Čo je to Merkle strom v blockchaine a ako to funguje?

Kľúčové cesty:

• Merkle strom je typ binárneho hash stromu, ktorý má 3 typy uzlov: listové uzly, nelistové uzly a koreňové uzly.
• Merkle strom je užitočný na overenie a udržiavanie integrity transakcií v akejkoľvek decentralizovanej účtovnej knihe.
• Strom Merkle je viditeľný v Bitcoine, ako aj v Ethereu.

úvod

Cryptocurrencies už nie sú neznámou témou a ani nie sú blockchain, technológia za ich vznikom. Pre každého nadšenca kryptomien je pochopenie štruktúr blockchainu a ich fungovania prvým krokom k uvedomeniu si skutočnej podstaty kryptomien.

Zatiaľ čo porozumenie rôznym blockchainovým štruktúram je miesto, kde prichádzajú na rad stromy Merkle. Ako koncept ho v roku 1980 vyvinul Ralph Merkle zo Stanfordskej univerzity. Merkle strom sa bežne používa v sieťach typu peer-to-peer (P2P) na riešenie požiadaviek na výpočtový výkon a pamäťový priestor. Nebolo by prehnané povedať, že stromy Merkle urobili blockchain technológii obrovský úspech. Poďme sa teda ponoriť do významu stromu Merkle a jeho fungovania.

https://www.youtube.com/watch?v=YIc6MNfv5iQ

Prehľad stromu Merkle

Jednoducho povedané, strom Merkle predstavuje spôsob, akým sú údaje účelne štruktúrované. Umožňuje rýchle a efektívne overenie rozsiahleho množstva informácií na blockchaine. Ako už bolo spomenuté, Ralph Merkle to nevedomky vytvoril ako koncept v dokumente s názvom „Certifikovaný digitálny podpis“. Nikto však nečakal, že sa v budúcnosti stane hlavnou súčasťou decentralizovanej účtovnej knihy.

Strom Merkle od svojho vzniku zlepšil svet kryptografie. Pre kryptomeny sa však stal životne dôležitým po tom, čo ho záhadný tvorca Bitcoinu použil v základnom kóde BTC. Potom Ethereum a ďalšie kryptomeny tiež prijali stromy Merkle.

V prípade bitcoinovej siete sú stromy Merkle efektívnym komponentom, ktorý na overenie údajov používa hash namiesto veľkého informačného súboru. Merkle strom využíva jedinečnú popisnú terminológiu na opis vzťahov medzi uzlami a ich úrovňami.

Každý jeden blok v rámci blockchainu obsahuje množstvo transakcií. Ukladanie všetkých týchto transakcií a zistenie, ktoré konkrétne transakcie patria ku ktorému bloku, môže byť frustrujúco drahé. Navyše to môže negatívne ovplyvniť efektivitu blockchainu. So stromami Merkle sú však všetky transakcie efektívne usporiadané, výsledkom čoho je použitie menšieho množstva údajov na overenie a zníženie spracovania CPU.

Pochopenie toho, ako funguje strom Merkle v blockchaine

Tu je jednoduchý príklad na objasnenie tohto pojmu: 

Predstavte si dátový blok, ako je ten uvedený vyššie, ktorý má 4 transakcie: L1, L2, L3 a L4. Na uloženie týchto transakcií môžeme implementovať koncept Merkleho stromu výpočtom hash každej transakcie. Po kalkulácia, dostávame Hash L1, Hash L2, Hash L3 a Hash L4.

Tieto hodnoty hash každej transakcie sú uložené v uzle, zvyčajne nazývanom listový uzol, stromu Merkle. Ale naša práca pokračuje, pretože musíme vytvárať nelistové uzly párovaním listových uzlov. Po výpočte dostaneme Hash 0 a Hash 1, ktoré sa nazývajú rodičovské uzly alebo nelistové uzly hashov L1, L2, L3 a L4.

