如何在同一棵默克尔树上提供多个证明

译者注：以太坊网络是一台富状态（stateful）的世界计算机，其状态包括状态余额、交易流水号（nonce）、合约代码及合约存储内容等。在技术上，这些状态数据是靠一种叫做 “默克尔树” 的结构来组织的，因此，以太坊世界状态及其访问、更新，便可表达为一棵默克尔树及其访问、更新。同样地，所有跟默克尔树相关的数据证明及验证操作，都可以在以太坊协议的语境下被理解为状态的证明及验证操作。实际上，默克尔树是我们理解、利用、改进以太坊协议不可或缺的一环。本文介绍了一种可以证明多个值存在于同一棵默克尔树上的方法，因此也可以说，这就是在介绍如何证明多个以太坊状态隶属于同一时刻的世界状态的方法。

科普 | 什么是默克尔截顶

稀疏默克尔树多值证明（Sparse Merkle multiproofs）是对默克尔树截顶（Merkle pollard）的一种替代方案，可在为证明一棵默克尔树上存在多个值时提供空间上较为节约的证明。什么是默克尔证明、默克尔树截顶，我已在前一篇··文章中解释过了；推荐您先阅读并理解这些概念再来阅读本文。接下来，文本将用下图的默克尔树来解释多值证明：

如何在同一棵默克尔树上提供多个证明

稀疏多值证明最早由 Vitalik Buterin 提出。

多值证明

多值证明（multiproof）就是把一棵默克尔树中的一组证明打包在一起，从而节省存储空间。例如，下面是上图所示默克尔树的 3 条默克尔证明：

从上图可以看出，3 个证明总共包含 9 个中间分支的哈希值（即由绿色标出的部分）：每条证明有 3 个哈希值。将这 3 个证明组合成如下图所示的结构，即成多值证明：

如何在同一棵默克尔树上提供多个证明

相比于单条证明时总共需要的 9 个中间分支哈希值，默克尔多值证明只需要 7 个哈希值，这就节省了存储空间。

稀疏的多值证明

虽然默克尔树的多值证明确实节省了一些存储空间，但其中一些数据可以用其他方式得到，所以移除这些数据可以进一步节省存储空间。（译者注：可通过其他方式得到的数据，就不需要存储在证明中，只要在需要时能够得到即可）

以上图的默克尔树多值证明为例，许多中间分支的哈希值都可以被计算出来。比如验证者将已知的值 Banana 和 Peach 通过哈希函数计算后，可以得到哈希值 bc4F…8d3f 和 59a0…421d。对于与根节点相连的两个节点的哈希值 c0b7…da30 和 6ff9…8e3d，可以通过其孩子节点（与两个节点直接相连的，并处于上方的节点）的哈希值计算出来。因为孩子节点的哈希值要么是证明中包含的，要么可以通过再上一层的哈希值计算出来。下图中黄色的节点标记了这 4 个可由计算得到的哈希值：

如何在同一棵默克尔树上提供多个证明