科普｜交易平台纷纷用Merkle tree挽回信任？一文读懂Merkle tree

这是白话区块链的第1785期原创

作者 |火火

出品｜白话区块链（ID：hellobtc）

11 月 9 日Binance 创始人 CZ 建议各大交易平台都采用Merkle Tree默克尔树证明资金储备情况。而受到本次事件影响，部分交易平台虽然此前已证明过资金储备量，但也将再次采用默克尔树方式来提高平台资金透明度，获取大众信任。

不过对于大多数用户来说，可能并不了解默克尔树是什么，以及为何要用这种方式来证明，如何证明？对此，白话区块链就来给大家科普一下。

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什么是Merkle Tree？

Merkle Tree也就是的Merkle树，中文译名还有梅克尔树或默克尔树，因为这是一棵用哈希值搭建起来的树，树的所有节点都存储了哈希值，所以也叫哈希树，英文名为Ｈash Tree。默克尔树通常情况下看着是一棵倒置的树型结构，根节点在顶部，分叉向下，叶子节点在底部。

Merkle Tree包括的这三部分的节点，即根节点、中间节点、叶节点的作用如下：

根节点有且只有一个，也就是 Merkle 根，也叫Ｍerkle Root，这是终止节点。

中间节点会有子节点两两匹配，子节点哈希值合并成新的字符串，对合并结果再次进行哈希运算，得到的哈希值，就是对应的中间节点，这是过程节点。

叶节点就是没有子节点的节点，这是初始节点，对于一个区块而言，每一笔交易数据，进行哈希运算后，得到的哈希值就是叶节点。

Merkle Tree最早由Merkle Ralf在1980年提出，一开始广泛用于一些文件系统和 P2P 系统中。

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比特币中的Merkle Tree

因为Merkle Tree是一种树，虽然大多数是二叉树，但也可以多叉树。不过无论是几叉树，它都具有树结构的所有特点，其叶子节点的value是数据集合的单元数据或者单元数据HASH。非叶子节点的value是根据它下面所有的叶子节点值，然后按照Hash算法计算而得出的。

比特币区块链系统中的采用的是Merkle Tree二叉树，它的作用主要是快速归纳和校验区块数据的完整性，它会将区块链中的数据分组进行哈希运算，向上不断递归运算产生新的哈希节点，最终只剩下一个Merkle root存入区块头中。

这样首先是极大地提高了区块链的运行效率和可扩展性，使得区块头只需包含根哈希值而不必封装所有底层数据，这使得哈希运算可以高效地运行在智能手机甚至物联网设备上；其次是Merkle Tree可支持“简化支付验证协议”（SPV），即在不运行完整区块链网络节点的情况下，也能够对交易数据进行检验。所以，在区块链中使用Merkle Tree这种数据结构是非常具有意义的。

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交易平台如何利用Merkle Tree自证

这次 FTX 被曝挪用储户资金导致资不抵债，只是因为大家“信任”把钱放进去了，但其实不清楚自己存放进去得钱是否被挪用了。而默克尔树的作用主要就是用很小的成本就可以验证数据完整性。

由于每个交易都会影响默克尔树根节点的最终哈希值，更改区块中的任意交易都会完全改变默克尔树根节点的哈希。

因此，只需存储和验证默克尔树的根节点哈希，就可以验证完整的交易列表。当然，这可以通过在所有交易上执行任意的哈希操作来实现。也就是说，通过区块中每笔交易的交易哈希值（TXID），我们就能获得“树叶”。用户只需要按照规则将自己账户进行一次哈希计算，找到其在这个树中的位置，和相邻节点，然后再一层层的向上计算哈希，最终计算出树根，如果和官方公布的一致那就说明是准备金无误的。

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Merkle Tree的缺点

不过Merkle Tree也有一些缺点。

一方面，如果需要需要存储所有的节点Hash，会对存储空间有要求，就会产生存储空间开销大的问题。

另一方面，Merkle Tree 证明不了钱包到底归谁所有，更别说这资产之间到底有没有杠杆、借代、关联交易等。而且交易平台和用户存在信息不对称，proof of reserves的方法只是让交易所提供拥有地址的私钥签名来证明地址的所有权，然后查询账户余额和地址余额。但是怎么能证明该私钥签名的地址是交易平台的，不是被假冒挪用的呢？

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小结

正如我们所见，Merkle Tree 除了在计算机科学应用中非常有用，在区块链中也有一定价值。在分布式系统中，Merkle Tree 可轻松验证信息，而无需用不必要的数据淹没网络，让用户能够以最小的开销检查其交易是否包含在区块中。若没有 Merkle Tree，加密货币区块也许不会像今天这样简单。

但任何事物都有两面性，Merkle Tree 使用过程中的局限性也无法100%保证资金安全。