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雷鋒網(wǎng)AI金融評(píng)論按：本文作者為中國(guó)信息通信研究院（工信部電信研究院）專家敖萌博士，雷鋒網(wǎng)獨(dú)家特約文章，雷鋒網(wǎng)(公眾號(hào)：雷鋒網(wǎng))與信通院子公司泰爾英福（微信號(hào)Teleinfo_）聯(lián)合首發(fā)。未來，敖萌博士原創(chuàng)的區(qū)塊鏈系列文章還將繼續(xù)刊出，敬請(qǐng)關(guān)注！
回憶一下本系列第一篇文章中，我們講的區(qū)塊鏈描述：
“區(qū)塊鏈?zhǔn)菍?shí)現(xiàn)無中心分布式總賬的一種技術(shù)。除了采用塊、鏈結(jié)構(gòu)的典型區(qū)塊鏈以外，還有其他的方式實(shí)現(xiàn)分布式總賬這個(gè)需求。總賬技術(shù)的基本單元是‘交易’，整個(gè)賬本是由一條條的交易構(gòu)成。‘塊’類似于賬本中的頁，每頁都記錄了若干條交易，把一頁一頁的賬頁按照時(shí)間順序裝訂起來，就形成了一個(gè)完整的賬本——‘區(qū)塊鏈’?！畨K’是交易的容器，‘塊’通過密碼學(xué)算法相連接，形成了按照時(shí)間序列的‘鏈’。這種組織賬本的好處是由密碼學(xué)算法保證了無法篡改鏈上的單獨(dú)交易，除非整體性的篡改?！?/p>
根據(jù)描述，我們可以看出來，“塊”是交易的容器。每個(gè)交易都要放到容器里面，然后把整個(gè)容器用密碼學(xué)算法進(jìn)行連接，形成了一個(gè)完整的鏈。
這種數(shù)據(jù)的組織方式最大的好處就是數(shù)據(jù)易于保持完整，并且從密碼學(xué)角度看安全性較高。然而，這個(gè)好處是有代價(jià)的——數(shù)據(jù)一直不停的增長(zhǎng)。
對(duì)于比特幣系統(tǒng)來說，這個(gè)問題并不大，因?yàn)榻刂鼓壳盀橹梗忍貛湃匀皇敲?0分鐘一個(gè)區(qū)塊，每個(gè)區(qū)塊1MB，即便到了100年后，總的數(shù)據(jù)量也不會(huì)大到單機(jī)無法處理。但是對(duì)于某些企業(yè)級(jí)應(yīng)用的區(qū)塊鏈系統(tǒng)來說，情況就完全不一樣了。每個(gè)區(qū)塊可能會(huì)非常大，生成區(qū)塊的速度也會(huì)非?？?。這種情況下，區(qū)塊鏈的數(shù)據(jù)量增長(zhǎng)是飛快的。
在我們傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，也存在數(shù)據(jù)不斷增長(zhǎng)，數(shù)據(jù)量過大的問題。以傳統(tǒng)的交易型系統(tǒng)為例，由于系統(tǒng)中的核心設(shè)計(jì)理念是保存賬戶的最終狀態(tài)，只需要把歷史的交易過程數(shù)據(jù)移到其他專門的存儲(chǔ)設(shè)備上，主機(jī)數(shù)據(jù)庫保存賬戶的最新狀態(tài)和最近一段時(shí)間的交易記錄即可。（因此，我們?cè)诰W(wǎng)銀中查閱歷史交易時(shí)，通常是有時(shí)間限制的。）
但是在區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，尤其是使用UTXO方式存儲(chǔ)交易的區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，保存的都是交易的過程。如果一個(gè)賬戶一直沒有交易，它則不會(huì)出現(xiàn)在最新的區(qū)塊中。
那么按照傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫刪除歷史數(shù)據(jù)的方式，只要一個(gè)區(qū)塊中有一個(gè)交易一直沒有后續(xù)交易（就是沒有人使用這個(gè)交易的輸出賬戶），為了維護(hù)整個(gè)區(qū)塊鏈系統(tǒng)的密碼學(xué)完整性和安全性，這個(gè)區(qū)塊就必須保留，同時(shí)這個(gè)區(qū)塊之后的所有區(qū)塊也必須保留。
怎么解決這個(gè)問題？其實(shí)有很多種辦法能夠解決，起初，在中本聰設(shè)計(jì)比特幣系統(tǒng)的時(shí)候，已經(jīng)預(yù)留了一個(gè)最佳的解決方案：默克爾樹（Merkle Tree）算法。
在比特幣區(qū)塊鏈系統(tǒng)中，區(qū)塊的結(jié)構(gòu)如下圖所示：
每個(gè)區(qū)塊中的Hash1就是本區(qū)塊中所有交易的哈希值。但這個(gè)哈希值不是把所有交易連成一個(gè)長(zhǎng)字符串后計(jì)算HASH值，而是使用了默克爾樹（Merkle Tree）算法來計(jì)算獲得這個(gè)HASH值，我們稱之為Merkle根。
默克爾樹算法并不是直接計(jì)算整個(gè)字符串的Hash值，而是每個(gè)交易都計(jì)算一個(gè)Hash值，然后兩兩連接再次計(jì)算Hash，一直到最頂層的Merkle根。
默克爾樹（Merkle Tree）算法的最大好處就是，每個(gè)交易都可以單獨(dú)直接刪除，只保留這個(gè)交易的Hash值即可。這樣，對(duì)整個(gè)區(qū)塊來說，并沒有改變他的密碼學(xué)安全性和完整性，但是數(shù)據(jù)量可以大大減小。（Hash值32個(gè)字節(jié)，而一筆交易一般要400多個(gè)字節(jié)）。如果一個(gè)區(qū)塊中只有一個(gè)交易沒有后續(xù)交易，那么刪除其他所有交易，整個(gè)區(qū)塊的數(shù)據(jù)量會(huì)大大減小。
因此，在UTXO的記賬模式中，使用默克爾樹結(jié)構(gòu)，通常就無需擔(dān)心數(shù)據(jù)量一直增長(zhǎng)導(dǎo)致數(shù)據(jù)過大的問題了。
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