合約層級的狀態轉換。

這表示代幣餘額不一定與原生幣餘額屬於相同類型的狀態。

原生幣餘額可能是基礎帳戶狀態的一部分，代幣餘額則可能是合約儲存狀態的一部分。

這項區別對證明、索引、錢包顯示及智能合約風險很重要。

若代幣合約邏輯不安全，代幣狀態機可能出現非預期行為。

狀態機與 NFT

NFT 也依賴狀態機。

NFT 合約會為唯一代幣 ID 儲存所有權資訊。

NFT 轉移時，合約會更新擁有該代幣 ID 的地址；NFT 鑄造時，合約建立新所有權紀錄。

NFT 銷毀時，合約會依其規則移除或標記該代幣。

中繼資料可能儲存在鏈上，或透過外部系統引用。

狀態機決定轉移是否有效、誰可核准，以及所有權如何變更。

因此，NFT 安全性除錢包保管外，也取決於合約邏輯。

NFT 不只是圖片或收藏品，也是由智能合約規則控制的狀態紀錄。

了解狀態機有助於使用者理解 NFT 鏈上所有權的實際意義。

加密貨幣中狀態機的優點

區塊鏈狀態機的第一項優點是共享驗證。任何執行相容節點軟體的人都可檢查狀態轉換是否有效。

第二項優點是確定性執行。所有誠實節點都可從相同初始狀態及有序輸入得到相同結果。

第三項優點是可程式性。智能合約平台讓開發者定義應用程式層級狀態轉換。

第四項優點是透明度。依區塊鏈與工具而定，公鏈讓使用者可檢查交易、狀態根、合約儲存空間及執行結果。

第五項優點是容錯能力。許多節點可複製狀態機，降低對單一伺服器的依賴。

第六項優點是可組合性。平台安全支援時，應用程式可與共享狀態互動。

這些優點使狀態機成為公有區塊鏈設計的基礎。

加密貨幣中狀態機的限制

第一項限制是複雜性。使用者常不了解自己正在簽署的狀態轉換。

第二項限制是狀態成長。持久狀態可能使節點儲存及驗證成本高昂。

第三項限制是執行成本。在許多區塊鏈中，每個節點都可能必須處理相同的狀態變更交易。

第四項限制是升級風險。若處理不慎，變更轉換規則可能造成漏洞或分叉。

第五項限制是應用程式風險。即使基礎鏈正常運作，智能合約狀態機仍可能包含有缺陷的邏輯。

第六項限制是外部資料風險。預言機可向原本具有確定性的系統提供錯誤資訊。

這些限制顯示狀態機設計需要工程紀律、安全審查與清楚的使用者介面。

關於狀態機的常見誤解

一項常見誤解是區塊鏈只是資料庫。區塊鏈也是狀態機，因為它定義有效狀態變更的規則。

另一項誤解是共識與執行相同。共識排序區塊與交易，執行則套用狀態轉換規則。

第三項誤解是智能合約在一台中央伺服器上執行。智能合約由節點依區塊鏈確定性狀態機規則執行。

第四項誤解是交易歷史與目前狀態相同。交易歷史記錄輸入，狀態則記錄處理輸入後的目前結果。

第五項誤解是確定性執行保證良好結果。確定性保證結果一致，但若合約邏輯或輸入資料有缺陷，結果仍可能有害。

開發者最佳實務

請將智能合約設計為明確的狀態機，具有清楚的狀態、轉換及失敗條件。

請在一般及惡意條件下測試每個狀態轉換。

請謹慎使用存取控制，因為未授權狀態轉換可能造成災難性後果。

避免在區塊鏈執行中依賴非確定性行為。

請盡量減少不必要的持久儲存空間，因為狀態成長會增加使用者與節點成本。

不需要活躍狀態時，請使用事件作為歷史訊號。

請針對呼叫失敗、重入、部分執行、預言機故障及升級路徑等邊界情況建模。

請記錄每個函數會改變哪些狀態。

