什么是默克爾樹（Merkle tree）?

默克爾樹（Merkle tree），又稱哈希樹（hash tree），是一種在計算機科學和密碼學中廣泛應用的數據結構，它可以高效、安全地驗證大型數據結構的內容。默克爾樹的概念由拉爾夫·默克爾（Ralph Merkle）于1979年提出，并以他的名字命名。

默克爾樹的基本結構是一棵二叉樹，其中每個葉子節點（leaf node）都標有一個數據塊的哈希值，而每個非葉子節點（branch node）都標有其子節點的哈希值的哈希。哈希值通常使用一種加密哈希函數，如SHA-2，來計算。默克爾樹的頂部節點稱為根節點（root node），也叫頂部哈希（top hash）、根哈希（root hash）或主哈希（master hash）。一個示例如下圖所示：

默克爾樹的主要用途是用于數據驗證和同步。通過比較兩棵默克爾樹的根哈希，可以快速地判斷兩個數據集是否相同。如果不同，可以通過比較子節點的哈希值，找出具體哪些數據塊有差異，從而實現增量更新。這樣可以節省網絡帶寬和存儲空間，提高效率和安全性。

默克爾樹有哪些應用?

默克爾樹在許多領域和應用中都有廣泛的應用，例如：

• 在點對點網絡中，如BitTorrent、IPFS等，默克爾樹可以用于驗證從不可信來源下載的文件或數據塊是否完整、未被篡改或損壞。
• 在分布式版本控制系統中，如Git、Mercurial等，默克爾樹可以用于存儲和追蹤文件或代碼的歷史版本和變更。
• 在區塊鏈技術中，如比特幣、以太坊等，默克爾樹可以用于存儲和驗證交易或狀態的數據，以及實現輕客戶端協議。
• 在證書透明度框架中，如Google Chrome等，默克爾樹可以用于存儲和審計SSL證書的頒發記錄，以防止偽造或濫用。
• 在軟件包管理器中，如Nix、GNU Guix等，默克爾樹可以用于存儲和復現軟件包的依賴關系和構建過程。