区块链技术数据不能修改的实质是啥，区块链技术为何不能伪造-热闻精选-小童说事

【环境详细介绍】

前文《打破K/V存储的性能瓶颈》中，大家提及用一个哈希值来体现区块链系统中任何目标的目前情况结合，并称作“全球情况”。如今大部分区块链技术最底层服务平台为了更好地适用与其它链集成化，或是为了更好地布署在更小的终端设备，都是会给予轻节点的作用，轻节点也就是储存小量数据的“轻量节点”，但由于沒有储存全量数据，没法对别的节点的数据开展准确性的认证。这儿便必须别的节点转化成一份数据证明，相互配合轻节点当地储存的“全球情况”来开展数据的认证。

这一份数据证明是啥？也是如何保持的？带上这一份疑惑，文中将详解现阶段主要的数据证明的建立及其解决方法和提升构思。

【内塔尼亚胡证明】

详细介绍数据证明前，大家先要掌握传统式的默克尔树，及其相应的证明转化成和检验的步骤。

默克尔树（Merkle Tree），因发明者叫Merkle，而且是树结构而而出名。如下图，默克尔树的叶节点储存数据或是数据的哈希值，任一父节点包括了他的儿子节点总数的哈希值。

默克尔树较大的功能就是迅速校检一部分数据是不是在初始数据中。

举个事例，要想认证L2在上面的这棵树枝，只必须节点列表[L2，Hash0-0，Hash1]就可以，根据L2能够测算出Hash0-1，根据Hash0-1与Hash0-0能够测算出Hash0，再根据Hash0与Hash1，便能够获得一个树杆，再把该树杆与Top Hash开展核对就可以迅速认证L2是不是在树中。默克尔树转化成数据证明及其认证数据证明的基本原理便是这般，转化成证明时自底向上，持续获得父节点的弟兄节点，装包成数据证明；认证时根据解析xml证明中的节点列表，持续开展hach获得父节点的实际操作，最终能够获得树杆节点，再把该树杆与原树杆开展核对，做到认证的目地。

这类基础的默克尔树广泛运用在区块链系统中，比如BTC中轻钱夹的SPV（简易付款认证）就是运用该基本原理，BTC中区块链纪录的root就是区块链中买卖结合组成的默克尔树的树杆，促使无需下载详细区块链，只必须区块链头便能够认证某条买卖的实效性。

【以太币上的数据证明】

默克尔树尽管达到了数据证明及其认证的要求，可是其二叉树的构造，会使其在储存巨大的情况数据时，导致正中间节点过多，有储存压力太大的难题；而且默克尔树在对数据的增删层面沒有解决方法，我们知道情况数据在实行合同时必须经常的读写能力，因而能够对数据开展查看改动也是十分关键的，对于上面几个难题，以太币明确提出了内塔尼亚胡帕特里夏树（Merkle Patricia Tree，下面称MPT）。

▲ 什么叫MPT？

MPT关键融合了默克尔树和作为前缀树的特点，前缀树说白了，是一种运用字符串数组的公共性作为前缀来实现查看的树，如下图所显示，用于查看有一同作为前缀的数据不用开展标识符的核对，十分便捷，但弊端也十分显著，假如一个字符串数组与别的节点沒有公共性作为前缀时，便会产生许多节点的建立，导致储存空间的消耗。

根据默克尔树及其前缀树的优点和缺点，MPT明确提出了四种节点种类：

1）空节点：用于表明空字符串；

2）支系节点：用于表明MPT树中全部有着超出一个子节点之上的非叶片节点，数最多能容下十六个子节点；

3）叶片节点：表明为[key, value]的一个键值对，在其中key是一种十六进制编号(HP编号)，value是节点主要内容的RLP编号；

4）拓展节点：一样表明为[key, value]的一个键值对，但是value是别的节点的hash值，这一 hash能够被作为key，用于在数据库文件查看子节点；

对比于一般的前缀树及其默克尔树，MPT添加了拓展节点，能够将不分享的作为前缀嵌进一个节点，产生途径缩小的特点，减少了树的相对高度，降低了室内空间消耗；支系节点的添加，促使单独节点数最多能有十六个分岔，一样也是减少了树高；而且根据哈希值开展树节点间的联接，保证了安全与验证性。

对MPT上的数据开展增删，必须根据作为前缀索引到相匹配的节点，叶片节点的变动会产生新的支系节点或是拓展节点的添加，新的节点必须开展hach测算得到新的哈希值，随后升级父节点的信息内容，导致索引途径上节点的哈希值的加盟店的修改，最终转化成一个唯一的“全球情况”。

