默克尔树与默克尔根详解

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什么是默克尔树？

默克尔树的工作原理是什么？

如果哈希值不匹配，那就遇到麻烦了。要么您下载了伪装成软件的恶意文件，要么您就是下载不正确，最终结果都是文件不可用。如果下载不正确，您的心情肯定烦躁，毕竟等待文件下载已经耗费很长时间。现在重头来过，还得期望不再出现同样的问题。

通过哈希函数，计算出八个片段的哈希值。

希望以上示例解释还算易懂。我们有了所有片段的哈希值，如果其中一个出错，是不是对比源文件就能找出问题呢？或许可以，但是这样效率仍然极低。如果文件有成千上万个片段，难道要对所有片段进行哈希运算，再细致对比结果吗？

这个结构看起来像一棵倒置的树。底部一排叶子，相互结合产生节点，最后生成根。

现在我们就得到了代表下载文件的默克尔根。将根哈希值与源文件的值进行比较，如果匹配，皆大欢喜！一旦哈希值不同，则证明数据遭到了篡改。换言之，一个或多个片段生成了不同的哈希值。因此，再小的数据修改都会彻底改变默克尔根。

综上所述，默克尔树的功能就是把数据划分为多份，然后反复哈希运算，最终形成默克尔根，这样就能有效验证究竟是哪里出现了错误数据。下一节中，我们将介绍其他的有趣应用。

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比特币中为何使用默克尔根？

在这种情况下，默克尔根有多种用途。我们来看看默克尔根在加密货币挖矿和交易验证中的应用。

挖矿

默克尔根则大大简化了这个流程。开始挖矿时，所有的交易列队打包并构建为默克尔树，生成的32位根哈希值放入区块头。随后，无需再对整个区块进行哈希运算，只要针对区块头运算即可。

这种方式能防止数据篡改，因此切实有效，能够让区块的所有交易以紧凑的形式进行高效汇总。有效区块头的交易列表无法修改，否则将改变默克尔根。区块发送至其他节点后，将从交易列表中计算根哈希值。如果与区块头中的数值不匹配，则可拒绝该区块。

验证

要想检查hD，只需验证红色的哈希值即可。

在上面的示例中，我们只进行三次哈希运算。没有默克尔证明的话，则需要七次。现在的区块包含数千笔交易，而默克尔证明为我们节省了大量的时间和算力。

总结

默克尔树已经证明了自己在计算机科学应用领域的重要作用，正如我们所见，它在区块链中也颇具价值。默克尔树让分布式系统中的信息验证变得更加方便，避免了网络中冗余数据的拥堵。