Merkle雜湊

什麼是 Merkle Hash？

Merkle Hash 是指將一組資料分層分組，對每一層進行雜湊運算，最終產生一個「根雜湊」。這個根雜湊就像是整個資料集的「主指紋」，可用於高效驗證特定資料是否被包含且未遭竄改。

在區塊鏈系統中，資料通常由一組交易或帳戶紀錄構成。藉由 Merkle 雜湊，系統無需傳送所有資料，只需提供與目標資料相關的少量「路徑雜湊」，即可讓你獨立完成包含性驗證。

Merkle Hash 在區塊鏈中的重要性

Merkle Hash 的核心價值在於「高效驗證」。它讓輕節點和用戶無需下載完整資料集，即可驗證某筆交易是否被包含，大幅降低頻寬、儲存與運算資源的消耗。

此外，Merkle 雜湊具備結構化防竄改能力：任何葉子節點或中間節點的異動都會導致根雜湊變化，使任何人都能即時發現資料不一致。這對於開放網路的透明度與可稽核性極為重要。

Merkle Hash 的運作機制

Merkle Hash 建立於雜湊函數之上。雜湊函數可將任意資料轉換為短小且定長的「資料指紋」，具有不可逆性，且輸入的微小變化會導致輸出截然不同。

建構流程始於將每筆資料雜湊為「葉子雜湊」，再將相鄰的葉子雜湊串接後進行雜湊，產生父節點。如此一層層遞迴，直到最上層僅剩一個「根雜湊」。整體結構稱為「Merkle 樹」，頂點即為「Merkle 根」。

要驗證某筆資料是否被包含，只需該筆的葉子雜湊及路徑上的一組「兄弟雜湊」，這組雜湊稱為「Merkle 路徑」或「Merkle 證明」。依序組合這些雜湊至根部，若計算結果與權威根雜湊一致，即可確認該資料被包含。

Merkle Hash 在比特幣區塊頭的應用

於比特幣中，每個區塊包含多筆交易。這些交易經由Merkle 雜湊聚合成一個 Merkle 根，並寫入區塊頭。區塊頭作為網路共識的「摘要」，使輕節點僅需下載區塊頭即可追蹤主鏈。

比特幣區塊頭約 80 位元組，內容包含版本號、前一區塊雜湊、時間戳、難度目標、隨機數，以及「Merkle 根」（資料來源：比特幣協議，截至 2025 年仍在使用）。藉由 Merkle 根，任何人都能以交易的 Merkle 路徑與區塊頭的根雜湊比對，驗證是否被納入該區塊。

如何利用 Merkle Hash 驗證交易被包含？

驗證過程十分直接：透過「路徑雜湊」重建從交易到根雜湊的路徑，並與權威根雜湊比對。

第 1 步：取得目標交易的原始資料或葉子雜湊。葉子雜湊即該交易資料的雜湊，作為底層節點。

第 2 步：準備對應的「Merkle 路徑」，即每一層的兄弟雜湊。每一步需指定串接順序（左接右或右接左）以確保計算正確。

第 3 步：沿路徑依序串接並雜湊，直到取得根雜湊。

第 4 步：將你計算得到的根雜湊與區塊頭（或其他權威來源）的根雜湊比對。一致則代表交易被包含；否則資料或路徑有誤。

Merkle Hash 與雜湊函數的差異

雜湊函數是一種基礎工具，用來將資料轉換成指紋。Merkle 雜湊則是將多個指紋經多層雜湊聚合為單一整體指紋的進階結構。前者是單層轉換，後者為分層聚合。

因此，安全性仰賴兩大面向：雜湊函數本身的抗碰撞性與不可偽造性，以及 Merkle 結構在建構與驗證過程中的正確串接順序與規範。

Merkle Hash 與 SPV 輕節點的關係

SPV（簡易支付驗證）是指輕節點僅下載區塊頭而非全部交易。因區塊頭包含 Merkle 根，SPV 節點可利用交易的 Merkle 路徑與區塊頭比對，確認是否被納入。

