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小編：記得關(guān)注哦

來(lái)源：萬(wàn)向區(qū)塊鏈

原文標(biāo)題：三分鐘了解區(qū)塊鏈常用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)「默克爾樹(shù)」

默克爾樹(shù)是由哈希值構(gòu)成的樹(shù)狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，封裝在區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)層，用于驗(yàn)證區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)的完整準(zhǔn)確性。

原文標(biāo)題：《默克爾樹(shù)究竟是棵什么樹(shù)？| 萬(wàn)向區(qū)塊鏈小課堂》 撰文：萬(wàn)向區(qū)塊鏈

本期萬(wàn)向區(qū)塊鏈小課堂將為大家講解區(qū)塊鏈中經(jīng)常提及的一棵樹(shù)：默克爾樹(shù)(Merkle Tree)。

來(lái)回憶下我們之前小課堂解構(gòu)的區(qū)塊鏈六層模型，默克爾樹(shù)封裝在數(shù)據(jù)層，說(shuō)明它是一個(gè)密碼學(xué)技術(shù)，用以保護(hù)區(qū)塊鏈的安全。

默克爾樹(shù)于 1979 年由美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)家拉爾夫·默克爾(Ralph Merkle)提出，本質(zhì)上是一種樹(shù)狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，由數(shù)據(jù)塊、葉子節(jié)點(diǎn)、中間節(jié)點(diǎn)和根節(jié)點(diǎn)組成。所以，一組合，就叫「Merkle Tree」。

默克爾樹(shù)各部分的構(gòu)成關(guān)系如下圖：

要得到這樣一棵默克爾樹(shù)，首先要對(duì)底部數(shù)據(jù)塊進(jìn)行哈希運(yùn)算，用每個(gè)數(shù)據(jù)塊對(duì)應(yīng)的哈希值生成葉子節(jié)點(diǎn)。再對(duì)相鄰的 2 個(gè)葉子節(jié)點(diǎn)進(jìn)行哈希運(yùn)算，得到的哈希值生成中間節(jié)點(diǎn)，最后對(duì)相鄰的 2 個(gè)中間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行哈希運(yùn)算，得到的哈希值生成根節(jié)點(diǎn)。由于各類節(jié)點(diǎn)都是由哈希值構(gòu)成，因此默克爾樹(shù)又被稱為哈希樹(shù)，即儲(chǔ)存哈希值的樹(shù)狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

看起來(lái)是不是很像一棵底下堆滿了禮物的圣誕樹(shù)？

哈希運(yùn)算和哈希值

生成默克爾樹(shù)用到的哈希運(yùn)算是區(qū)塊鏈中常用的加密函數(shù)。任意大小、長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)哈希運(yùn)算后都會(huì)得到一個(gè)固定大小和長(zhǎng)度的數(shù)值，即哈希值。就像我們的指紋或簽名能幫助鑒別我們的身份，哈希值也可以看成是數(shù)據(jù)的指紋或簽名，用于驗(yàn)證數(shù)據(jù)的真實(shí)準(zhǔn)確性，并具有以下特征：

確定性

數(shù)據(jù)和哈希值之間是確定的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，即相同數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)哈希運(yùn)算會(huì)得到相同的哈希值。

不可逆性

哈希運(yùn)算的過(guò)程是不可逆的，即數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)哈希運(yùn)算可以得到哈希值，但不可以通過(guò)哈希值推導(dǎo)出原始運(yùn)算數(shù)據(jù)，由此保證數(shù)據(jù)的隱私和安全性。比如 Facebook 等網(wǎng)站會(huì)將用戶密碼計(jì)算成哈希值并儲(chǔ)存。用戶每次輸入密碼時(shí)，密碼都會(huì)被轉(zhuǎn)換成哈希值與網(wǎng)站記錄的版本進(jìn)行對(duì)比，從而驗(yàn)證密碼是否正確。由于哈希運(yùn)算的不可逆性，網(wǎng)站無(wú)法從哈希值中推導(dǎo)出用戶密碼，從而保證用戶信息安全。

統(tǒng)一性

即上文提到的任意大小、長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)哈希運(yùn)算后會(huì)生成大小、長(zhǎng)度統(tǒng)一的哈希值，一方面起到壓縮數(shù)據(jù)，減輕數(shù)據(jù)儲(chǔ)存壓力的作用，另一方面規(guī)整了雜亂無(wú)章的原數(shù)據(jù)，方便后期比對(duì)驗(yàn)證。

為什么要用默克爾樹(shù)？

由于默克爾樹(shù)本質(zhì)上是由哈希值構(gòu)成的樹(shù)狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因此也繼承了哈希值用于保證數(shù)據(jù)安全隱私和校驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確和完整性的功能，主要應(yīng)用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)下載，例如 BT 下載、開(kāi)源分布式控制系統(tǒng) Git、比特幣和以太坊區(qū)塊鏈等場(chǎng)景中。因?yàn)槲覀冸y以保證這些去中心化系統(tǒng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)提供真實(shí)可信的數(shù)據(jù)，也難以避免數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)丟失、損壞等情況，所以需要引入數(shù)據(jù)加密和校驗(yàn)機(jī)制。

看到這里，你可能已經(jīng)意識(shí)到了默克爾樹(shù)其實(shí)就是將數(shù)據(jù)分割成多個(gè)小塊，進(jìn)行多次哈希運(yùn)算，搭建出的一個(gè)樹(shù)狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。那為什么要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，計(jì)算出多個(gè)哈希值用于校驗(yàn)?zāi)?#xff1f;這不是增加工作量了嗎？但其實(shí)這樣做是為了提高數(shù)據(jù)驗(yàn)證的靈活性，數(shù)據(jù)量越大，默克爾樹(shù)的這一優(yōu)勢(shì)會(huì)體現(xiàn)得越明顯。

試想一下，如果我們不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分，而是將整體計(jì)算成一個(gè)哈希值，那當(dāng)數(shù)據(jù)校驗(yàn)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，我們很難分辨問(wèn)題出現(xiàn)在哪里，只能回過(guò)頭去對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行排查，如果數(shù)據(jù)量特別大，那么這個(gè)錯(cuò)誤排查過(guò)程無(wú)異于海底撈針。

但在默克爾樹(shù)里，數(shù)據(jù)被拆分成多個(gè)小塊，形成了多個(gè)分支，可以根據(jù)具體情況對(duì)部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，無(wú)需校驗(yàn)整個(gè)數(shù)據(jù)，從而提高數(shù)據(jù)校驗(yàn)的靈活性和效率。

最后總結(jié)一下默克爾樹(shù)的知識(shí)要點(diǎn)：

• 由哈希值構(gòu)成的樹(shù)狀數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
• 用于驗(yàn)證驗(yàn)證區(qū)塊鏈等去中心化系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)的完整準(zhǔn)確性
• 具有靈活高效驗(yàn)證數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的常用的数据结构_三分钟了解区块链常用数据结构「默克尔树」的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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