区块链数据结构之Merkle树

简介

Merkle树是一种哈希二叉树，它是一种用作快速归纳和校验大规模数据完整性的数据结构。这种二叉树包含加密哈希
值。术语“树”在计算机学科中常被用来描述一种具有分支的数据结构，但是树常常被倒置显示，“根”在图的上部同时“叶
子”在图的下部。来一张图直观体验下：

如何计算

其中HA 是数据块A的hash，........ HP数据块P的hash。HAB是 HAB=SHA256(SHA256(HA + HB))。HA和HB被连接在一起，作为HAB的输入，然后层层hash，直到产生root hash。这是完美的计算，刚好两两配对。如果出现奇数个节点怎么办？默认的做法是 一旦出现奇数个节点，那么最后那个无法配对的节点hash将会被复制一份，也就是说自己和自己配对。

有何用途

源码地址：https://github.com/1261385937/merkle

1、快速比较大量数据。对每组数据要先进行 排序，然后构建Merkle树，如果root hash一样，则2组数据一致，否则不相同。hash计算速度可以很快速度，所以可以在预计时间内完成Merkle树的构建，利用Merkle树能带来巨大的比较性能优势。

root hash天差地别，2组数据不一样。其实只有hash3的最后一个字节（3）和hash7的最后一个字节（4）不一样。

2、快速定位修改。如果某个叶子节点的数据发生改变，那么该叶子数据的hash必然会发生改变，层层传递后最终会导致root hash发生改变。通过自顶向下的查询，O(lgN)时间可以定位到哪个数据块发生改变。

index的返回值是3 ，即第4个数据块不一样。

区块链中的Merkle树

Merkle树主要用于区块链中的：

1、区块中所有交易的指纹，即root hash 。任何一个交易变动都会导致root hash改变。

2、轻量级客户端的SPV验证。

假如要验证TXB是否存在区块中，向相应的区块获取 HA，HCD。随后利用HA，HCD计算出hash root  HABCD，再与本地比区块头中的merkle root比较，如果相同，则表示TXB存在区块中。

到这，不知道有没有人想到 干嘛那么麻烦，HB直接发给相应区块，这个hash如果存在，相应区块直接返回个true不就行了？这样的话，恶意节点会作弊，直接告诉你true，即使没有存在。而想伪造一棵包含HB的Merkle树且Merkle根和本地区块头中的Merkle根相同，基本是不可能的。