Was ist ein Merkle-Baum?
Merkle Tree ist eine Art Struktur, die häufig zur schnellen Überprüfung der Datenintegrität verwendet wird, meist in einem Datensatz. Es wird auch als Hash-Baum bezeichnet, der in den meisten Fällen binäre Implementierungen aufweist, wobei jeder Knoten normalerweise zwei „untergeordnete Knoten“ hat. In der Welt der Kryptowährungen wird diese Struktur verwendet, um Blockchain-Daten effizienter und sicherer zu verschlüsseln, aber wir werden später darauf näher eingehen.
Merkle Tree ist eine Möglichkeit zur schnellen und sicheren Inhaltsüberprüfung in großen Datenmengen. Es hilft auch, die Konsistenz und den Inhalt der Daten zu überprüfen. Merkle Tree ist eine mathematische Datenstruktur, die aus Hashes verschiedener Blöcke besteht. Diese Hashes fassen alle Transaktionen im jeweiligen Block zusammen, weshalb Merkle Trees häufig verwendet werden
Kryptographie.
Merkle Tree verfügt über drei Arten von Knoten, die darin zu finden sind. Diese lauten wie folgt:
Wurzelknoten: Dieser wird direkt im Header gespeichert und wird auch als Merkle Root bezeichnet.
Blattknoten: besteht aus Hashwerten für Transaktionsdaten. Die Daten jeder Transaktion im Block werden gehasht, was zur Erstellung der Transaktion ID führt, die dann in Blattknoten gespeichert wird.
Nicht-Blattknoten: Schließlich verfügt der Merkle Tree auch über einen Nicht-Blattknoten, der Hashwerte „ihrer Kinder“ enthält. Sie werden als Zwischenknoten bezeichnet und sind im Wesentlichen Hash-Werte, die verwendet werden, bis der Prozess die Baumwurzel erreicht.
Das Wesentliche von Merkle Tree ist so, dass Transaktionen möglich sind Verifiziert ohne viel Daten zu verbrauchen. Das hilft dann, die Temperatur zu senken. CPI Verarbeitung, während gleichzeitig erhöhte Sicherheit aufrechterhalten wird, was beides notwendig ist.
Der Merkle Tree hat
alle Transaktionen paarweise gruppiert, sodass jedes Paar einen berechneten Hash hat, der direkt im übergeordneten Knoten über dem angegebenen Paar gespeichert wird. Dies gilt für die darüber liegenden Knoten und so weiter, bis die Merkle-Wurzel erreicht ist.
Beispiel eines Merkle-Baums mit Merkle-Wurzel, Nicht-Blattknoten und Blattknoten, Quelle: geeksforgeeks.org
Schauen wir uns ein einfaches Beispiel an. In der folgenden Tabelle haben wir verschiedene 4-Transaktionen mit den Bezeichnungen A, B, C, D. Jede Transaktion wird zunächst gehasht, sodass sie in der Form Hash A, Hash B usw. verbleibt. Auf diese Weise werden vier Hashes erstellt und einem Blattknoten zugeordnet, was zur Erstellung von Nicht-Blattknoten führt. In diesem Fall sind dies Hash AB und Hash CD, die die Ergebnisse der Kinder Hash A und Hash B für den Hash AB und Hash C und Hash D für den Hash CD sind.
Diese beiden neuen Hashes, bei denen es sich um übergeordnete Hashes der ursprünglichen vier Transaktionen handelt, werden dann erneut gehasht. Dies führt sie zu einem Hash ABCD und einer Wurzel des Merkle Tree. Die Merkle-Wurzel ist dann für eine Zusammenfassung der Daten verantwortlich, die die ursprünglichen Transaktionen enthielten. Diese Informationen werden in einem Blockheader gespeichert.
Vorteile von Merkle Tree
Merkle Tree bietet als Struktur mehrere Vorteile, die dann auch in der genutzt werden
Kryptowährung und Blockchain-Technologie. Bevor wir uns ansehen, wie diese Vorteile genutzt werden, schauen wir uns zunächst an, was sie sind.
Keine Verzögerungen: wenn Merkle-Bäume verwendet werden, gilt die Transfer von Daten durch die Netzwerk Kann ohne Verzögerungen durchgeführt werden. Ohne die Verwendung des Merkle Tree ist dies nicht möglich, da alle Daten über das gesamte Netzwerk zur Verifizierung, was zu Verzögerungen führt.
Effizienter Verifizierungsprozess: Während des Verifizierungsprozesses muss aufgrund der Datenstruktur nur sehr wenig Speicher verwendet werden. Das bedeutet, dass die Gültigkeit und Integrität der Transaktion Verifiziert In kürzester Zeit. Außerdem muss dadurch nur eine geringe Datenmenge im Vergleich zur Größe des Datensatzes gesendet werden.
