Gate.io 博客什么是默克尔树?

什么是默克尔树?

11月16日 18:25

[TL; DR]

- 默克尔树以提出它们的计算机科学家名字命名而来。

- 默克尔树是计算机科学和区块链中使用的一种数据结构形式。

- 默克尔树（又名哈希树）用于有效和安全地验证区块链上的交易。

- 要确认区块链上是否存在交易，只需要查询其相关数据，而默克尔树有助于加快验证过程。

图源：Enlear Academy

默克尔树这个词以一位同名计算机科学家的名字命名而来。同时，拉尔夫·默克尔（Ralph Merkle）也开发了密码哈希，他于1987年提出了默克尔树的概念，并写了一篇题为《基于传统加密函数的数字签名》的论文。

在计算机科学应用的一般术语中，默克尔树只是一种数据结构。默克尔树被密码学领域广泛采用，是一种高效和安全的区块链数据编码方式。默克尔树也可以称为哈希树，因为它们是计算机科学和密码学领域中使用的基于哈希的数据结构。

默克尔树的构成：

图源： Investopedia

如上图所示，默克尔树具有树的结构，有根和枝，各有其功能。不过，与真正的树不同，默克尔树的根在顶部，而不是底部。树最上面的哈希是根，下面是树枝和叶子。

在BTC中，根是区块头的一部分，以确保交易实时记录。分支是包含下面节点值的节点，作为它们的“父节点”。通常，在默克尔树中，这些节点下面从不包含超过两个节点，这叶就是为何它们被称为二叉哈希树。然而，哈希树可以有两个以上的节点。

最后，如前所述，叶子是底部的节点，其下就没有其他节点了。默克尔树排列中的每个节点都表示其下部分哈希数据。另一方面，叶表示单笔交易的哈希。

默克尔树的运行原理

默克尔树最典型的用例可能就是比特币区块链，通常使用默克尔树使数据验证更快、更有效。

每当需验证来自主交易集的一组数据正确性时，借助默克尔树则无需查询整个信息文件。

本质上，默克尔树通过一次一个哈希函数运行交易创建而来，然后将每笔新交易连接到前一笔交易并进行哈希。该过程将继续，直到整个块被哈希到一个哈希中。默克尔树在一个区块中总结所有的交易，并产生整个集合的虚拟指纹。这使用户能验证块中特定交易的存在，而不必下载其中所有其他不必要信息。

具体来说，如果您想确认一笔特定交易，比如一个叶子，包含在它上面的块中，您可以简单地向网络询问关于特定节点的信息。它将使用三个哈希帮您确认相关信息，助您验证是否存在特定节点。

默克尔树的重要性

默克尔树是区块链和计算机科学领域中非常宝贵的数据验证工具，原因如下:

速度
假设您需验证区块链上是否存在特定数据。如果没有默克尔树，您将不得不下载整个区块链并进行筛选。显然，这将花费更多额外时间，因区块链上的数据量通常十分巨大，可达数百千兆字节。例如，据Statista的一份报告显示，截至今年4月，比特币的数据高达388千兆字节。但是，有了默克尔树的助力，您可轻松地追踪和查询特定交易，并在更短的时间内查到相关信息。

效率
同样，如果没有默克尔树，您要想验证单笔交易，就不得不查询所有交易数据才能找到，显然费力又繁琐。而借助默克尔树，可显著缩小验证交易所需的数据量，将只需四个哈希值；人们可很容易地确定自己需了解特定交易的具体内容。

信任
最后，使用哈希树验证特定交易的完整性要容易得多。如果需确认来自不信任源的数值，只需重建与您相关的部分信息，并将其与来自可信源的根哈希进行比较。这对于加快验证过程意义极为重大。

以及，近期十分受到关注的“100%保证金证明”

通过默克尔树的方式，能够将每个用户的账户资产哈希值存储在默克尔树的叶子节点中。每个人都可以通过拥有审计资质的第三方机构，审计默克尔树叶子节点中存储的用户资产总额，验证白己的资金是否包含在资产默克尔树中。

Gate.io如何使用用户的加密UID和余额构建默克尔树？

首先，从Gate.io的数据库中导出加密UID和相应的用户余额。每对加密UID和用户余额会分别进行哈希处理，然后联结形成底层数据块。对于每个数据块使用相同的哈希函数来生成默克尔树的叶节点，得到的加密数据会随后成对在一起进行哈希处理，创建出叶节点的父节点。这个过程持续进行，直到得出单个哈希数据，即默克尔根。默克尔树成功构建后，叶节点会被导出为文本文件，然后同默克尔根哈希一起被审计员发布出来。

当通过默克尔树形式审计平台资产总额大于或等于100%，那则证明平台完好的保存了用户资金，即代表平台提供对应资产的100%保证金。您可通过Gate.io 100%保证金详情页面或第三方审计Armanino官网中查看更多关于Gate.io100%保证金证明的信息。

结语

默克尔树的发明及其随后在区块链技术中的应用是科技领域的宝贵资产。有了它，人们现在可轻松有效地加快区块链上的交易验证流程，而无需额外时间和空间下载整个区块链。默克尔树还有效节省了验证程序的所需时间，同时使区块链技术安全性更有保障。

作者：Gate.io 研究员M. Olatunji 译者：Joy Z.
* 本文仅代表观察者观点，不构成任何投资建议。
* Gate.io保留对本文的所有权利。如果引用了 Gate.io，则允许转发文章。在所有其他情况下，将因侵犯版权而采取法律行动。

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