Markle Tree(默克尔树)

Markle Tree是比特币系统中又一个重要的数据结构
首先，回顾一下Binary Tree(如果不懂请自行复习数据结构)。Markle Tree和Binary Tree的区别有哪些？

Markle Tree用哈希指针代替了普通指针

上图即为一个简单的Markle Tree，其中A、B、C、D为数据块。可见，A和B各有一个哈希值，将其合并放在一个节点中，C和D同样操作，而后，针对得到的两个节点分别取哈希，又可以得到两个新的哈希值，即为图中根节点。实际中，在区块块头中存储的是根节点的哈希值（对其再取一次哈希）。
如视频中图片：

该数据结构的优点在于：只需要记住Root Hash（根哈希值），便可以检测出对树中任何部位的修改。
例如，所绘制Markle Tree中节点B发生了改变，则对应的第二层第一个节点中第二个哈希值便也会发生改变，进而根节点中第一个哈希值也会发生改变，从而导致根哈希值也发生了改变。
在比特币系统中，不同区块通过哈希值指针连接，在同一个区块中的多个交易（数据块），则通过Markle Tree的形式组织在一起。区块本身分为两部分（块头和块身），在块头中存在有根哈希值（没有交易的具体信息），块身中存在交易列表。

Markle Tree的实际用途
Markle Tree可以用于提供Markle Proof。关于Markle proof，需要先了解比特币系统中节点。比特币中节点分为轻节点和全节点。全节点保存整个区块的所有内容，而轻节点仅仅保存区块的块头信息。
为什么要分轻节点和全节点？
因为硬件的局限。一个区块大小为1MB，对于移动便携设备来说，如果存储区块的所有内容，则所需空间过大，而这是不现实的。所以轻节点只需要存储区块块头信息，全节点存储区块所有内容即可。

当需要向轻节点证明某条交易是否被写入区块链，便需要用到Markle proof。我们将交易到根节点这一条路径称为Markle proof，全节点将整个Markle proof发送给轻节点（如下图所示），轻节点即可根据其算出根哈希值，和自己保存的对比，从而验证该交易是否被写入区块链。只要沿着该路径，所有哈希值都正确，说明内容没有被修改过。

思考：是否存在不安全的情况？如下图我们要验证B，但是H(1)和H(4)都是全节点提供的。全节点可否修改B，通过H(1)调整，使得修改过后的H(1)和轻节点计算出的H(2)一起取得哈希仍然为H(3)？

实际上，这种情况为人为制造哈希碰撞。而由于公开课笔记2中可知，由于哈希函数的collision resistance性质，这种情况是不会发生的。从而，保证了系统的不可篡改性。同时，这样一个Markle Proof的事件复杂度为O(log n),非常高效【证明交易存在】。如果要证明交易不存在，如果不对叶节点规定排序顺序，没有一个效率较高的方法证明不存在。
在比特币系统中，没有相应的需求，所以在比特币系统中并没有对Markle Tree进行排序。

一般来说，一般的链表我们都可以改造为使用哈希指针的链表，但当链表中存在环时，哈希指针便不能再使用
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