Merkle Tree 和 Verkle Tree 是加密货币世界中用于数据同步和验证的工具。在比特币和许多其他加密货币中，部署了默克尔树，以便它们可以安全可靠地加密货币区块链上的数据。另一方面，Verkle 树通常用于规模较小的证明。它在以太坊的扩展升级中具有至关重要的意义。本文将分别全面解释 Merkle 树和 Verkle 树的区别以及它们的工作和好处。

什么是默克尔树？

Merkle 树也称为“哈希树”。它是利用加密货币哈希算法的二叉树。它是一种树数据结构，用于验证数据。它的功能是每个非叶节点都是其子节点的散列。它用于保持数据的一致性。为此，它使用散列函数。

谁发明了默克尔树？

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为了构建更强大、更强大的数字标记，Ralph Merkle 在 1988 年提出了 Merkle 树的想法。 Merkle 树用于通过降低内存需求来更有效地加密货币和验证数据。Merkle 树的最大优势之一是与许多其他数据结构相比，它需要很少的磁盘空间，这使得它可以使用。

什么是哈希函数？

在了解 Merkle 树的概念之前，必须了解哈希的功能和工作原理。哈希函数实际上为给定的输出绘制了一个输入，所提到的输出称为哈希。

哈希基本上用于找出大量存在的数据。

默克尔树的结构是什么？

加密货币世界中的区块链由数以百万计的交易同时发生的数千个区块组成。这给用户带来了计算能力和内存的问题。加密货币数据的最佳方法是使用最少的数据量。这样既可以节省CPU的计算能力，又可以更大程度的保护数据。这是 Merkle 树提供的主要功能。

Merkle 树形成了同时发生的交易对。然后它分别计算每对的哈希并将信息存储在父节点中。然后对父节点再次重复这些步骤，其中为父节点形成对，并为这些对计算哈希。然后将计算出的哈希值存储在树中父节点的上层。这个过程一次又一次地重复，直到到达树的根。

Merkle 树中存在不同类型的节点。这些是

Merkle 树的根也称为“Merkle Root”。Merkle 根的信息被添加并保护在区块的头部。

发生的每个事务的哈希值都存储在叶节点中。区块链区块上发生的每笔交易的数据都经过哈希处理。计算的哈希值也称为事务 ID。然后，该值在叶节点上被安全地保护。

特定子节点的哈希值存在于非叶节点上。非叶子节点拥有交易的中间哈希值；因此，它们被称为中间节点。这个哈希过程一直持续到树的根。

哈希函数 SHA 256 被比特币使用，它进一步用于连续地对数据进行哈希处理，直到获得 Merkle 根。由于 Merkle 树本质上是二叉的，它需要偶数个叶子节点才能最终到达根并正确构建 Merkle 树。如果叶子节点的数量是奇数，那么最后剩下的哈希会被树复制，这样，它会创建偶数个叶子节点，以构建一个合适的 Merkle 树。

默克尔树如何工作？

Merkle 树包含具有标记叶节点的数据块的加密货币哈希。此外，它还包含被标记为数据块的非叶节点的子节点。

摘要由节点生成，这取决于它所属的子树的所有质量。有时，还会为叶子分配一些附加特征。在 Merkle 树中，属性的哈希是由叶子本身计算出来的。另一方面，从左到右，孩子的摘要由父母计算。

Merkle 树实际上是在自下而上的类型上构建的。哈希值按从低点到最高点的升序计算。通过分析 Merkle 树上的数据可以看出，Merkle 树基本上是反向构建的。

以太坊区块链是默克尔树吗？

以太坊区块链使用称为“Merkle Patricia Trie”的 Merkle 树，该树在密码学上是真实的，用于通过提供数据结构来存储所有密钥和值。

在以太坊执行层中，区块链上的所有 Merkle 树都使用 Merkle Patricia Tree。由于仅存在一个全球状态树，因此状态树会随着时间的推移而自我更新。存储树用于保护所有合约数据的安全。区块链上的每个区块都拥有一个单独的交易树，用于存储绑定，例如值和密钥对。每对都有单独的收据树。随着时间的推移，这些收据树不会更新。

Merkle 树的应用

• 在必须单独存储数据的分布式系统中，Merkle 树在这种情况下很有用。它们有助于将数据存储在不同的地方。
• Merkle 树用于区块链网络和比特币。
• Merkle 树用于监视异常和不一致的行为。
• Merkle 树也被用于找出完整数据库副本中的任何不确定情况。

Merkle 树在区块链中的重要性是什么？

Merkle 树在比特币和许多其他加密货币中找到了它们的应用，它们可以更有效地加密货币和保护区块链上的数据。主要问题是识别区块链中的默克尔树。这可以通过识别与区块链相关的 Merkle 树的三个基本部分来实现。这些部分是叶节点、Merkle 根和非叶节点。

在叶节点中，交易 ID (TXID) 或交易哈希是安全的，并且可以使用区块浏览器查看它们。然后就在叶节点旁边，存在一个非叶节点层，它成对存在并同时被散列。两个叶子节点的哈希值包含在它们上面的两个非叶子节点中。

随着树在顶部移动时宽度减小，非叶节点以对的形式连续散列在一起。这导致在每一层中创建的节点数量为一半。非叶节点的最后一层将包含最终构成 Merkle 根的两个节点。Merkle 根是叶节点被验证的地方，也是 Merkle 树的最后一个哈希过程发生的地方。

