一条区块链，每天要回答同一个问题数百万次：此刻，每个人拥有什么？存储那个「状态」、并诚实地证明它，而不强迫每一个用户下载一切，是加密领域最深的工程问题之一。那个优雅的答案，是一个叫默克尔树的结构，而它悄悄地撑起了整个系统。
状态是什么意思
一条区块链的状态，是它所追踪的一切的当前快照：账户余额、合约代码，以及每个智能合约所存储的数据。区块是历史——那份有序的变更清单——而状态，则是应用了所有这些变更之后的、最新的结果。当你查看你的余额，你是在读取状态，而非重放自开天辟地以来的每一笔交易。因为状态庞大、且不断变化，一条链需要一种方式，去高效地总结并核验它。
默克尔树与根哈希
一棵默克尔树，通过成对地、反复地哈希数据来解决这个，直到一切坍缩成一个叫根哈希的单一数值。每一份数据被哈希，然后一对对的哈希被一同哈希，一层一层，直到顶端的一个根。神奇之处在于，这个根，充当着整个数据集的一枚指纹：改动任何单独一项，哪怕一个比特，根就完全变了。因此，一个微小的根，能够承诺一个庞大的数据量。
默克尔证明与轻量核验
那个根真正的威力在于，你能证明某一项属于它，而不揭示其余。一份默克尔证明，就只是那条短短的、从你单独的一项重算出根所需的兄弟哈希之链。任何只持有那个可信之根的人，都能核查那份证明、并确认那一项确实被包含了——而几乎什么也没下载。这正是轻客户端如何核验一笔交易，以及储备证明如何让你核查你的余额，在一家交易所的总额之中。
以太坊的默克尔帕特里夏字典树
比特币用一棵默克尔树，去承诺每个区块里的那些交易。以太坊需要更多，因为它的状态，是一张巨大的、频繁更新的、账户与存储的键值映射。它使用一个叫默克尔帕特里夏字典树（ Merkle Patricia trie ）的变体，它把默克尔的哈希，与一棵用于查找与更新事物的高效之树结合。每个区块头，都携带一个状态根，总结着整个世界状态，于是任何节点，都能用一份紧凑的证明，对照它去核验某个具体的账户或存储槽。
Verkle 树与无状态的未来
默克尔帕特里夏字典树的弱点是，证明会长得很大，这堵住了「无需存储整个状态就能核验的无状态客户端」之梦。被提议的升级，是 Verkle 树，它使用更先进的密码学，把证明变得急剧地更小——在默克尔证明会需要许多千字节之处，只需几百字节的量级。那大约二十倍的缩小，正是那有望终于让轻量节点，去核验只携带微小见证之区块的东西，在状态不断增长之际，保护去中心化。
结语
状态，是一条区块链当前之所是；默克尔树，则是它如何用单独一个哈希承诺那个状态、并廉价地证明它的任一片段。从比特币的交易树，到以太坊的默克尔帕特里夏字典树、再到将来的 Verkle 升级，同一个想法反复出现：把浩瀚的数据，压缩进一个根，然后用一条短短的路径，证明成员资格。它是那不起眼的机械，让无需信任的核验——一条区块链的全部意义所在——真正切实可行。
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参考资料
[1] Ethereum.org, "Verkle trees" ethereum.org
[2] Investopedia, "Merkle tree" investopedia.com
