為什麼「默克爾樹」 能支撐位元幣的底層交易系統

2021-08-19 20:31:52 字數 1369 閱讀 4789

前言:默克爾樹屬於二叉樹的一種,如果資料結構的基礎比較弱,沒關係,在閱讀文章的時候記錄下不懂的地方,然後有針對性的去搜尋學習。

本文會分三個部分來解釋和論證為什麼「默克爾樹」 能支撐位元幣的底層交易系統:

什麼是默克爾樹?

由乙個根節點,一組中間節點和一組葉子節點組成。根節點表示是最終的那個節點,且只有乙個。葉子節點可以有很多,但是不能再擴散也就是沒有子節點了。想象一棵樹,由樹根長出樹幹,樹幹上長出樹枝,樹枝長出葉子,好!收!葉子上不會再長出葉子。如果還是理解不了就看看下面這張圖:

**:這時候有的同學要喊了,老師!你剛交的「葉子節點不能再擴散了,但是圖中b0和data0是什麼關係」。這個問題很好,data0和是b0是對應的關係,也就是說b0的雜湊值對應的是data0這一條資料,唯一對應的。

現在重點來了,乙個簡單的默克爾樹就是像上圖中顯示的那樣,有以下三步:

這就是默克爾樹的執行原理,在圖中展現是:b0+b1 hash得出b4,b2+b3 hash得出b5,b4+b5 hash得出root根節點。由於每個節點上的內容都是雜湊值,所以也叫「雜湊樹」。

默克爾樹的特性:

敏感的同學馬上會思考「既然講默克爾樹,那麼它一定會有與眾不同的地方」,沒錯,它有三大特性:

在位元幣中的應用:

首先介紹乙個概念:默克爾路徑,上圖中root - > b4 - > b1 這就是一條路徑,表示從根節點到葉子節點所經過的節點組成的路徑。

位元幣中,默克爾樹被用作歸納乙個區塊中的所有交易,同時生成整個交易集合的數字簽名,且提供了一種校驗區塊是否存在某交易的高效途徑,就是默克爾路徑。生成默克爾樹需要遞迴地對各個子節點進行雜湊運算,將新生成的雜湊節點插入到默克爾樹中,直到只剩乙個雜湊節點,該節點就是默克爾樹的根節點。

假設乙個區塊中有16筆交易,根據上文提到的公式o(logn) 可以算出16的對數是4,也就是要找到這個區塊中的任意一筆交易,只需要4次就可以了,它的默克爾路徑會儲存4個雜湊值,可能同學們對這個高效率的查詢沒有感覺,我們來看乙個統計,刺激一下:

解釋一下,

總結:介紹了什麼是默克爾樹,以及它的三個特性和在位元幣中的應用。核心就是將大量資料進行雜湊運算後增加其分布式索引效能,通過維持乙個較小的高效索引(默克爾路徑)進而管理複雜的大量資料。

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