比特币白皮书

[7. 回收银盘空间]

To facilitate this without breaking the block's hash, transactions are hashed in a Merkle Tree [7][2][5], with only the root included in the block's hash.

[译] 为了优化它(节省空间),并且不会打乱区块的哈希,交易被哈希到一个默克尔树上,默克尔树的根保留在区块的哈希中。

[注] 什么是默克尔树?

默克尔树是一种哈希值组成的二叉树。例如下图中,将所有的交易(图中有四比交易:TX0到TX3),先将这些交易进行哈希,得到对应的哈希值HASH0到HASH3。如果将这四个哈希值合并再进行哈希,则就是HASH LIST。HASH LIST是一种高度为2的特殊的默克尔树。这里的默克尔树是将HASH0到HASH3每两个进行哈希,得到HASH01和HASH23,最后重复这个步骤,最终得到一个哈希值(这里可以认为是HASH0123,对应图中为Root Hash)。

比特币的默克尔树

区块头中保留的是默克尔树的根。这样就可以验证交易。例如,全节点在下载一个区块之后。对区块中的交易进行计算默克尔树,得到区块中交易的默克尔树的根,再与区块头的默克尔树的根进行比较。如果相同,则说明下载的交易记录正确,如果不同,则说明下载的交易记录存在错误。这个有点类似于通信中数据包使用的CRC校验,不过复杂度远比CRC校验大。

这里如果发现下载的数据不正确,还可以再通过下载叶子节点来进一步确定是哪一个交易是错误的。而CRC交易或者HASH LIST是无法做到的,他们只能判断这个下载的整体上是不是正确的。

A block header with no transactions would be about 80 bytes. If we suppose blocks are generated every 10 minutes, 80 bytes * 6 * 24 * 365 = 4.2MB per year.

[译] 一个不包含交易的区块的头大约有80 bytes. 我们设定每10分钟产生一个区块,那么,80 bytes * 6 * 24 * 365 = 4.2MB每年。

[注] 这里讲的是区块头,区块头的空间较小。而区块由于包含交易,所以占用的空间很大。并且同样的空间内,由于交易信息的格式问题,一个区块放不了多少笔交易,所以,才有后面的扩容问题。

[8. 简化支付验证]

It is possible to verify payments without running a full network node.

[译] 在不运行一个全网络节点的情况下,仍然可以进行支付验证。

[注] 一般来说,矿工、交易所等会维持一个全节点,矿工进行挖矿,交易所进行频繁的转入转出数字货币。而目前比较流行的手机端钱包无法运行一个网络全节点。因为交易的大量累积,其占据的硬盘空间很大,不利于手机上进行存储(虽然手机的存储越来越大,但大多被自己的照片、视频等占据)。并且手机来存储全节点也没有必要。那么一个手机钱包(轻客户端)如何进行交易验证呢?

He can't check the transaction for himself, but by linking it to a place in the chain, he can see that a network node has accepted it, and blocks added after it further confirm the network has accepted it.

[译] 它无法自己检验这笔交易,但是可以通过查找这笔交易在区块链中的哪个区块中,它可以看到有某个网络节点接收了这笔交易,并且这个区块后面的所有区块都在这个区块后面添加区块(添加区块之前会对前面的区块进行验证),所以说明整个网络是接收这笔交易的。

手机钱包(轻客户端)可以仅下载区块链的区块头,即第七节中描述的每个区块中的80byte的数据块。每个区块头如下包含五个元素:

上一区块头的哈希值(图中的Prev Hash)

时间戳

挖矿难度值

工作量证明随机数(图中的nonce)

该区块交易对应的Merkle Tree的根(图中的Root Hash)

如果手机钱包要确认一个交易的状态,它需要发起Merkle proof请求:该请求会查找这个交易在哪个区块中(通过Merkle Tree检索的方法)。进一步判断后面有了多少次的确认。一般认为,经过6次确认,交易就是安全的、不可更改的。

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