Verkle树如何改善状态证明？
理解 Verkle 樹及其在區塊鏈狀態證明中的角色
Verkle 樹正逐漸成為一種具有前景的資料結構，能顯著提升區塊鏈網絡驗證其狀態的方式。為了理解它們如何改善狀態證明，有必要先了解區塊鏈驗證流程的背景，以及傳統方法如 Merkle 樹的限制。
在區塊鏈技術中，維持無信任驗證（trustless verification）是基本原則。節點需要確認當前狀態——例如帳戶餘額或智能合約狀態——是否正確，而無需處理每筆交易或下載整個區塊歷史記錄。這就是狀態證明（state proofs） 發揮作用的地方。它們使節點能高效地驗證區塊鏈某部分的狀態，減少計算負擔和帶寬需求。
傳統 Merkle 樹在區塊鏈驗證中的局限性
Merkle 樹由於其簡單性與安全特性，一直是加密証明的重要基石。它通過遞迴地將資料對進行哈希，最終產生一個根哈希，用來緊湊表示大量數據集。這個根哈希作為所有底層資料的加密承諾。
然而，隨著區塊鏈規模越來越大，Merkle 樹面臨擴展性的挑戰：所需用於証明驗證的哈希次數會隨著資料量增加而上升，使得証明文件變大、計算成本提高——尤其對資源有限設備如行動節點或輕客戶端快速驗証時尤為困難。
Verkle 樹如何提升狀態証明
Verkle 樹建立在 Merkle 树引入的概念之上，但加入了向量承諾（vector commitments）——一種允許同時承諾多個值且操作較少的加密原語。此融合帶來多項主要優勢：
縮小証明大小： Verkle 树生成更小型化的証明物件，相較傳統 Merkle 証明，在验证大量数据时所需運算更少。
提速验证： 由於結構上的優化，用 Verkle 树進行证明确实涉及較少加密運算，因此验证速度更快。
提升擴展性： 隨著区块链規模和複雜度增加，Verkel 树比起傳統結構，更有效率地處理增長的数据，同時降低存儲和處理負荷。
增強隐私功能： 在验证過程中揭示的信息較少，有助於實現更好的隐私保護 —— 這在現代去中心化應用中愈發重要。
對區塊鏈網絡實際影響
採用 Verkel 樹直接影響系統可擴展性與效率。例如：
Polkadot 已宣布計劃將 Verkel 結構整合到其中繼链（relay chain），以改善跨链通信效率。
Solana 在協議升級中探索相關結構，以提升吞吐量並保持安全標準。
這些應用展示了先進密碼學與創新資料結構相結合，可以解決長期存在但未完全克服的網絡擴展問題，同時不犧牲安全或去中心化原則。
實施 Verkel 樹面臨之挑戰與考慮因素
儘管具有眾多優勢，但部署 Verkel 树也非沒有障礙：
相容性問題： 將新資料結構融入既有系統，需要謹慎設計向後相容方案，以確保舊節點仍能正常運作。
安全風險： 作為新興加密技術的一部分，需要經過嚴格測試；若實作不當可能出現側信道攻擊或惡意輸入等漏洞。
標準制定努力： 廣泛採用取決於建立行業標準，以促進不同平台間的一致實施，目前學界與產業界正積極合作推動相關研究。
時程及未來展望
Verkel樹果由UC Berkeley研究人員於2019年首次提出，他們指出該方法相比Ethereum當時使用的大名鼎鼎「Merkle Patricia Trie」具有理論優勢。
到2022–2023年，多個知名專案開始嘗試實務應用，例如Polkadot宣布整合計劃、Solana探索具體方案，以及其他協議基於最新研究成果考慮類似方案。
未來，推動標準化工作將是促進不同区块链間互通的重要關鍵，也可能讓我們看到更加可擴展、安全且支持複雜dApp 的下一代去中心化網路誕生，同時有效保障用户隐私。
為何 State Proofs 在區塊鏈如此重要？
State proofs 是促成去中心化網絡信任免依賴的重要工具，它們讓參與者（節點）不僅可以確認交易，也可以核查帳戶餘額或合約状态等當前資訊，而無須下載完整歷史記錄。这大幅降低帶寬消耗，同時保持高度安全保障，是公共区块链透明模型中的核心原則之一。
使用 Verkel Trees 改善 State 驗證的重要要點總結
總而言之：
- 相較傳統方法，它們提供更小巧精煉的证明
- 加快验证流程
- 支持网络日益增长所需的大规模扩展
- 提升验证过程中的隐私保护
- 正被主要项目积极采用以优化网络效率
伴隨着研究不断深入以及 Polkadot、Solana 等平台实际部署，再加上行业标准制定努力，可預見利用像Verkale樹果類先進密码学技术构建未来强健、高效、安全且注重用户隐私的新一代区块链，将成为未来发展的主流方向之一。
最終思考：透過資料結構推動 Blockchain 的可擴展性與隱私保護
從經典 Merkle 結構演變到像 Verkale 這樣更複雜、更具創新性的架构，是解決今日 blockchain 生態系面臨一些根本挑戰的重要一步，包括可擴展瓶頸和隱私問題。透過減少運算負荷並利用向量承諾等創新技術強化安全保障，加上推動標準制定，不僅有望改善性能，也能促使此類技術被全球各種去中心化應用廣泛採納，共同打造更加高效、安全、多元且尊重用户隐私的新世代区块链生态系統。
關鍵詞: verkle trees 解釋 | 區塊鏈 state proofs | 可擴充 cryptography 解決方案 | 隱私保護式驗證 | merklized 與 verkle tree 比較 | 密碼學研究 2019–2023