這使如行動錢包等輕量級客戶端，即便資源有限也能完成關鍵驗證，進一步提升區塊鏈系統的可用性與去中心化參與度。

Merkle Hash 在 Gate 儲備金證明的應用

在中心化交易所的儲備金證明場景下，用戶資產條目（如帳戶 ID 與餘額的組合）作為葉子節點建構 Merkle 樹，並公布根雜湊。用戶可下載個人的葉子雜湊和 Merkle 路徑，自行驗證「我的資產確實納入總樹」。

於 Gate 儲備金證明頁面，用戶通常會取得資產條目的證明材料（如葉子雜湊與路徑）。用戶關注的重點在於「包含性」——即自己的條目確實存在於樹中。需注意，Merkle 雜湊本身僅能證明「包含」，無法證明鏈下資產真實存在或未重複計算，仍須獨立稽核報告與密碼學簽章等補充。

Merkle Hash 的風險與限制

1. 包含 ≠ 真實性。Merkle 證明僅保證某條目被納入已公開清單，無法確保清單本身未造假。須結合獨立稽核與鏈上簽章以提升信任。
2. 安全性取決於底層雜湊函數。若使用過時或已遭破解的雜湊函數，可能出現碰撞（不同輸入產生相同指紋），進而破壞結構信任。
3. 隱私與結構設計。若葉子節點含敏感資訊，路徑暴露可能洩漏資料特徵；可採用匿名化或承諾機制。樹的建構方式（排序、去重、加鹽）亦影響可驗證性與抗攻擊性。
4. 動態更新的複雜性。資料頻繁異動時，樹需重建或增量更新；若工程實作不完善，容易導致錯誤或驗證結果不一致。

Merkle Hash 核心要點

Merkle 雜湊透過分層雜湊將大量資料壓縮為單一、公開可驗證的根雜湊，使任何人都能以低成本驗證包含性。廣泛應用於比特幣區塊頭、SPV 輕節點及交易所儲備金證明等系統。實務應用須重視雜湊函數選擇、樹結構規範及外部稽核，切勿將「包含性」等同於「真實性」。

常見問題

Merkle Hash 能證明我的轉帳確實被寫入區塊嗎？

可以。Merkle 雜湊可為你的交易產生一條可驗證路徑直達區塊頭，無需下載完整區塊即可證明被包含。此過程稱為 SPV 驗證，廣泛應用於輕錢包與行動錢包，既節省空間又確保安全。

為什麼修改一筆交易會導致整個 Merkle 樹頂層雜湊發生變化？

因為Merkle 樹採用逐層雜湊。底層交易的任何異動都會改變其父節點雜湊，這種變化會層層往上傳遞，最終導致頂層的 Merkle 根產生變化。這使竄改極易被偵測，是區塊鏈防偽的核心機制之一。

Gate 用 Merkle Hash 做儲備金證明，對新手來說實際價值是什麼？

Gate 會將用戶資產組織成 Merkle 樹並定期公布根雜湊，所有人皆可驗證。你可以利用個人的 Merkle 路徑證明資產確實納入 Gate 總儲備，防止隱匿或重複記帳。此方式讓交易所儲備更加透明、可驗證。

Merkle Hash 與一般雜湊函數的根本差異為何？為什麼不能互相取代？

一般雜湊函數僅能驗證單一資料的完整性，Merkle 樹則透過分層雜湊結構，同時驗證大規模資料的完整性與包含性。僅有 Merkle 樹能產生「證明路徑」高效驗證存在性，一般雜湊無法達成。

區塊中有 10,000 筆交易，Merkle 路徑驗證需要多少次雜湊？

僅需約 14 次雜湊運算——因 Merkle 樹深度隨交易數量以對數（log2）增加。相較於逐筆驗證 10,000 筆，Merkle 路徑極為高效，這也是行動錢包能快速同步區塊鏈的關鍵。