区块链实验-构建Merkle Tree

主要内容：1.掌握Merkle Tree的基本原理。

2.编程实现Merkel Tree的构建和数据完整性验证。

实验条件：Win系统、Python

实验内容：

根据上图原理实现如下两个函数：

# 构建Merkle Tree

def BuildTree(data):

# 验证数据完整性

def Validate(hash, data):

1. 实现思路

Merkle Tree的Python实现代码分为两个主要部分：构建Merkle树和验证数据完整性。

（1）. 构建Merkle树

构建Merkle树的主要思路是逐层生成父节点。首先，我们将所有数据块的哈希值存到叶子节点中。然后，我们从下往上逐层生成父节点。对于每一层的父节点，我们依次将每两个相邻的子节点的哈希值拼接起来并求出哈希值，作为父节点的哈希值。如果最后只剩下一个节点，那么此节点就是根节点，也是Merkle树的树根。

（2）. 验证数据完整性

验证数据块的完整性也是递归的过程，从树根逐层向下判断。如果当前节点是叶子节点，那么直接比较当前节点的哈希值与数据块的哈希值是否相等。如果当前节点是父节点，那么递归地验证子节点的哈希值即可。如果至少有一个子节点的哈希值能够与数据块的哈希值匹配，那么就说明该数据块属于Merkle树中。

2、Python代码如下：

import hashlib

# 构建Merkle树

def build_tree(data):

    tree = []

    # 将所有数据块的哈希值存到叶子节点

    for d in data:

        tree.append(hashlib.sha256(d.encode()).hexdigest())

    # 逐层生成父节点

    while len(tree) > 1:

        parent_level = []

        for i in range(0, len(tree), 2):

            # 如果当前节点只有一个子节点，将其复制一遍作为另一个子节点

            if i == len(tree) - 1:

                parent_level.append(tree[i] + tree[i])

            else:

                parent_level.append(tree[i] + tree[i+1])

        # 将当前层的父节点加入树中

        tree = parent_level

    return tree[0]

# 验证数据完整性

def validate(hash, data):

    # 如果当前节点是叶子节点，直接与数据块的哈希比较

    if len(hash) == 64:

        return hash == hashlib.sha256(data.encode()).hexdigest()

    # 如果当前节点是父节点，递归验证子节点

    left = hash[0:64]

    right = hash[64:]

    return validate(left, data) or validate(right, data)

# 测试

data = ["1234", "5678", "1010", "1111"]

root = build_tree(data)

print("Merkle根节点: ", root)

print("数据完整性：",validate(root, "1111"))

print("数据完整性：",validate(root, "6543"))

3、实验结果截图：