區塊鏈什麼能防篡改？程序員必定要心中有」樹「

做爲高雞攻城獅必定要心中有樹，由於這個的確能提高底層認知。

但願每人都可以作到心中有樹，面對面試高頻問題，方能有的放矢。

01. 區塊鏈中的樹

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體會一下：區塊鏈上交易的篡改，會給區塊帶來什麼影響？

如圖是區塊鏈中的一個區塊，裏面存放了一批已經完成的交易信息，爲了方便處理，區塊的交易信息組織成 Merkle 樹的形式，區塊的塊頭存儲了前一區塊的哈希值。

假設葉子節點上的交易 3 發生篡改，那麼交易 3 對應的哈希值就會變更，變更就會逐級向上傳遞，直到相應的父節點，最終致使區塊的的根哈希發生變化，進而會致使整個區塊的哈希發生變化。

一句話：交易的篡改，致使整個區塊的哈希變化。

因爲交易 3 的篡改，致使交易 3 對應的整個區塊的哈希發生變更，進而會引發下一個區塊上記錄的上一個區塊的哈希就對不上了，那麼是否是要考慮篡改後面的區塊呀？可是區塊後面的後面的區塊也要篡改，子子孫孫無窮匱也。

一句話：交易的篡改，牽一髮要動全身，須要篡改整個鏈條才能夠生效，難度可想而知（區塊鏈不可篡改的特性）。

感覺一下：如何驗證區塊上的交易是否存在？

假如須要驗證區塊上是否真實存在交易 3，該怎麼去驗證？其實咱們只須要「哈希 2」和「哈希 01」就能夠證實啦，驗證步驟以下。

Step 1：獲取交易 3 的哈希值，哈希 3 = Hash(交易 3)；

Step 2：經過哈希 2 和哈希 3，獲得父節點的哈希值：哈希 23 = Hash(哈希 2 + 哈希 3)；

Step 3：經過哈希 01 和哈希 23 的哈希值，獲得根節點的哈希值：Root = Hash(哈希 01 + 哈希 23)；

Step 4：將上一步獲得的根哈希值 Root 與區塊頭中默克爾根哈希值對比，若是相同，則證實該區塊中存在交易 3，不然說明不存在。

一句話：經過引入默克爾樹，比特幣採用少許計算及比較，就能夠完成交易的驗證。

思考一下：如何回收磁盤空間？

隨着時間的推移，鏈愈來愈長，區塊鏈的數據也逐日增加，數據量級愈來愈大，對存儲確定要求也愈來愈高。其實一旦最新交易已經被足夠多的區塊覆蓋，這以前的支付交易就能夠被丟棄，以便節省磁盤空間。

如上圖所示，交易被哈希進默克爾樹，只有根節點被歸入到區塊的哈希值。那麼老的區塊可經過剪除樹枝的方式被壓縮，樹枝內部的哈希不須要被保存，進而能夠節省磁盤空間而又不破壞區塊的哈希值（堪稱設計完美）。

其實比特幣的以上種種設計，背後都離不開默克爾樹，那默克爾樹究竟是什麼呢？

02. 掌握默克爾樹

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學習任何一門技術，都不要忘記谷哥和度娘，在谷歌輸入「Merkle Tree」搜之，映入眼簾的就是維基百科的解釋。

哈希樹（hash tree；Merkle tree），在密碼學及計算機科學中是一種樹形數據結構，每一個葉節點均以數據塊的哈希做爲標籤，而除了葉節點之外的節點則以其子節點標籤的加密哈希做爲標籤 。哈希樹可以高效、安全地驗證大型數據結構的內容，是哈希鏈的推廣形式。

哈希樹的概念由瑞夫·墨克於 1979 年申請專利，故亦稱墨克樹（Merkle tree）。

經過搜索咱們明白兩點。

1. 原來 Merkle Tree 也叫作 Hash Tree（哈希樹），由於 Merkle Tree 每一個葉節點均以數據塊的哈希做爲標籤，而除了葉節點之外的節點則以其子節點標籤的加密哈希做爲標籤 ，因此又叫作哈希樹；

2. Merkle Tree 在維基百科被翻譯爲墨克樹，而在中本聰的論文中又被翻譯成了默克爾樹。其實到這一步，名字叫什麼已經無所啦。

經過這個圖咱們明白兩點。

1. 哈希樹的頂部爲頂部哈希（top hash），亦稱根哈希（root hash）或主哈希（master hash）；

2. Hash 0-0 和 Hash 0-1 分別是數據塊 L1 和 L2 的哈希值，Hash 0 是將 Hash 0-0 和 Hash 0-1 鏈接後所取得的哈希值。

主要應用場景。

1. Merkle 樹典型的應用場景是點對點網絡下載。

先從朋友或者網站分享等方式獲取可信的 Merkle 樹的頂部哈希；拿到頂部哈希後，就能夠經過 P2P 網絡中的非受信來源下載整棵 Merkle 樹；下載獲得 Merkle 樹後，就能夠根據可信的頂部哈希對其進行校驗，驗證數據是否完整、是否遭受破壞；

2. Merkle 樹能夠被用來快速比較大量的數據，由於當兩個 Merkle 樹根相同時，則意味着所表明的數據必然相同；

3. 開篇中談到的區塊鏈場景。

03. 閒言碎語

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默克爾樹就分享到這兒，但願你們對默克爾樹有個初步認識吧。

文中圖片，大都來自於比特幣的創始人中本聰的論文，中本聰的論文建議有時間讀一讀，畢竟是顛覆之做。

區塊鏈 2.0 的表明技術以太坊 Ethereum（不是比特幣的一個克隆，而是完徹底全獨立的一種設計和實現）建議有時間也瞭解瞭解。

比特幣：https://github.com/bitcoin

中本聰論文：

https://bitcoin.org/files/bitcoin-paper/bitcoin_zh_cn.pdf

以太坊：https://github.com/ethereum

以太坊白皮書：

https://github.com/ethereum/wiki/wiki/White-Paper

 

最後，不管互聯網寒冬有多冷，也請守住信仰，不要慌張。