本文深入解析了哈希在区块链中的核心作用，介绍了哈希的基本原理，以及如何通过哈希值确保区块链数据的完整性和安全性。同时，文章详细阐述了Merkle Tree（马尔科夫树）在大规模数据验证中的应用，以及它如何帮助提高区块链的效率。
来源 | hackernoon
编译 | 张涛
责编 | Carol
出品 | 区块链大本营（ID：blockchain_camp）
什么是哈希？
哈希是将任意长的输入编程加密的固定长度输出的过程。哈希并不等同于加密方法，因为无法解密哈希值来获取原始数据。事实上哈希是一种单项加密函数。
有了哈希函数，就可以将互联网上的数据以固定长度字符串的形式来保存。其中一种方法就是SHA-256（安全哈希算法-256位），SHA-256是SHA-1的后继者，SHA-1的输出是160位的。
哈希是如何应用在区块链中的？
在区块链中，每个区块中都有前一个区块的哈希值，前一个区块叫做当前区块的父区块。由于每个区块都有前一个区块的哈希值，当修改当前区块的任意数据都会导致区块的哈希值发生变化，这会对前一个区块产生影响，因为其中含有前一个区块的地址。
比如，当前有两个区块，一个是当前区块，一个是父区块。当前区块中有父区块的地址，如果需要修改当前区块的数据，就需要对父区块链进行修改。如果只有两个区块就比较好修改数据，但事实上区块链上有很多的区块。
截至2020年1月24日12：32，一共有614272个区块，第614272个区块的哈希值为00000000000000000007a6be31011560f1e3abe8f125e356a31db6051753334e。如果想要修改第614272个区块的数据，那么614271区块的哈希地址就会发生改变，但是修改所有614271个区块的哈希值是不可能的，因此区块链中数据的不可篡改和可信赖的。区块链的第一个区块叫做Genesis（创始）区块。
研究人员对该过程进行了可视化：
如果对输入产生小的修改，都可能会导致输出产生大的改变。
哈希是区块链技术和不可篡改和潜力的核心基础和最重要的方面。哈希维护了记录和查看数据的真实性，区块链的完整性也是这样的。
这也是区块链技术最重要的技术特征的一部分，只有理解了哈希才能了解区块链不可篡改性的潜力和价值。
Merkle Tree（马尔科夫树）是什么?
当有大量数据需要验证时，就需要消耗大量的内存来存储和确保安全，这个过程很难。但是又了马尔科夫树（Merkle tree），就可以轻易解决这些问题。
马尔科夫树是区块链技术的基础，在该结构中，可以很容易地在大量数据中找出哪些数据发生了变化，整个数据验证的过程非常高效。比特币和以太坊中都使用了马尔科夫树。
从上图可以看出，所有的交易都在底部，最顶部的哈希值叫做Root hash或Merkle root（马尔科夫根）。
如上图所示，有4个交易A、B、C、D。A和B哈希后会形成一个哈希值，C和D会形成另一个哈希值，AB的哈希结果和CD哈希结果会组合来形成一个新的哈希值——Root hash或Merkle RootABCD。
Root hash有所有交易的信息。马尔科夫树会重复计算节点对的哈希值，直到只剩下一个哈希值，就是Root hash。
Merkle tree是一个二叉树，所以需要偶数个叶子结点，如果交易数是奇数，那么最后一个哈希值会复制一次来创建偶数个叶子节点。
如上图所示，可以看出奇数值的交易数中有复制的交易进行了哈希，表明Merkle tree会计算奇数的叶子树。
所有交易数据会总结称一个Root hash，保存在区块头（block header）中。数据中有任何改变，整个哈希值就会变化，如果哈希值变化了，Merkle root就会发生变化。Merkle tree可以帮助维护数据的完整性。
Merkle tree的另一个好处是如果想要了解特定交易的状态，无需下载整个区块链，只需要请求竖直证明（vertical proof）和树的特定分支，验证一个特定的交易分支。
如何用哈希来确保数据安全？
哈希还增加了数据的安全性。因为没有加密数据，所以无需也无法解密数据。因为哈希函数是单向加密函数，加密哈希函数需要满足一些关键特征才能保证是有用的，包括：
每个哈希值都是不同的
相同的消息会生成相同的哈希值
无法根据哈希值确定输入值
输入值的微小变化也会导致整个哈希值的变化
哈希可以帮助确定数据是否被修改过。比如，之前下载了一些重要信息，为确定数据是否被修改过，可以对数据进行哈希计算，并比较数据的哈希值和接收到的数据的哈希值。
如果哈希值相同，就表明数据没有被修改过，如果哈希值不匹配，就表明数据在发送后接收前被修改了。
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