科普 | 默克爾樹的基礎數據結構_穩定幣

本文主要介紹了默克爾樹的基礎數據結構，以及默克爾樹相關的應用延伸的起點。

默克爾樹簡介

本文主要介紹了默克爾樹的基礎數據結構，以及默克爾樹相關的應用延伸的起點。

在Coursera平臺的比特幣和加密貨幣技術課程中，作者學習了如何使用基于哈希的數據結構來驗證P2P網絡系統中數據完整性的基礎知識。該課程中提到的核心數據結構之一是默克爾樹，它存在于比特幣區塊鏈中，以一種非常有效地節省空間和時間的方式，來幫助驗證交易的存在(本文后面會詳細介紹!)。作者深入研究了默克爾樹，意識到這個數據結構實際上是多么豐富的，所以決定寫一篇默克爾樹學習筆記。

穩定幣crvUSD科普創新清算機制LLAMMA，可在抵押品價格下跌時逐步替換為穩定幣:1月17日消息，Curve官方科普其穩定幣crvUSD創新的清算機制LLAMMA，解釋了LLAMMA通過AMM的特性進行針對債務人更友善的清算方式，讓抵押品在價格下跌時逐漸轉移成穩定幣，讓原本要清償的債務有一定程度的穩定幣可以償還，同時在價格回穩時再逐漸把穩定幣換回抵押品，而不是直接的觸發清算導致債務人的虧損。

此前報道，2022年11月23日，去中心化交易平臺CurveFinance開發者發布Curve即將推出的去中心化Stablecoin“crvUSD”的官方代碼和白皮書。[2023/1/17 11:17:13]

默克爾樹解說

默克爾樹構建完成后，看起來是這樣：

民盟中央建議加速元宇宙科普和立法:3月4日消息，民盟中央已起草了《關于“元宇宙”技術發展的提案》，并將提交全國政協十三屆五次會議。在提案中，民盟中央建議，在科普層面需加速知識傳播，法律層面則需加快立法步伐。民盟中央擬提交的提案指出，目前，在新興網絡層面，相關政策法規相對缺失。“元宇宙”在未來將會帶動形成全新的網絡形態，當遇到突發輿情，全虛擬的環境、場景將更難進行源頭追蹤、問題疏導。因此建議應盡早加快立法研究，盡快形成與技術、市場發展相適應的治理模式和法律基礎，全面提升我國社會治理的水平。建議組織相關部門，針對“元宇宙”相關需求、風險進行立法研究，并盡快發布。此前消息，民進中央擬向全國政協十三屆五次會議提交《關于積極穩妥推進元宇宙技術和產業發展的提案》。建議推進元宇宙技術產業發展，建立相關監管治理體系。（華夏時報）[2022/3/4 13:37:12]

和H，如果沒有縮寫的話，根哈希也可以為H+H）+H+H）））

國務院：推進科普與區塊鏈技術深度融合:為貫徹落實黨中央、國務院關于科普和科學素質建設的重要部署，依據《中華人民共和國科學技術進步法》、《中華人民共和國科學技術普及法》制定《全民科學素質行動規劃綱要（2021－2035年）》，其中要求實施智慧科普建設工程。推進科普與區塊鏈等技術深度融合，強化需求感知、用戶分層、情景應用理念，推動傳播方式、組織動員、運營服務等創新升級，加強“科普中國”建設，強化科普信息落地應用，與智慧教育、智慧城市、智慧社區等深度融合。（新華社）[2021/7/10 0:40:52]

a、b、c、d是一些數據元素，H是哈希函數。如果你不是很了解哈希函數，可以把它理解為數據塊的“數據指紋”，Hash是一個把任意長度的數據映射成固定長度數據的函數，而根據Hash值反推原始輸入數據的特征是幾乎不可能的。每個節點都是通過哈希運算父節點得到的，默克爾樹的常見結構是二叉樹，但也有非二叉樹結構的，比如以太坊平上默克爾樹。本文只討論這種最常見的二叉樹結構。

動態 | 報告：區塊鏈等熱點詞促使童書科普百科類成交額同比增速最高:近日，京東圖書與艾瑞咨詢聯合發布了《2019中國圖書市場報告》。報告指出，AI、5G、區塊鏈、機器人、VR、智能家居、AR這些熱點詞，不斷點燃科技熱潮，科技在改變大眾生活的同時，也吸引了越來越多家長的關注，從小培養孩子對科技的興趣和熱愛。因此童書中科普百科類成交額同比增速最高，占比將近40%。[2020/1/8]

自下而上通過哈希運算相同高度的節點，直至生成默克爾樹根節點。在生成默克爾樹的時候，如果存在單個葉子節點無法匹配成對，就需要特殊處理這個情況，除此之外，樹的構造非常簡單。