JCUSER-WVMdslBw
2025-05-14 12:50
Verkle树如何改善状态证明？
理解 Verkle 樹及其在區塊鏈狀態證明中的角色
Verkle 樹正逐漸成為一種具有前景的資料結構，能顯著提升區塊鏈網絡驗證其狀態的方式。為了理解它們如何改善狀態證明，有必要先了解區塊鏈驗證流程的背景，以及傳統方法如 Merkle 樹的限制。
在區塊鏈技術中，維持無信任驗證（trustless verification）是基本原則。節點需要確認當前狀態——例如帳戶餘額或智能合約狀態——是否正確，而無需處理每筆交易或下載整個區塊歷史記錄。這就是狀態證明（state proofs） 發揮作用的地方。它們使節點能高效地驗證區塊鏈某部分的狀態，減少計算負擔和帶寬需求。
傳統 Merkle 樹在區塊鏈驗證中的局限性
Merkle 樹由於其簡單性與安全特性，一直是加密証明的重要基石。它通過遞迴地將資料對進行哈希，最終產生一個根哈希，用來緊湊表示大量數據集。這個根哈希作為所有底層資料的加密承諾。
然而，隨著區塊鏈規模越來越大，Merkle 樹面臨擴展性的挑戰：所需用於証明驗證的哈希次數會隨著資料量增加而上升，使得証明文件變大、計算成本提高——尤其對資源有限設備如行動節點或輕客戶端快速驗証時尤為困難。
Verkle 樹如何提升狀態証明
Verkle 樹建立在 Merkle 树引入的概念之上，但加入了向量承諾（vector commitments）——一種允許同時承諾多個值且操作較少的加密原語。此融合帶來多項主要優勢：
縮小証明大小： Verkle 树生成更小型化的証明物件，相較傳統 Merkle 証明，在验证大量数据时所需運算更少。
提速验证： 由於結構上的優化，用 Verkle 树進行证明确实涉及較少加密運算，因此验证速度更快。
提升擴展性： 隨著区块链規模和複雜度增加，Verkel 树比起傳統結構，更有效率地處理增長的数据，同時降低存儲和處理負荷。
增強隐私功能： 在验证過程中揭示的信息較少，有助於實現更好的隐私保護 —— 這在現代去中心化應用中愈發重要。
對區塊鏈網絡實際影響
採用 Verkel 樹直接影響系統可擴展性與效率。例如：
Polkadot 已宣布計劃將 Verkel 結構整合到其中繼链（relay chain），以改善跨链通信效率。
Solana 在協議升級中探索相關結構，以提升吞吐量並保持安全標準。
這些應用展示了先進密碼學與創新資料結構相結合，可以解決長期存在但未完全克服的網絡擴展問題，同時不犧牲安全或去中心化原則。
實施 Verkel 樹面臨之挑戰與考慮因素
儘管具有眾多優勢，但部署 Verkel 树也非沒有障礙：
相容性問題： 將新資料結構融入既有系統，需要謹慎設計向後相容方案，以確保舊節點仍能正常運作。
安全風險： 作為新興加密技術的一部分，需要經過嚴格測試；若實作不當可能出現側信道攻擊或惡意輸入等漏洞。
標準制定努力： 廣泛採用取決於建立行業標準，以促進不同平台間的一致實施，目前學界與產業界正積極合作推動相關研究。
時程及未來展望
Verkel樹果由UC Berkeley研究人員於2019年首次提出，他們指出該方法相比Ethereum當時使用的大名鼎鼎「Merkle Patricia Trie」具有理論優勢。
到2022–2023年，多個知名專案開始嘗試實務應用，例如Polkadot宣布整合計劃、Solana探索具體方案，以及其他協議基於最新研究成果考慮類似方案。
未來，推動標準化工作將是促進不同区块链間互通的重要關鍵，也可能讓我們看到更加可擴展、安全且支持複雜dApp 的下一代去中心化網路誕生，同時有效保障用户隐私。
為何 State Proofs 在區塊鏈如此重要？
State proofs 是促成去中心化網絡信任免依賴的重要工具，它們讓參與者（節點）不僅可以確認交易，也可以核查帳戶餘額或合約状态等當前資訊，而無須下載完整歷史記錄。这大幅降低帶寬消耗，同時保持高度安全保障，是公共区块链透明模型中的核心原則之一。
使用 Verkel Trees 改善 State 驗證的重要要點總結
總而言之：
- 相較傳統方法，它們提供更小巧精煉的证明
- 加快验证流程
- 支持网络日益增长所需的大规模扩展
- 提升验证过程中的隐私保护
- 正被主要项目积极采用以优化网络效率
伴隨着研究不断深入以及 Polkadot、Solana 等平台实际部署，再加上行业标准制定努力，可預見利用像Verkale樹果類先進密码学技术构建未来强健、高效、安全且注重用户隐私的新一代区块链，将成为未来发展的主流方向之一。
最終思考：透過資料結構推動 Blockchain 的可擴展性與隱私保護
從經典 Merkle 結構演變到像 Verkale 這樣更複雜、更具創新性的架构，是解決今日 blockchain 生態系面臨一些根本挑戰的重要一步，包括可擴展瓶頸和隱私問題。透過減少運算負荷並利用向量承諾等創新技術強化安全保障，加上推動標準制定，不僅有望改善性能，也能促使此類技術被全球各種去中心化應用廣泛採納，共同打造更加高效、安全、多元且尊重用户隐私的新世代区块链生态系統。
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