ما هي شجرة ميركل؟
Merkle Tree هو نوع من البنية يستخدم غالبًا للتحقق بسرعة من سلامة البيانات، غالبًا في مجموعة البيانات. تُعرف أيضًا باسم شجرة التجزئة، والتي تحتوي في معظم الحالات على تطبيقات ثنائية، حيث تحتوي كل عقدة عادةً على "عقدتين فرعيتين". في عالم العملات المشفرة، يتم استخدام هذه البنية لتشفير بيانات blockchain بشكل أكثر كفاءة وأمانًا، ولكننا سنستكشف ذلك بمزيد من التفاصيل لاحقًا.
Merkle Tree هي وسيلة للتحقق السريع والآمن من المحتوى عبر مجموعات البيانات الكبيرة. كما أنه يساعد على التحقق من اتساق البيانات ومحتواها. Merkle Tree عبارة عن بنية بيانات رياضية تتكون من تجزئات لكتل مختلفة. تلخص هذه التجزئة جميع المعاملات في الكتلة المحددة والتي بفضلها يتم استخدام Merkle Trees غالبًا
التشفير
.
تحتوي Merkle Tree على ثلاثة أنواع من العقد التي يمكن العثور عليها بداخلها. هذه هي كما يلي:
العقدة الجذرية
: يتم تخزينه مباشرة في الرأس ويعرف أيضًا باسم جذر Merkle.
عقدة الورقة
:
يتكون من قيم التجزئة لبيانات المعاملة. يتم تجزئة بيانات كل معاملة في الكتلة، مما يؤدي إلى إنشاء المعاملة ID، والتي يتم بعد ذلك تخزينها في العقد الطرفية.
العقدة غير الورقية: وأخيرًا، تحتوي شجرة Merkle أيضًا على عقدة غير ورقية، والتي تحتوي على قيم التجزئة الخاصة بـ "أطفالهم". تُعرف باسم العقد الوسيطة، وهي في الأساس قيم تجزئة تُستخدم حتى تصل العملية إلى جذر الشجرة.
جوهر Merkle Tree هو أنه يسمح للمعاملات بأن تكون موثّق دون استخدام الكثير من البيانات على الإطلاق. ويساعد هذا بعد ذلك في تقليل معالجة CPI، مع الحفاظ على الأمان المحسن، وكلاهما ضروري.
تحتوي شجرة ميركل على
جميع المعاملات مجمعة في أزواج، بحيث يكون لكل زوج تجزئة محسوبة يتم تخزينها مباشرة في العقدة الأصلية أعلى الزوج المحدد. وهذا ينطبق على العقد التي فوقها وفوقها وهكذا، حتى يتم الوصول إلى جذر ميركل.
مثال على شجرة Merkle مع جذر Merkle والعقدة غير الورقية والعقدة الورقية، المصدر: geeksforgeeks.org
دعونا نلقي نظرة على مثال سهل. في الرسم البياني أدناه، لدينا معاملات 4 المختلفة، المسمى A، B، C، D. تتم تجزئة كل معاملة أولاً، مما يتركها في شكل تجزئة A، تجزئة B وما إلى ذلك. وبالتالي يتم إنشاء أربع تجزئات وإقرانها بعقدة طرفية، مما يؤدي إلى إنشاء عقد غير ورقية. في هذه الحالة، هذه هي التجزئة AB والتجزئة CD، وهي نتائج التجزئة الفرعية A والتجزئة B، للتجزئة AB والتجزئة C والتجزئة D، للتجزئة CD.
يتم بعد ذلك تجزئة هاتين التجزئتين الجديدتين، وهما التجزئتان الأصليتان للمعاملات الأربع الأصلية، مرة أخرى. وهذا يقودهم إلى الوصول إلى تجزئة ABCD وجذر شجرة Merkle. يكون جذر Merkle مسؤولاً بعد ذلك عن ملخص البيانات التي احتفظت بها المعاملات الأولية. يتم تخزين هذه المعلومات في رأس الكتلة.
فوائد شجرة ميركل
توفر Merkle Tree كهيكل العديد من الفوائد التي يتم استغلالها بعد ذلك أيضًا في
العملة المشفرة وتقنية blockchain. قبل أن ننظر إلى كيفية استخدام هذه الفوائد، دعونا نرى أولاً ما هي.
لا يوجد تأخير: عند استخدام أشجار Merkle، يمكن إجراء تحويل للبيانات من خلال الشبكة دون أي تأخير. بدون استخدام Merkle Tree، هذا غير ممكن حيث يجب نقل كافة البيانات عبر الشبكة للتحقق منها، مما يسبب التأخير.
عملية التحقق الفعالة: تحتاج إلى ذاكرة قليلة جدا أثناء عملية التحقق بفضل طريقة هيكلة البيانات. هذا يعني أن صلاحية المعاملة ونزاهتها يمكن أن يكونا موثّق في وقت قصير جدا. وبفضل ذلك، يجب إرسال كمية صغيرة فقط من البيانات مقارنة بحجم مجموعة البيانات.
