默克尔根

哪怕只改动某一笔支付中的一聪、调换两笔交易的顺序，或多加一笔交易，默克尔根都会完全改变。矿工正是依赖这一点：32位的随机数（nonce）只能提供约43亿次尝试，因此挖矿软件会修改币基交易，生成新的默克尔根，再继续搜索。对持有比特币的人来说，这一个字段正是区块被挖出后无法悄悄增加或减少一笔支付的原因。

运作方式

默克尔根是计算出来的，而不是选定的，这正是它有价值的原因。

它占据区块头80字节中的32字节，矿工写入的是这些交易算出的任何值。每个收到区块的节点都会根据所收到的交易列表重建默克尔树，并将自己的结果与区块头比对。不一致就意味着拒绝，立即拒绝，没有商量余地。协议中不存在区块头说一套、区块主体说另一套的情形。

这项检查使默克尔根成为挖矿循环的关键枢纽。随机数只有四个字节宽，即4,294,967,296个可能的值；一台算力为每秒200万亿次哈希的机器，只需大约百万分之二十秒就能穷尽所有取值。因此矿工需要一种方法来生成新的候选值，而最省事的办法就是修改币基交易。矿池会把币基交易拆成两半，中间留出空隙，发给每台机器；机器把自己的字节写入空隙，币基交易 ID 随之改变，默克尔根也随之改变，于是又有43亿个新的随机数可用。滚动时间戳，以及 BIP320 保留的16个版本位，还能提供额外的空间。

隔离见证在不改动区块头的情况下增加了第二个根，因为改动区块头就会是一次硬分叉。BIP141 定义了一棵独立的树，建立在见证交易 ID 之上，其根写入币基交易的一个输出中，并以四字节前缀0xaa21a9ed 标记。由于币基交易本身就是普通默克尔树的一个叶子节点，这个见证承诺最终还是会被折叠进区块头的默克尔根，只是隔了一层。

在哪里会遇到它

默克尔根是任何区块浏览器都会显示的字段之一，也是少数可以手工验证的字段之一。

Bitcoin Core 在 getblockheader 和 getblock 的输出中以 merkleroot 字段报告它。创世区块的值以4a5e1e4b 开头，是个不错的起点，因为该区块只有一笔交易：只有一个叶子节点的树，其根就是它自身，所以默克尔根与交易 ID 完全相同。任何只包含币基交易的区块都有同样的特性。

您也会在挖矿协议而不是区块中遇到它。Stratum 的任务通知根本不会把交易发给矿机，而是发送币基交易的两半，外加从币基交易一路向上走到树顶所需的那一小串哈希，这样机器就能针对尝试的每个 extranonce 自行计算默克尔根。Stratum V2 改变了由谁来选择交易，但默克尔根的组装方式依然相同。

默克尔根 vs 前一区块头哈希

默克尔根和前一区块头哈希都是32字节的哈希值，并排位于同一个80字节的区块头中，但它们锁定的方向不同。默克尔根指向内部，即本区块的内容：交易及其顺序，此外别无他物。前一区块头哈希指向后方，即其身后的全部历史。修改一笔支付，只有默克尔根会失效；修改去年的一个区块，此后每个区块的前一区块头哈希都会出错，这就是篡改一个区块与篡改一条链之间的区别。