可以将存储在标头中的 Merkle 根与保存在块数据中的 Merkle 根进行比较。这有助于识别发生的任何非法或虚假活动。矿工可以检测到任何操纵。为得到 Merkle 根必须恢复的哈希值和需要证明的值由 Merkle 证明组合。

此外，简单支付验证 (SPV) 支持默克尔树。这种方法可行且易于使用，因为它允许验证和加密货币任何交易，而无需下载整个区块链。因此，可以使用数字货币包或任何轻节点来执行交易。

什么是 Verkle 树？

Verkle 树也用于加密货币并为足够的数据量提供结构。它通过创建一个旁观者来做到这一点，该旁观者可以提供有关数据中存在的项目以及区块链上存在的不同数据片段的证据。该证人必须提供有关数据产品的证词，而这只能通过直接访问树的根来完成。

谁发明了 Verkle 树？

Verkle 树没有 Merkle 树那么老。John Kuszmaul 于 2018 年发明了 Verkle 树。Verkle 树还没有像许多其他加密货币结构那样普遍，并且对于许多人来说仍然是未知的。Verkle 树的结构类似于以太坊拥有的 Merkle Patricia 树的结构。

Verkle 树的节点具有下述属性之一。

• 它可以是拥有值和键的叶节点。
• 它是空的。
• 它可以是包含描述数量的子节点的中间节点。

Verkle 树的特征

有效地进行尺寸校对是 Verkle 树的最主要特征之一。为了为可能包含几乎超过 10 亿个数据点的树构建证明，Verkle 树需要不到 150 个字节。另一方面，正常的 Merkle 树需要 1 KB 才能完成相同的工作。为了定义数据，Verkle 树必须使用一个证明它的系统，称为“多项式承诺”。该系统依靠多项式函数来做到这一点。

Verkle 树的结构是什么？

Verkle 树本身由两个节点组成

扩展节点能够同时表示多个值。根据来源计算，扩展节点可以保留大约 256 个不同的值，这些值可能具有词干但带有不同的后缀。

内部节点还具有多个扩展。它也可以有 256 个子节点，可以是其他扩展节点或其他节点。

为了计算中间节点的哈希值，它使用节点子节点的哈希值。Verkle 树的主要缺点之一是 Verkle 树的成本高于 Merkle Patricia 树的成本。这在两棵树的结构组件之间产生了重大差异。

Verkle 树的结构构造存在唯一的限制，如果宽度保持非常大，证明将需要更长的时间跨度才能产生。这将导致样张的长度减少，并且随着宽度的增加，它们将不断变短。

Verkle 树的应用

• Verkle 树能够减少最终导致带宽减少的证明大小。
• Verkle 树可用于公钥目录和共识协议
• Verkle 树可以在比特币等加密货币中找到它们的应用
• Verkle 树可用于保护数据。为此，它们可用于安全文件系统和加密货币 Web 应用程序。

目前所有上述应用程序都使用 Merkle 树，但 Verkle 树也可以部署在所有给定系统中。

Verkle 树在区块链中的重要性是什么？

对于非常大量的数据，Verkle 树允许减少数据大小。网络质量和通信受到通常是算法大小的证明长度的影响。Verkle 证明实际上是海量数据存储的见证。有权访问树根的任何人都可以比较和加密货币此数据。

为了证明数据，证明者必须展示至少一个包含子节点到父节点链接的证明的证据，这些链接指向叶子节点，然后是树的根节点。与 Merkle 树相比，Verkle 树中证明的大小几乎可以减少 6 到 8 倍。如果与以太坊帕特里夏树相比，其大小可能会减少近二十到三十倍。

默克尔树对比 装扮树木

在 Merkle 树和 Verkle 树的性质和功能之间可以检测到很多差异。最主要的一个是 Merkle 证明和 Verkle 证明之间的区别。

在 Merkle 树中，值的见证由完整的一组姐妹节点提供，其中可能还包括 Merkle Patricia 树。证明中必须包含树的所有节点。被证明的节点必须至少与父节点有一个公共节点。相反，Verkle 树中不需要姐妹节点。一个人只需要提供少量的额外费用以及证明的路径。

 Merkle 树的功能和用法与 Verkle 树相同。Verkle 树构造背后的实际想法是通过替换密码学中散列函数通常需要的向量承诺来构造 Merkle 树。然而，Verkle 树更高效，因为它们的字节大小更小，这使得它们更有效且更易于使用。

由于 Merkle 树的形状与普通树一样并且更易于分析，因此它们可以轻松地以较小的部分进行更新。另一方面，Verkle 树有点复杂，包含复杂的多项式承诺，需要同时完全改变整个曲线。这可能是一个困难的过程，因为要一起计算所有证据。

由于 Merkle 根是在 Merkle 树中形成的，因此世界各地的人们可以使用智能手机或台式电脑等电子设备，通过他们的数字货币包在世界任何地方轻松地和资金接收它们。这使得全球交易变得更加容易。另一方面，在 Verkle 树中，向量承诺可以在 Merkle 树中的哈希中替换。这提高了分支机构更广泛因素的效率和有效性。

结论

之前发现的 Merkle 树在加密货币世界中被有效地用于加密货币和安全验证数据，然而，对于较小的数据大小，矿工发现 Verkle 树更有用和更有效。

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