請檢視 Gas 成本，因為寫入儲存空間的狀態轉換可能成本高昂。

請將狀態機邏輯視為安全關鍵程式碼。

使用者最佳實務

簽署交易前請仔細閱讀錢包提示。

請了解簽署交易可能永久改變區塊鏈狀態。

請檢查代幣核准授予合約哪些權限。

與智能合約互動時，請使用可信任的介面。

嘗試新應用程式時，請先從小額交易開始。

請驗證合約地址，並避免簽署未知訊息。

請了解在部分網路上，失敗交易仍可能產生費用。

請記住，區塊鏈狀態可公開透明，但透明度不保證安全。

使用跨鏈橋時請謹慎，因為它們連接具有不同假設的狀態機。

適當時請使用安全工具，並撤銷不必要的核准。

FAQ

加密貨幣中的狀態機是什麼？

在加密貨幣中，狀態機是以目前區塊鏈狀態及有效交易為輸入，並產生新區塊鏈狀態的規則系統。

區塊鏈為何稱為狀態機？

區塊鏈稱為狀態機，是因為它會依固定協議規則套用有序交易，反覆從一個有效狀態移至下一個狀態。

什麼是區塊鏈狀態？

區塊鏈狀態是處理新交易所需的目前資料集合，例如餘額、帳戶、合約儲存空間、UTXO 及驗證者紀錄。

什麼是狀態轉換？

狀態轉換是處理有效交易、區塊或訊息後，從一個區塊鏈狀態變更為另一個狀態。

Ethereum 是狀態機嗎？

是。Ethereum 可理解為以交易為基礎的狀態機，其中交易與智能合約呼叫會更新世界狀態。

Bitcoin 是狀態機嗎？

是。Bitcoin 可理解為以 UTXO 為基礎的狀態機，其中有效交易會消耗未花費輸出並建立新的未花費輸出。

什麼是狀態機複製？

狀態機複製是指在多台機器上執行相同確定性狀態機，使其處理相同有序輸入並維持相同狀態。

共識與狀態機有何不同？

共識對交易順序達成共識，狀態機則套用有序交易來更新區塊鏈狀態。

區塊鏈狀態機為何必須具確定性？

它們必須具確定性，才能使所有誠實節點從相同初始狀態及交易順序計算相同結果。

智能合約與狀態機有何關係？

智能合約定義應用程式層級規則，當使用者提交有效交易或合約呼叫時，這些規則會更新區塊鏈狀態。

結論

狀態機是加密貨幣網路背後最重要的概念之一。

它說明區塊鏈如何依確定性規則套用交易，從一個有效狀態移至另一個狀態。

Bitcoin 使用以 UTXO 為基礎的狀態機，其中有效交易花費舊輸出並建立新輸出。

Ethereum 使用以帳戶為基礎的狀態機，其中帳戶、餘額、合約程式碼及儲存空間會透過交易及 EVM 執行更新。

共識機制與狀態機共同運作，但負責不同工作。

共識排序輸入，狀態機執行規則並產生新狀態。

此模型使公有區塊鏈可被驗證，因為許多獨立節點可處理相同有序資料，並檢查是否得到相同結果。

狀態機也使智能合約成為可能，因為應用程式可定義改變鏈上資料的可程式化規則。

不過，當智能合約邏輯錯誤、預言機輸入不佳、狀態過度成長，或使用者簽署不了解的交易時，狀態機也會帶來實際風險。

對開發者而言，以狀態機思維設計有助於產生更安全的合約、更清楚的規則與更好的測試。

對使用者而言，它有助於理解每筆已簽署交易都是可能變更餘額、權限、所有權或應用程式狀態的指令。

在加密貨幣詞彙脈絡中，State Machine 是指處理區塊鏈交易，並將網路從一個有效狀態更新至下一個有效狀態的確定性規則系統。

重點在於，區塊鏈不只是過去交易的紀錄，也是複製狀態機，讓許多獨立節點可對數位經濟的目前真實狀態達成共識。