比特币系统数据结构 Merkle tree

疫情期间，看了区块链相关，北京大学 肖臻研究员 的《区块链技术与应用》课程,课程传送门，方便复习做下笔记啦

什么是Merkle tree

哈希树（hash tree；Merkle tree），在密码学及计算机科学中是一种树形数据结构，每个叶节点均以数据块的哈希作为标签，而除了叶节点以外的节点则以其子节点标签的加密哈希作为标签 。哈希树能够高效、安全地验证大型数据结构的内容，是哈希链的推广形式[1]。

哈希树的概念由瑞夫·墨克于 1979 年申请专利，故亦称墨克树（Merkle tree）。

概述

哈希树中，哈希值的求取通常使用诸如SHA-2的加密哈希函数，但如果只是用于防止非故意的数据破坏，也可以使用不安全的校验和获取，比如CRC。

哈希树的顶部为顶部哈希（top hash），亦称根哈希（root hash）或主哈希（master hash）。以从 P2P 网络下载文件为例：通常先从可信的来源获取顶部哈希，如朋友告知、网站分享等。得到顶部哈希后，则整棵哈希树就可以通过 P2P 网络中的非受信来源获取。下载得到哈希树后，即可根据可信的顶部哈希对其进行校验，验证数据是否完整、是否遭受破坏。

比特币中的Merkle tree

• 比特币中，每一个数据库其实是一种交易tx（Transaction）
• 用Merkle tree的好处：轻节点只要存放root hash，就能检测出树种任何节点的修改。
• 每个区块分为两个部分
  • Block header 块头 $有根哈希值，没有交易具体内容$
  • Block body 快身 $有交易列表$
• 节点（节点指的是区块链网络中的计算机，包括手机、矿机、服务器…）
  • 全节点 full node：保存Block header 和 Block body
  • 轻节点 light node(手机上的比特币钱包)：只保存Block header

轻节点如何证明某个是写入区块链的？

如下图所示：

tx是我需要验证的交易是否存入区块链

利用tx可计算出哈希值$H()$，然后向全节点请求获取哈希值$H()$，如下图标志的位置

然后上一步两个H()可以计算得到图示的这个哈希值$H()$，再向全节点请求获取哈希值$H()$

上一步两个H()可以计算得到图示的这个哈希值$H()$，再再向全节点请求获取哈希值$H()$。最后的$H()$和$H()$算出一个root hash和本身轻节点所保存的root hash对比验证,得出该交易是否在区块链中。