MerkleDAG全面解析 一文读懂什么是默克尔有向无环图

MerkleDAG作为IPFS的核心数据结构,它融合了Merkle Tree和DAG的优点,今天阿信带大家一起来探究什么是MerkleDAG,拆分解说Merkle Tree、DAG有向无环图、MerkleDAG在IPFS中的应用。

MerkleDAG树形结构图

Merkle Tree

Merkle Tree是由美国计算机学家Merkle于1979年申请的专利。

Merkle Tree通常也被称作Hash Tree,顾名思义,就是存储hash值的一棵树。

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那么,hash是什么

•Hash是一个把任意长度的数据映射成固定长度数据的函数

•输入数据的改变会得出不同的hash结果

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Hash List

点对点网络传输中,文件拆分,拆分后的小的数据块的hash组合成了hash list。

在传输过程中,如文件损坏了,只要重新下载损坏部分的数据块即可。

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Merkle Tree

•Merkle Tree大多数是二叉树,也可以多叉树;

•叶子节点的value是数据集合的单元数据或者单元数据HASH;

•非叶子节点的value是根据它下面所有的叶子节点值,然后按照Hash算法计算而得出的。

•层层计算而形成的树形结构

DAG有向无环图

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DAG起源

2013年,以色列希伯来学者在bitcointalik提出GHOST协议,引入DAG概念,作为比特币的交易处理能力扩容解决方案

随后,NXT社区提出用DAG的拓扑结构来存储区块

2015年9月,Sergio Demian Lerner发表了 《DagCoin: a cryptocurrency without blocks》。交易发起后,直接广播全网,跳过打包区块阶段。

2016年7月,IOTA横空出世,随后ByteBall也闪亮登场

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DAG介绍

DAG 英文全称为:directed acyclic graph。

有向无环图,有方向无环路。

假设当你发布新交易时,那么你的单元会主动同时链接到前面两个有效单元之中,DAG 中的每个新单元,验证并确认其父单元,以及父单元的父单元,慢慢可达创世单元,并将其父单元的哈希包含到自己的单元里面。

随着时间递增,所有交易单元相互连接,形成图状结构,如若要更改数据,那就不仅仅是几个单元数据的问题了,而是整个拓扑图的数据更改。DAG这个模式相比来说,要进行的复杂度更高,更难以被更改。

区块链链式数据结构

DAG的拓扑数据结构

1和2号是创世单元;第3个单元产生时,只需要确认1号和2号的交易;第4个单元产生时,只需要确认2号和3号,以此类推。

区块链的基础是分布式账本,而分布式账本的基础是分布式网络;

分布式账本是不是一定要是区块链呢?

不一定,它还可以是DAG,也就是有向无环图,DAG不是区块链,当然你非要把它看成一条链也没毛病,但它是一条没有区块的链!

MerkleDAG

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MerkleDAG功能

Merkle DAG拥有如下的功能:

•内容寻址:使用多重哈希来唯一识别一个数据块的内容

•防篡改:可以方便的检查哈希值来确认数据是否被篡改

•去重:由于内容相同的数据块哈希是相同的,可以很容去掉重复的数据,节省存储空间

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MerkleDAG树形结构构建过程

在IPFS网络中,存储文件时,首先会将文件切片,切割成256KB大小的文件。之后循环调用(MerkleDAG.Add)方法构建文件MerkleDAG。

文件hash值创建流程:

1:将切片之后的文件进行sha-256运算

2:将运算结果选取0~31位

3:将选取结果根据base58编码,运算结果前追加Qm

即为最后结果作为文件的46位hash值

根据IPFS底层代码计算,Merkle DAG为多叉树结构,最多为174叉树。

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DAGService维护

在源代码之中通常使用DAGService维护MerkleDAG,为MerkleDAG提供删除和增加的权限,源代码如下:

IPFS原力区

IPFS原力区是全球第一大IPFS价值生态社区,总部位于上海,聚集了众多技术大咖和IPFS爱好者;IPFS原力区秉持:价值,共建,共赢,荣耀的文化理念;提供全面、精细、优质的IPFS咨询和技术支持,将生态中的爱好者转化为IPFS支持者和参与者。

未来,IPFS原力区做好价值文化基因传播、紧盯人工智能,量子计算,大数据等前沿科技,把IPFS区块链技术随时架设在最新的技术基础之上,推动IPFS生态的健康发展。

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