在MPT上，要想转化成数据证明，也必须顺着树开展作为前缀的索引，并把索引途径上的节点装包成证明回到就可以。认证数据证明的情况下，必须认证叶片节点中键的准确性，而且对证明中的节点列表开展自底向上的hach实际操作，最终核对树杆的值就可以。

▲ 特性短板

上文提及以太币是以节点的哈希值做为数据库储存节点的键，这种节点的存放与区块链号或买卖并沒有其他关联关联，而且撒落在全部状态空间中的，那麼伴随着成交量的扩大，情况变化产生的新节点也会增加，数据储存工作压力会越来越大。

因为以太币最底层采用的是leveldb储存，针对每一个键值的载入最坏状况下必须一次硬盘IO，那麼在实行合同的情况下，将会出现很多的時间花费在情况的载入中，长此以往系统软件总体的特性会愈来愈差。

【联盟链下怎么提升？】

时下流行数据库一般分成二种：以LSM树为主导的数据库比如leveldb、rocksdb；也有以B 树为主导的数据库比如mysql。同样情况下B 树的读要比LSM树更高效率，在联盟链情景下，我们知道绝大多数应用领域全是读多写少，那麼对于联盟链，能否根据B 树来明确提出一种既能完成数据证明，又可以兼具到读写能力特性的办法呢？回答是毫无疑问的，大家提到了一种内塔尼亚胡B 树的结构，融合了B 树及其默克尔树的特性，减少了查找需要的硬盘IO及其储存的数据量，在维持性能卓越的与此同时，还能给予数据证明、数据验证的作用。

▲ 什么叫内塔尼亚胡B 树？

B 树是一种n叉的均衡搜索树，全部键值对都是会功能键值的高低次序储放在最终一层叶片节点中，父节点会纪录其相连接的子节点的最少键值，便捷索引。

内塔尼亚胡B 树以B 树为基本，包括了二种节点：处在最终一层的数据节点、索引节点，该树具备下面的特性：

1）每一个节点会有一个ID；

2）索引节点的子节点列表中放置了子节点的最少键及其哈希值；

3）数据节点的子节点列表储放的是[key，value]情况数据键值对；

4）每一个节点的哈希值由它的子节点列表总数的哈希值得到；

如上图所述，将情况数据以键值对的方式存进数据节点，每一个节点最终会以页的方式储放到硬盘中，为了更好地更融入硬盘的读写能力对策，要求每一个页尺寸为4K（硬盘页尺寸一般为4K），那样就可以根据估算出页ID*页尺寸的偏移从硬盘载入某一节点。

一样大家要求每一个节点数最多容下4K的数据，假如某一数据节点插进过多键值对，造成其超出了4K的阀值，可能造成瓦解，变成好几个不超过阀值的新数据节点，并把相应的新节点信息内容插进到原父节点的子节点列表中，再递归算法查验父节点即索引节点是不是超出阀值，假如超出可能反复瓦解全过程。

这儿大家会给予一个较大页ID及其空余ID列表来管理方法页ID，当新创建了一个节点时，会先去空余ID列表查看一下是不是存有符合条件的ID，有则取下来划分给新节点，不然会把较大页ID分派给新节点，并增长较大页ID。有分派当然便会有回收利用，当节点A瓦解为节点B和节点C时，节点A的页ID便会被回收利用，列入到空余ID列表中。当看到某一节点变成空节点时，也会被回收利用页ID。

因为内塔尼亚胡B 树在每一个节点都储存了哈希值，每一次对情况数据的增删，都是会导致最底层数据节点的变化，从而危害从数据节点到根节点途径上的节点哈希值，最终转化成出唯一的“全球情况”。

在转化成数据证明时，一样是顺着树杆，根据键的核对往下索引，并把索引途径上的节点装包成证明回到就可以。认证数据证明的情况下，能够在数据证明中的节点途径开展相同的索引实际操作，认证索引途径的一致性，而且开展节点哈希值的准确性校检，最终核对树杆的值就可以。

▲ 提升构思

依据上文看来，内塔尼亚胡B 树的确能够完成较高的写入高效率及其验证性，可是也有非常大的提升室内空间，根据此，大家准备从提升硬盘读的视角明确提出提升构思。

针对节点限定在4K尺寸这一点，能够高效提升节点分岔数，减少树高，从而减少硬盘IO频次，可是依然必须log(n)次的硬盘IO，为了更好地利润最大化减少IO频次，大家把索引节点与数据节点分离储存为索引文档和数据文档。索引节点中能够觉得只储放了键，因而索引文档远远地低于数据文档，把索引文档根据mmap（内存映射）的方式维护保养在存储空间中，那样对底部的数据的载入只必须数据文档的一次硬盘IO就可以，大大的提高了读高效率，在联盟链读多写少的情景下具备很大的优点。

【总结】