一棵叫默克尔的神奇之树

上次的文章我们直接拆解了一个区块数据，用最朴素的手术刀把它赤裸裸地剥开窥探。虽然说的是区块数据，但从更高层面上说，这也是计算机保存数据的方式。

我们了解了区块数据是怎么存储的，它都有哪些数据项，看到了那个coinbase交易 —— 矿工自己给自己发币，看到了普通的交易——所谓的UTXO（Unspent Transaction Output），如何用输入输出的方式实现了海量交易帐本的记帐方式。

其实上次的文章，文章内容写得不是那么普及。但让我感动是，有好几位同学，前来说想要收藏那张图片。还有一位传统行业年龄较长的大哥，他说看了好多遍，似乎看懂了。为他们的精神点赞。这也增加了我继续写下去的动力。

还有几个数据项，如 “mrkl_root”, ” scriptPubKey”, “scriptSig”等，它们也是比特币工作的重要部分，很有必要说一下。本文先说一下mrkl_root、mrkl_tree , 默克尔树。

这个词看起来很晦涩，但千万不要被吓到。计算机其实是一门工程学科，工程学我认为是一门关于如何做事的学科，即如何更好地做事，使之达到最优。很多知识都没有看起来的那么难懂，看起来难懂的，只要换种说法，很快就能明白。
这个 merkle root 也是这样，它的含义简单的很。

所以从这个层面来理解，我们不禁要问，它是用来干什么的，解决了什么？弄懂了这个问题，就明白了大半。

一句话，mrkl_tree 是一种倒置的树形数据结构，父节点可以代表它的子节点，而根就代表了整棵树中所有的节点。对应到区块链里，mrkl_root代表了该块所有的交易。

打个比方，就相当于人们的族谱，最上面的老祖宗，代表了整个家族。

mrkl_tree的存在使的轻钱包成为可能，只需要同步区块的头信息（即我们上篇文章图示的80字节），不需要同步所有的交易数据，就能验证数据的完整性。

好的，作为一篇普及文，本篇文章核心讲完了~~

那它是如何起作用的呢？关键还是hash, 即映射，把一个大空间映射到小空间，把一个大数据计算出一个小数据，一个简短的ID。就好比，人可以有很大不同，长相、身高、血型、性格，每个变量不同就是不同的人，我们可以用所有的这些数据来代表一个人。但是我们可以给每人一个唯一的名字（或身份证号）代表他。但这里有个不同，人的名字是人为定的，跟这个人的身高、长相、性格没什么关系,而hash出来的ID, 却是真实地通过身高、长相、性格等数据计算出来的 —— 把一段任意的数据（人），通过运算产生一个定长的数据（名字）。

也许你会问，不同的人，不同的身高、长相、性格，会不会最终计算出相同的ID，就像现实中不同的人出现重名。这就是所谓的哈希碰撞。确实，理论上是可能的，但工程学就是这样，* 差不多就行 *。只要出现相同的概率可以低到忽略，数学上也没有有效的办法伪造数据实现碰撞，理论上并不需要绝对完美。

区块数据头里的 merkle root ，就是把当下所有的交易层层合并起来，映射成一个短数据，代表的所有的交易。

交易L1 算出hash(L1) , 交易 L2算出hash(L2), 算出的这两个hash 合并起来进一步计算hash，最终就可以得到最上层的hash值了。

下面的这张图更形象地展示了区块间关系，还有merkle root 如何关联到所有交易。

图中，Prev Hash 是上一个区块的hash，它是依据上一个区块的头哈希+数据块哈希+随机数生成 。区块中每一笔交易对应一个哈希，呈树装结构，生成的最终值（merkle根），而它就可以代表了该区块中的交易。

这种结构导致了不可能改变历史数据或交易。比如改了某个区块中的交易，必须依次修改以下相应的数据才可以，修改某个交易tx -> 交易对应的hash -> 顶层的 merkle root -> 下一个区块的prev hash -> 之后所有的块都要更改直到当前最新的块，而当前最新的块是所有比特币节点共识的基础。
只要有篡改，别的节点就会发现，不会接受这份数据，这也是为什么区块链具有不可篡改性。

光说不练，还不够深刻，让我们用简单的python代码来验证一下，就以上篇文章拆解的block为例。

#!/usr/bin/pythonimport hashlib
def hash256(s):return hashlib.new('sha256', s).digest()def dhash256(s):  #hash值计算return hash256(hash256(s))tx1="b1fea52486ce0c62bb442b530a3f0132b826c74e473d1f2c220bfa78111c5082".decode('hex')[::-1]
tx2="f4184fc596403b9d638783cf57adfe4c75c605f6356fbc91338530e9831e9e16".decode('hex')[::-1]mrkl_tree = dhash256(tx1+tx2)  #两个交易的hash值合并 计算mrkl_root
result=mrkl_tree[::-1].encode('hex')print result
#result: 7dac2c5666815c17a3b36427de37bb9d2e2c5ccec3f8633eb91a4205cb4c10ff

“b1fea52486ce0c62bb442b530a3f0132b826c74e473d1f2c220bfa78111c5082” 是第一笔coinbase的交易， “f4184fc596403b9d638783cf57adfe4c75c605f6356fbc91338530e9831e9e16”是第二笔交易，运算得到的结果正是block头里的merkle_tree, “f4184fc596403b9d638783cf57adfe4c75c605f6356fbc91338530e9831e9e16“”。

这下清楚了吗，这棵叫默克尔树是不是已经种在了你心里？~~

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