什么是Merkle Tree？定义、背景与来源

01什么是Merkle Tree？

Merkle Tree 把数据的密码学指纹逐层合并成一个结果。在比特币中，这个结果就是存放在区块头里的 Merkle root。只需少量额外指纹，就能验证某笔交易是否与该根对应，无须传输其他全部交易。

02我的支付真的在这个区块里吗？

钱包显示一笔支付已被纳入区块。若不想下载区块的全部内容，该怎样核实？这正是 Merkle Tree 的用途。交易先用哈希表示，也就是简短的密码学指纹，再逐层合并为一个共同指纹：树根。区块头包含这个 Merkle root，从而将区块与其交易联系起来。树根不是能还原所有支付的档案，而是用来验证所提供的数据。 [1] [2]

03四笔交易如何形成树根

设想四笔交易 A、B、C、D。取它们的指纹，将 A 和 B 的指纹连接并计算新的哈希 AB；对 C 和 D 做同样处理，得到 CD。最后连接 AB 与 CD 的指纹，再计算树根。这里的字母只是交易和中间结果的标签，并非真实哈希。过程像一棵倒立的树：许多叶子沿分支汇聚成一个根。交易更多时，层数会增加，但原理不变。 [3]

04验证一笔交易需要什么

要验证 B，你有它的数据，并计算出它的指纹。接下来只需要 A 的指纹和 CD 的合并指纹，以及正确的排列顺序。用 A 和 B 算出 AB，再用 AB 与 CD 算出树根，与区块头中的根比较。这条补充路径称为 Merkle proof。你不需要知道 A、C、D 的具体内容。在包含 1024 笔交易的平衡树中，路径上有 10 个兄弟哈希。因此，区块变大时，证明的增长速度远慢于完整交易列表。 [2] [3]

05包含证明不能证明一切

证明与根匹配，并不意味着可以盲目信任提供的区块头。还需要验证它的 Proof of Work，也就是挖矿计算的结果是否满足规定的难度，并检查区块头是否连接到相应的链。即使如此，Merkle proof 也不会检查区块中所有交易的全部签名和规则，这由 Full Node 完成。因此，whitepaper 中描述的简化支付验证 SPV，与完整验证有不同的安全假设。此外，链重组可能让区块退出当前分支：其内容仍可证明，但支付在当前历史中的位置可能改变。 [2]

06不可忽略的技术细节

比特币普通交易树的叶子是按区块内交易顺序排列的 txid，第一笔是 Coinbase Transaction，即矿工用来领取区块奖励的特殊交易。成对的值按字节连接，再用 SHA-256 哈希两次。如果某层最后剩下一个没有配对的哈希，就在本次计算中复制它；这不会新增一笔支付。只有一笔交易时，其 txid 本身就是根。复制规则要求实现仔细检查重复项。协议升级 SegWit 还将签名等 witness 数据分开。另一个记录在 Coinbase Transaction 中的密码学指纹将这些数据与区块联系起来，这个指纹称为 witness commitment。因此，普通 txid 树与 witness 树不能混为一谈。 [3] [4]

Merkle root 是汇总指纹，不是所有交易的副本。
指纹成对逐层合并，直到只剩一个根。
Merkle proof 用一条简短的额外哈希路径验证一笔交易。
被纳入区块不能证明整个区块有效，也不代表永久确认。
顺序、末尾哈希复制以及 txid/witness 的区别都是精确流程的一部分。

结合上下文阅读

要获得更完整的理解，请将本词条与以下词条结合阅读： Block, 交易, Block Header. 反向关联还来自： Block Header, Hash, SHA-256, 确认.