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PHP中使用Redis實作Merkle Tree

王林

發布： 2024-03-27 09:14:02

原創

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PHP中使用Redis实现Merkle Tree

隨著網路的快速發展，資料交換和共享變得越來越方便，但也帶來了資料安全和隱私的問題。 Merkle Tree是一種雜湊樹結構，能夠有效地保證資料的完整性和一致性。而Redis是一款高效能的記憶體資料庫，使用它來實現Merkle Tree可以提高資料的讀寫速度和可用性。本文將介紹如何使用PHP和Redis實作Merkle Tree。

什麼是Merkle Tree

Merkle Tree是一種雜湊樹結構，是用來驗證大型資料集合的完整性和一致性的資料結構。 Merkle Tree由一組資料塊組成，每個資料塊都有一個唯一的雜湊值。 Merkle Tree的每個非葉節點是它的子節點的雜湊值的雜湊值。最終，根節點成為驗證整個資料結構完整性的唯一引用點。如果Merkle Tree中的某個資料塊被更改，則其父節點及以上節點的雜湊值都會受到影響。

為什麼使用Merkle Tree

Merkle Tree最常見的應用場景是比特幣、以太坊等區塊鏈技術中用於驗證帳本的完整性和一致性。由於分散式帳本需要驗證的資料量極大，使用Merkle Tree可以大幅提高驗證效率和速度。同時，Merkle Tree也適用於其他需要驗證資料完整性和一致性的場景，例如檔案傳輸、資料備份等。

Redis介紹

Redis是高效能的Key-Value型記憶體資料庫，具有快速讀寫速度、資料持久化功能、支援複雜資料類型等特點。 Redis常用於快取系統、發布訂閱系統、排行榜等場景。

如何使用Redis實作Merkle Tree

使用Redis實作Merkle Tree的關鍵是如何將Merkle Tree的結構儲存到Redis。以下是一個可能的實作方法：

定義Merkle Tree的節點結構

class Node {
    public $left = null;
    public $right = null;
    public $data = null;
    public $hash = null;
}

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遞迴建構Merkle Tree

function makeTree($data) {
    if(count($data) == 1) {
        $node           = new Node();
        $node->data     = $data[0];
        $node->hash     = hash('sha256', $node->data, false);
        return $node;
    }

    $leftData       = array_slice($data, 0, count($data) >> 1);
    $rightData      = array_slice($data, count($data) >> 1);
    $left           = makeTree($leftData);
    $right          = makeTree($rightData);

    $node           = new Node();
    $node->left     = $left;
    $node->right    = $right;

    if(!is_null($node->left)) {
        $node->hash = hash('sha256', $node->left->hash . $node->right->hash, false);
    }

    return $node;
}

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#將Merkle Tree儲存到Redis中

function storeToRedis($node, $redis, $key) {
    if(is_null($node)) {
        return;
    }

    $redis->hset($key, 'hash', $node->hash);
    $redis->hset($key, 'data', $node->data);

    if(!is_null($node->left)) {
        $leftKey    = $key . ':left';
        $rightKey   = $key . ':right';

        storeToRedis($node->left, $redis, $leftKey);
        storeToRedis($node->right, $redis, $rightKey);

        $redis->hset($key, 'left', $leftKey);
        $redis->hset($key, 'right', $rightKey);
    }
}

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從Redis讀取Merkle Tree

function loadFromRedis($redis, $key) {
    if(!$redis->hexists($key, 'hash')) {
        return null;
    }

    $node           = new Node();
    $node->hash     = $redis->hget($key, 'hash');
    $node->data     = $redis->hget($key, 'data');

    $leftKey        = $redis->hget($key, 'left');
    $rightKey       = $redis->hget($key, 'right');

    if(!is_null($leftKey)) {
        $node->left     = loadFromRedis($redis, $leftKey);
        $node->right    = loadFromRedis($redis, $rightKey);
    }

    return $node;
}

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驗證資料完整性

function verifyData($data, $rootHash, $redis, $key) {
    $node   = loadFromRedis($redis, $key);

    if(is_null($node)) {
        return;
    }

    if(!is_null($node->left)) {
        verifyData($data, $rootHash, $redis, $redis->hget($key, 'left'));
        verifyData($data, $rootHash, $redis, $redis->hget($key, 'right'));
    }

    if(!is_null($node->data)) {
        $dataHash = hash('sha256', $node->data, false);
        $index    = array_search($node->data, $data, true);

        if($node->hash != $rootHash || ($index === false && $node->hash != $dataHash)) {
            throw new Exception('Invalid data or hash');
        }
    }
}

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