مساحة القرص الصغيرة: جنبًا إلى جنب مع الميزة المذكورة أعلاه هو أيضًا حجم مساحة القرص التي تشغلها Merkle Tree، وهي صغيرة جدًا مقارنة بهياكل البيانات الأخرى. وهذا يؤدي إلى التحقق من المعاملات ذات النطاق الترددي القابل للتطبيق والقوة الحسابية.
كشف العبث: يتم تخزين كل معاملة داخل Merkle Tree. وهذا يعني أن أي محاولة لتغيير المعاملة تؤدي إلى الوصول إلى جذر Merkle وتحتوي على المعلومات الموجودة في رأس الكتلة. وبالتالي، من السهل مقارنة البيانات الحالية بالنسخة التي تم العبث بها والكشف بسرعة عن أي محاولة احتيال.
أشجار ميركل والعملات المشفرة
في حين أن الكثير من الأشخاص غير التقنيين يهتمون بأشجار Merkle في مجتمع العملات المشفرة، فإن cypherpunks أو الداعمين المتقدمين تقنيًا للعملات المشفرة يعرفون قيمة Merkle Trees في هذا المجال. تعتبر Merkle Trees ضرورية لتقنية blockchain، لأنها تسهل التحقق السريع والسهل. في الواقع، لن يكون هذا النوع من التحقق ممكنًا باستخدام أي تقنية أو بنية أخرى.
شجرة ميركل
يمنح القدرة على مجموعات البيانات الضخمة للمطورين، الذين يمكنهم ضغطها بشكل فعال عن طريق التخلص من جميع البيانات غير الضرورية، فقط لتحويلها لاحقًا إلى تجزئات. في عالم العملات المشفرة، يمكن أن تتجلى فوائد ذلك، على سبيل المثال، من خلال كفاءة استهلاك الوقود، أو قابلية التوسع الفعالة، أو مصادقة الدفع الأساسية، أو التحقق من المعاملة أو الهيكل الخفيف.
Merkle Tree تقوم بتقسيم البيانات إلى أجزاء صغيرة من المعلومات، المصدر: simplilearn.com
أشجار ميركل في العملات المشفرة – البيتكوين والإثيريوم
من خلال النظر بإيجاز إلى ماهية Merkle Trees أو كيفية استخدامها في مجال العملات المشفرة، فلنتعمق الآن في المزيد من الأمثلة الملموسة لحالات استخدامها.
بيتكوين
ربما خمن الكثير منكم ذلك، لكن Bitcoin تستخدم Merkle Trees في كثير من الحالات. الأكثر وضوحًا هو استخدامه في رأس كتلة Bitcoin، حيث يتم وضع تجزئة كل معاملة متاح داخل الكتلة فيه.
ومع ذلك، هذا ليس كل شيء. يتم استخدام هيكل Merkle Tree أيضًا في
التعدين أو التحقق. بالنسبة للقائمين بالتعدين، يعد جذر Merkle أمرًا بالغ الأهمية في تحسين كفاءة جميع العمليات. بفضل هذا الهيكل وخصائصه المتأصلة، بمجرد قيام عامل التعدين بفحص رأس الكتل بمجرد تحويلها إلى شجرة Merkle. وبالتالي فإن التحقق من جذر Merkle يعني طريقة أكثر فعالية بكثير، ثم التحقق من الكتلة بأكملها نفسها.
تُستخدم هذه البنية أيضًا في التحقق، وبشكل أكثر تحديدًا في الحالات التي يتم فيها تشغيل العقدة من جهاز ضعيف نسبيًا. إذا كان الجهاز يحتوي على موارد محدودة، فبدلاً من تنزيل كل التجزئة والكتلة، فإنه سيستخدم إثبات Merkle، الذي يحتوي على تأكيد الشبكة بأن المعاملة موجودة في الكتلة. يؤدي هذا بعد ذلك إلى تقليل عدد التجزئة ويسمح بإجراء التحقق دون الحاجة إلى قدر كبير من موارد الطاقة.
ايثريوم
ثاني أكبر عملة مشفرة، Ethereum، تعتمد على Merkle Patricia Tree، وهي نسخة معدلة من Merkle Tree. وهذا يعني أن كل كتلة في blockchain هذه لا تتكون من شجرة Merkle واحدة، بل ثلاث، ولكل منها غرض خاص بها.
الأول هو الجذر لكل معاملة. والثاني يوضح حالة الصفقة. والجذر الأخير هو استلام المعاملة بأكملها. وبالتالي يمكن لأي شخص أن ينظر إلى جذر Merkle ومعرفة ما إذا كانت المعاملة موجودة في كتلة معينة، وما إذا كان قد تمت الموافقة عليها وإرسالها بالفعل وما هو رصيد المعاملة، وذلك بفضل Merkle Trees.
الاستنتاج
أصبحت بنية Merkle Tree أكثر أهمية من أي وقت مضى في حركة التشفير بمجرد اختراع العملات المشفرة. مع العملة الأولى، Bitcoin، التي تستخدم Merkle Trees في العديد من الجوانب، انتشر هذا النوع من البنية أيضًا إلى العملات المشفرة الأخرى بفضل الفوائد التي توفرها للمشاريع الأساسية.
OrangeX.com الفريق