Nakoniec sa vypočíta hash Hash 1 a Hash 2 ich spárovaním a dosiahneme koreňový uzol, ktorým je Merkle koreň. Prostredníctvom tohto príkladu sme pochopili, že stromy Merkle fungujú tak, že opakovane hašujú podradené uzly, až kým v štruktúre nezostane singulárny hash.

Týmto spôsobom vám strom Merkle presne povie, či transakcia ovplyvnila strom tým, že skontroluje iba koreň stromu. Koreň Merkle je uložený v hlavičke bloku, vďaka čomu je odolný voči falšovaniu a zvyšuje dôveru a integritu v rámci decentralizovanej účtovnej knihy. Je dôležité poznamenať, že stromy Merkle používajú jednosmernú hašovaciu funkciu a pokračovali by dovtedy, kým toto hašovanie neoddelí dôkaz údajov od údajov.

Nevyhnutnosť stromov Merkle pre blockchain

Teraz, keď sme diskutovali o tom, čo je Merkle strom a ako funguje, zostáva už len pochopiť, prečo je dôležitý pre blockchain. Mnoho výhod stromu Merkle z neho robí nevyhnutnosť pre technológiu blockchain a dokonca aj pre kryptoplatformy. Niektoré z týchto výhod sú:

Pokiaľ ide o prenos, výpočet a prechádzanie údajov, oneskorenia nie sú povolené. To je dôvod, prečo mnoho blockchainov využíva strom Merkle, aby sieť uchovala bez akýchkoľvek oneskorení pri prenose údajov. Znížením množstva pamäte potrebnej na preukázanie integrity a platnosti údajov sa stromy Merkle stávajú nevyhnutnou súčasťou blockchainu.

V bitcoinovom blockchaine, ktorý je distribuovaným P2P, môže dochádzať k nezrovnalostiam alebo dokonca k manipulácii s údajmi, pretože rovnaké údaje existujú na každom počítači pripojenom k ​​sieti P2P. V tomto prípade strom Merkle uľahčuje baníkom identifikovať akýkoľvek druh nekonzistentnosti alebo manipulácie s transakciami.

Bez použitia tohto konceptu bude potrebné preniesť všetky dáta po celej sieti, čo bude mať za následok spomalenie siete, zníženú efektivitu a zbytočné výdavky. Takémuto scenáru sa dá vyhnúť pomocou stromov Merkle, ktoré umožňujú rýchle overenie údajov s praktickým výpočtovým výkonom a šírkou pásma.

Záverečné úvahy

Merkle stromy znie ako komplikovaný koncept, no sú kľúčovou súčasťou blockchain technológie a kryptomien. Bez existencie tohto konceptu by neexistoval žiadny dôveryhodný systém používaný v Bitcoine, Ethereu a ťažbe.

Najčastejšie otázky:

Q1. Stromy Merkle boli navrhnuté tak, aby dosiahli čo?
Strom Merkle bol navrhnutý ako proces overovania údajov, ktorý počítačom umožňuje pracovať rýchlejšie.
Q2. Aké je spojenie medzi stromom Merkle a Ethereom?
Merkle tree je typ blockchainovej štruktúry, ktorá stojí nielen za Ethereom, ale aj za Bitcoinom a procesom ťažby kryptomien. Ethereum však používa upravenú verziu stromu Merkle, bežne známeho ako strom Merkle Patricia.
Q3. Ako implementovať strom Merkle
Na implementáciu Merkle stromov je potrebné začať s binárnymi stromami, v ktorých každý nelistový uzol je hash dvoch dcérskych uzlov. Tieto listy môžu obsahovať buď údaje, alebo hash dát.
Q4. Aké sú niektoré výhody stromu Merkle?
Merkle strom, ktorý je ľahkou štruktúrou, ktorá zvyšuje škálovateľnosť v rámci blockchainu, sa môže zbaviť nepotrebných dát a zlepšiť tak efektivitu. Ťažiari aj užívatelia môžu ťažiť zo stromu Merkle, pretože overuje jednotlivé časti blokov, kontroluje transakcie pomocou hashov a tiež počíta hash počas prijímania transakcií.