默克爾樹構建完成后，就可以在O(logn)時間內使用根哈希對葉子進行驗證，驗證工作是通過重新創建包含從根到被驗證的數據段進行的。在上面的例子中，如果想要驗證c，那么就需要得到H和H+H）。數據c哈希后得到H，再將H與H進行哈希運算，然后將H與H在進行哈希運算，得到一個最后的哈希值，如果這個哈希值與根哈希相同，則說明c確實是默克爾樹中數據的一部分。

科普時報：區塊鏈與云計算長期發展目標不謀而合:據《科普時報》今日報道，區塊鏈與云計算兩項技術的結合，從宏觀上來說，一方面，利用云計算已有的基礎服務設施或根據實際需求做相應改變，實現開發應用流程加速，滿足未來區塊鏈生態系統中初創企業、學術機構、開源機構、聯盟和金融等機構對區塊鏈應用的需求。另一方面，對于云計算來說，“可信、可靠、可控制”被認為是云計算發展必須要翻越的“三座山”，而區塊鏈技術以去中心化、匿名性，以及數據不可篡改為主要特征，與云計算長期發展目標不謀而合。[2018/5/4]

在BT下載等情況下，是由另一方提供數據c，H和H+H）的，如果你擔心這種方法的安全性，請記住在一個哈希函數上不可能找到e值使得H=H。這意味著只要根哈希是正確的，其他人很難作假他們提供的數據。

輸出某些數據的驗證路徑和重新創建通向默克爾樹根的分支一樣簡單。在數字簽名方案中使用默克爾樹時，驗證整個默克爾樹及其各個葉子節點自身的數據就很重要，并且這實際上是可以在O(logn)時間內完成。有一些更高級的算法是可以完成這一輸出過程的。

默克爾樹的執行方法

下圖是完整版本的代碼，作者將會在這里解釋創建和驗證默克爾樹的方法。注意build_tree和_audit方法都是來自較大類的實例方法。

構建樹的方法是將葉子添加到堆棧中，并檢查堆棧中的前兩個節點是否具有相同的高度。當高度相同時，節點有一個“子值”(兩個節點哈希值相連后的再次哈希值)，當高度不同時，一個新節點會追加到堆棧中。當最后兩個節點高度不同時，需要處理這種邊緣情況。

上面的方法在單節點情況下會失敗，因為不滿足任何條件，所以有一個小方法來處理完整性。

上圖是本文要解釋的驗證過程。公開驗證方法會檢查一些先決條件，這就是為什么大部分邏輯放在這個私人版本中的原因。

默克爾樹的應用

默克爾樹在區塊鏈中應用，近年來引起了人們的廣泛關注。在許多P2P網絡系統中(不僅僅是區塊鏈)，個人需要能夠從不受信任的一方獲取數據，并證明對方發送給他們的內容是他們想要的真實內容。BT文件(種子文件)就是一個例子：當你下載一個BT文件時，你會收到別人在網上“播種”的BT文件，但是你怎么能確定這些文件真的，是你要下載的內容，而不是垃圾或惡意軟件呢?默克爾樹可以對從對方接收到的數據進行身份驗證，以解決這個信任問題。

類似的問題也適用于像比特幣和以太坊這樣的加密貨幣：如果有人聲稱另一個同行在交易中向他們支付了費用，那么網絡上的一個節點如何驗證交易是否真的發生了呢?一種方法是，節點可以存儲曾經發生過的完整交易歷史記錄，但是，就節點的時間和空間成本而言，這是不現實的。默克爾樹提供了一種解決方案，可以為網絡上的節點節省時間和空間。通過每個區塊中的交易數據創建默克爾樹，可以在O(logn)時間內審計交易。此外，它為一些比特幣客戶端提供了新的解決方案，可以節省空間，只存儲默克爾樹根，不需要存儲歷史每一筆交易，這創造了巨大的價值!

除了區塊鏈和BT下載，默克爾樹還能在任何需要有效檢測不一致性的系統中被應用:

證書頒發機構(CAs)使用默克爾樹作為證書透明性的一種方法。在這里，公鑰私鑰對被視為默克爾樹的葉子。這是CAs用來防止某個CA可能耍無賴并試圖在某個領域的所有者不知道證書的情況下對該領域的證書進行認證的一種機制。

高度可伸縮的數據庫，如ApacheCassandra和DynamoDB，處理網絡上復制數據庫的故障。這個過程被稱為“反熵”，ApacheCassandra博客和AmazonDynamoDB論文對其進行了較為深入的描述。

RSA的數字簽名替代品，在這種情況下，默克爾樹的根充當公鑰，單個節點用作一次性簽名。最近，人們做了更多的工作來推進這種技術，因為理論上它可以抵抗量子計算攻擊(和RSA不一樣，默克爾樹為當今大多數公鑰密碼術提供了支持)。

默克爾樹的應用確實很多，在任何特定領域的默克爾樹應用都是需要長篇大論來論述的，在這里我們只做簡單的介紹。

原文：https://hackernoon.com/merkle-tree-introduction-4c44250e2da7

稿源：https://first.vip/shareNews?id=2130&uid=1

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