Какво е Merkle Tree в Blockchain и как работи?

Ключови заведения:

• - Меркле дърво е вид двоично хеш дърво, което има 3 вида възли: листови възли, нелистови възли и коренови възли.
• Дървото на Merkle е полезно за проверка и поддържане на целостта на транзакциите във всяка децентрализирана книга.
• Дървото Merkle се вижда в биткойн, както и в етериум.

Въведение

Cryptocurrencies вече не са непознат субект, нито пък blockchain, технологията зад техния произход. За всеки крипто ентусиаст, разбирането на блокчейн структурите и как те функционират е първата стъпка към осъзнаването на истинската природа на крипто.

Въпреки че разбирането на различните блокчейн структури е мястото, където се намесват дърветата Merkle. Разработена като концепция през 1980 г. от Ралф Меркъл от Станфордския университет, Меркле дърво обикновено се използва в мрежи peer-to-peer (P2P) за справяне с изискванията за изчислителна мощност и пространство в паметта. Няма да е преувеличено да се каже, че дърветата Merkle направиха блокчейн технологията огромен успех. Така че нека се потопим в значението зад дървото Merkle и как работи.

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

Преглед на дървото Merkle

Просто казано, дървото на Merkle представлява начина, по който данните са структурирани целенасочено. Позволява бърза и ефективна проверка на голямо количество информация в блокчейн. Както споменахме по-рано, Ралф Меркъл несъзнателно го е създал като концепция в документ, озаглавен „Сертифициран цифров подпис“. Но никой не очакваше в бъдеще да се превърне в основен компонент на децентрализирана книга.

Дървото Merkle подобри света на криптографията от самото начало. Но това стана жизненоважно за криптовалутите, след като мистериозният създател на биткойн го използва в основния код на BTC. След това Ethereum и други криптовалути също приеха Merkle дървета.

В случая на биткойн мрежата дърветата Merkle са ефективен компонент, който използва хешове вместо големия информационен файл за проверка на данните. Дървото на Merkle използва уникална описателна терминология, за да опише връзките между възлите и техните нива.

Всеки отделен блок в блокчейна съдържа определен брой транзакции. Съхраняването на всички тези транзакции и намирането кои конкретни транзакции към кой блок принадлежат може да бъде разочароващо скъпа задача. Освен това, това може да повлияе отрицателно на ефективността на блокчейн. С дърветата на Merkle обаче всички транзакции са ефективно подредени, което води до използването на по-малко данни за проверка и намалена обработка на процесора.

Разбиране как работи Merkle дърво в блокчейн

Ето един прост пример за изясняване на тази концепция: 

Представете си блок данни като този, показан по-горе, който има 4 транзакции: L1, L2, L3 и L4. За да съхраним тези транзакции, можем да приложим концепцията за дърво на Merkle, като изчислим хеша на всяка транзакция. След изчисление, получаваме хеш L1, хеш L2, хеш L3 и хеш L4.

Тези хешове на всяка транзакция се съхраняват във възел, обикновено наричан листов възел, на дървото Merkle. Но нашата работа продължава, тъй като трябва да формираме нелистни възли чрез сдвояване на листови възли. След изчислението получаваме хеш 0 и хеш 1, които се наричат ​​родителски възли или нелистови възли на хешовете на L1, L2, L3 и L4.

И накрая, хешът на хеш 1 и хеш 2 се изчислява чрез сдвояването им заедно и достигаме до коренния възел, който е коренът на Merkle. Чрез този пример разбираме, че дърветата на Merkle работят чрез хеширане на дъщерни възли многократно, докато в структурата остане единствен хеш.

По този начин дървото Merkle ви казва точно дали дадена транзакция е повлияла на дървото, като проверява само корена на дървото. Коренът на Merkle се съхранява в заглавката на блока, което го прави защитен от подправяне и повишава доверието и целостта в рамките на децентрализирана книга. Важно е да се отбележи, че дърветата на Merkle използват еднопосочна хеш функция и ще продължат, докато това хеширане не раздели доказателството за данни от данните.

Необходимостта от Merkle дървета за блокчейн

Сега, след като обсъдихме какво е Merkle дърво и как работи, единственото нещо, което остава да направим, е да разберем защо е важно за блокчейна. Многото предимства на дървото Merkle го правят необходимост за блокчейн технологията и дори за крипто платформите. Някои от тези предимства са:

Когато става въпрос за прехвърляне, изчисление и преминаване на данни, забавянията не са разрешени. Ето защо много блокчейн използват дърво на Merkle, за да предпазят мрежата от всякакви забавяния при прехвърляне на данни. Чрез намаляване на количеството памет, необходимо за доказване на целостта и валидността на данните, дърветата Merkle се превръщат в съществена част от блокчейна.

В биткойн блокчейна, който е разпределен P2P, може да има несъответствия или дори подправяне на данни, тъй като едни и същи данни съществуват на всеки компютър, свързан към P2P мрежата. В този случай дървото Merkle улеснява миньорите да идентифицират всякакъв вид несъответствие или подправяне на транзакции.

Без използването на тази концепция всички данни ще трябва да се прехвърлят по цялата мрежа, което води до забавяне на мрежата, намалена ефективност и ненужни разходи. Такъв сценарий може да бъде избегнат с помощта на дървета на Merkle, които позволяват бърза проверка на данните с практическа изчислителна мощност и честотна лента.

Заключителни мисли

Дърветата Merkle звучат като сложна концепция, но те са решаващ компонент на блокчейн технологията и криптовалутите. Без съществуването на тази концепция нямаше да има безнадеждна система, използвана в Bitcoin, Ethereum и копаене.

Често задавани въпроси:

Q1. Дърветата Merkle са предназначени да постигнат какво?
Дървото Merkle е проектирано като процес за проверка на данни, за да позволи на компютрите да работят по-бързо.
Q2. Каква е връзката между дървото Merkle и Ethereum?
Merkle tree е тип блокчейн структура, която стои зад не само Ethereum, но и Bitcoin и процеса на крипто копаене. Ethereum обаче използва модифицирана версия на дървото Merkle, известно като дървото Merkle Patricia.
Q3. Как да внедрим дървото Merkle
За да се внедрят дървета на Merkle, трябва да се започне с двоични дървета, в които всеки възел, който не е лист, е хешът на два дъщерни възела. Тези листа могат или да съдържат данните, или хеш на данните.
Q4. Какви са предимствата на дървото Merkle?
Като лека структура, която увеличава скалируемостта в рамките на блокчейна, дървото Merkle може да се отърве от ненужните данни и по този начин да подобри ефективността. Както миньорите, така и потребителите могат да се възползват от дървото Merkle, тъй като то проверява отделни части от блокове, проверява транзакции с помощта на хешове и също така изчислява хешове, докато получават транзакции.