概述
MerkleTree被广泛的应用在比特币技术中，本文旨在通过代码实现一个简单的MerkleTree，并计算出Merkle tree的 TreeRoot。
Merkle Tree 是一种数据结构，用于验证在计算机之间和之间存储，处理和传输的任何类型的数据。
目前，Merkle树的主要用途是确保从对等网络中接收的数据块未受损和未改变，和检查其他对等网络没有撒谎发送假数据块。
Merkle Tree应用举例
比特币
GitA
mazon's Dynamo
Gassandra
比特币中的应用
比特币中每个块中都包含了所有交易的集合签名，这个签名就是用Merkle tree实现的，Merkle树用于比特币以汇总块中的所有事务，产生整个事务集合的整体数字指纹，提供非常有效的过程来验证事务是否包括在块中。
Merkle树一个很重要的用处是检查块中是否包含指定的交易，Merkle树是通过递归哈希节点对来构造的，直到只有一个哈希。
Merkle tree 代码实现
哈希树的跟节点称为Merkle根，Merkle树可以仅用log2(N)的时间复杂度检查任何一个数据元素是否包含在树中：
package test;
import java.security.MessageDigest;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class MerkleTrees {
// transaction List
List<String> txList;
// Merkle Root
String root;
/**
* constructor
* @param txList transaction List 交易List
*/
public MerkleTrees(List<String> txList) {
this.txList = txList;
root = "";
}
/**
* execute merkle_tree and set root.
*/
public void merkle_tree() {
List<String> tempTxList = new ArrayList<String>();
for (int i = 0; i < this.txList.size(); i++) {
tempTxList.add(this.txList.get(i));
}
List<String> newTxList = getNewTxList(tempTxList);
while (newTxList.size() != 1) {
newTxList = getNewTxList(newTxList);
}
this.root = newTxList.get(0);
}
/**
* return Node Hash List.
* @param tempTxList
* @return
*/
private List<String> getNewTxList(List<String> tempTxList) {
List<String> newTxList = new ArrayList<String>();
int index = 0;
while (index < tempTxList.size()) {
// left
String left = tempTxList.get(index);
index++;
// right
String right = "";
if (index != tempTxList.size()) {
right = tempTxList.get(index);
}
// sha2 hex value
String sha2HexValue = getSHA2HexValue(left + right);
newTxList.add(sha2HexValue);
index++;
}
return newTxList;
}
/**
* Return hex string
* @param str
* @return
*/
public String getSHA2HexValue(String str) {
byte[] cipher_byte;
try{
MessageDigest md = MessageDigest.getInstance("SHA-256");
md.update(str.getBytes());
cipher_byte = md.digest();
StringBuilder sb = new StringBuilder(2 * cipher_byte.length);
for(byte b: cipher_byte) {
sb.append(String.format("%02x", b&0xff) );
}
return sb.toString();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return "";
}
/**
* Get Root
* @return
*/
public String getRoot() {
return this.root;
}
}
数据准备
我们将交易的数据，放入到List中：
List<String> tempTxList = new ArrayList<String>();
tempTxList.add("a");
tempTxList.add("b");
tempTxList.add("c");
tempTxList.add("d");
tempTxList.add("e");
实现过程
准备交易数据
计算出每个数据的hash值，从左到右逐步组成树的左右节点
执行循环知道最后只剩下一个数据
private List<String> getNewTxList(List<String> tempTxList) {
List<String> newTxList = new ArrayList<String>();
int index = 0;
while (index < tempTxList.size()) {
// left
String left = tempTxList.get(index);
index++;
// right
String right = "";
if (index != tempTxList.size()) {
right = tempTxList.get(index);
}
// sha2 hex value
String sha2HexValue = getSHA2HexValue(left + right);
newTxList.add(sha2HexValue);
index++;
}
测试
package test;
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class App {
public static void main(String [] args) {
List<String> tempTxList = new ArrayList<String>();
tempTxList.add("a");
tempTxList.add("b");
tempTxList.add("c");
tempTxList.add("d");
tempTxList.add("e");
MerkleTrees merkleTrees = new MerkleTrees(tempTxList);
merkleTrees.merkle_tree();
System.out.println("root : " + merkleTrees.getRoot());
}
}
执行结果
本文从简单二叉树的形式实现了简单的MerkleTree，计算出TreeRoot，但是实际上的的MerkleTree不拘谨与二叉树还可能是多叉树。
本文90%来着于翻译，原文地址
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