一條區塊鏈，每天要回答同一個問題數百萬次：此刻，每個人擁有甚麼？存儲那個「狀態」、並誠實地證明它，而不強迫每一個用戶下載一切，是加密領域最深的工程問題之一。那個優雅的答案，是一個叫默克爾樹的結構，而它悄悄地撐起了整個系統。
狀態是甚麼意思
一條區塊鏈的狀態，是它所追蹤的一切的當前快照：賬戶餘額、合約代碼，以及每個智能合約所存儲的數據。區塊是歷史——那份有序的變更清單——而狀態，則是應用了所有這些變更之後的、最新的結果。當你查看你的餘額，你是在讀取狀態，而非重放自開天闢地以來的每一筆交易。因為狀態龐大、且不斷變化，一條鏈需要一種方式，去高效地總結並核驗它。
默克爾樹與根哈希
一棵默克爾樹，通過成對地、反覆地哈希數據來解決這個，直到一切坍縮成一個叫根哈希的單一數值。每一份數據被哈希，然後一對對的哈希被一同哈希，一層一層，直到頂端的一個根。神奇之處在於，這個根，充當着整個數據集的一枚指紋：改動任何單獨一項，哪怕一個比特，根就完全變了。因此，一個微小的根，能夠承諾一個龐大的數據量。
默克爾證明與輕量核驗
那個根真正的威力在於，你能證明某一項屬於它，而不揭示其餘。一份默克爾證明，就只是那條短短的、從你單獨的一項重算出根所需的兄弟哈希之鏈。任何只持有那個可信之根的人，都能核查那份證明、並確認那一項確實被包含了——而幾乎甚麼也沒下載。這正是輕客戶端如何核驗一筆交易，以及儲備證明如何讓你核查你的餘額，在一家交易所的總額之中。
以太坊的默克爾帕特里夏字典樹
比特幣用一棵默克爾樹，去承諾每個區塊裏的那些交易。以太坊需要更多，因為它的狀態，是一張巨大的、頻繁更新的、賬戶與存儲的鍵值映射。它使用一個叫默克爾帕特里夏字典樹（ Merkle Patricia trie ）的變體，它把默克爾的哈希，與一棵用於查找與更新事物的高效之樹結合。每個區塊頭，都攜帶一個狀態根，總結着整個世界狀態，於是任何節點，都能用一份緊湊的證明，對照它去核驗某個具體的賬戶或存儲槽。
Verkle 樹與無狀態的未來
默克爾帕特里夏字典樹的弱點是，證明會長得很大，這堵住了「無需存儲整個狀態就能核驗的無狀態客戶端」之夢。被提議的升級，是 Verkle 樹，它使用更先進的密碼學，把證明變得急劇地更小——在默克爾證明會需要許多千字節之處，只需幾百字節的量級。那大約二十倍的縮小，正是那有望終於讓輕量節點，去核驗只攜帶微小見證之區塊的東西，在狀態不斷增長之際，保護去中心化。
結語
狀態，是一條區塊鏈當前之所是；默克爾樹，則是它如何用單獨一個哈希承諾那個狀態、並廉價地證明它的任一片段。從比特幣的交易樹，到以太坊的默克爾帕特里夏字典樹、再到將來的 Verkle 升級，同一個想法反覆出現：把浩瀚的數據，壓縮進一個根，然後用一條短短的路徑，證明成員資格。它是那不起眼的機械，讓無需信任的核驗——一條區塊鏈的全部意義所在——真正切實可行。
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參考資料
[1] Ethereum.org, "Verkle trees" ethereum.org
[2] Investopedia, "Merkle tree" investopedia.com