Wenig Speicherplatz: Einhergehend mit dem oben genannten Vorteil ist auch die Größe des Speicherplatzes, den der Merkle Tree einnimmt, der im Vergleich zu anderen Datenstrukturen erheblich klein ist. Dies führt zur Überprüfung von Transaktionen mit brauchbarer Bandbreite und Rechenleistung.
Manipulationserkennung: Jede Transaktion wird im Merkle Tree gespeichert. Dies bedeutet, dass jeder Versuch, eine Transaktion zu ändern, zum Merkle-Root führt und die Informationen im Blockheader enthält. Somit ist es einfach, die vorliegenden Daten mit der manipulierten Version zu vergleichen und etwaige Betrugsversuche schnell zu erkennen.
Merkle Trees und Kryptowährungen
Während in der Kryptowährungs-Community nicht viele Nicht-Techniker den Merkle Trees Aufmerksamkeit schenken, wissen die Cypherpunks oder technisch fortgeschrittenen Unterstützer von Kryptowährungen um den Wert der Merkle Trees in diesem Bereich. Merkle Trees sind für die Blockchain-Technologie unerlässlich, da sie eine schnelle und einfache Verifizierung ermöglichen. Tatsächlich wäre diese Art der Überprüfung mit keiner anderen Technik oder Struktur möglich.
Merkle-Baum gibt Entwicklern die Macht über riesige Datensätze, die diese effektiv komprimieren können, indem sie alle unnötigen Daten entfernen, um sie später in Hashes umzuwandeln. In der Welt der Kryptowährungen können sich die Vorteile hiervon beispielsweise in Kraftstoffeffizienz, effektiver Skalierbarkeit, grundlegender Zahlungsauthentifizierung, Verifizierung von Transaktionen oder einer schlanken Struktur zeigen.
Merkle Tree zerlegt die Daten in winzige Informationsteile, Quelle: simplilearn.com
Merkle Trees in Krypto – Bitcoin und Ethereum
Nachdem wir uns kurz angesehen haben, was Merkle Trees sind und wie sie im Kryptowährungsbereich verwendet werden, wollen wir uns nun mit konkreteren Beispielen ihrer Anwendungsfälle befassen.
Bitcoin
Viele von Ihnen haben es wahrscheinlich erraten, aber Bitcoin verwendet in vielen Fällen Merkle Trees. Am offensichtlichsten ist die Verwendung im Bitcoin-Block-Header, da darin der Hash jeder Verfügbar-Transaktion innerhalb des Blocks platziert wird.
Das ist jedoch noch nicht alles. Die Merkle-Tree-Struktur wird auch in verwendet
Mining oder Verifizierung. Für Bergleute ist die Merkle-Wurzel entscheidend für die Verbesserung der Effizienz aller Prozesse. Dank dieser Struktur und ihrer inhärenten Eigenschaften überprüft der Miner den Blockkopf, sobald er in den Merkle Tree aufgenommen wurde. Die Überprüfung der Merkle-Wurzel bedeutet daher einen viel effektiveren Ansatz als die Überprüfung des gesamten Blocks selbst.
Diese Struktur wird auch zur Verifizierung verwendet, insbesondere wenn ein Knoten von einem relativ schwachen Gerät aus betrieben wird. Wenn das Gerät über begrenzte Ressourcen verfügt, verwendet es statt jeden Hash und Block den Merkle-Beweis, der die Netzwerkbestätigung enthält, dass eine Transaktion in einem Block vorhanden ist. Dies reduziert dann die Anzahl der Hashes und ermöglicht eine Überprüfung, ohne dass so viele Energieressourcen benötigt werden.
Ethereum
Die zweitgrößte Kryptowährung, Ethereum, basiert auf Merkle Patricia Tree, einer modifizierten Version von Merkle Tree. Das bedeutet, dass jeder Block in dieser Blockchain nicht aus einem, sondern aus drei Merkle-Bäumen besteht, wobei jede der Wurzeln ihren eigenen Zweck hat.
Der erste ist der Stamm für jede Transaktion. Die zweite zeigt den Status der Transaktion. Und die letzte Wurzel ist der Empfang der gesamten Transaktion. Dank der Merkle Trees kann somit jeder anhand der Merkle-Wurzel sehen, ob sich die Transaktion in einem bestimmten Block befindet, ob sie bereits genehmigt und gesendet wurde und wie hoch der Saldo der Transaktion war.
Fazit
Die Struktur des Merkle-Baums hat in der Kryptographiebewegung seit der Erfindung der Kryptowährungen immer mehr an Bedeutung gewonnen. Mit der ersten, Bitcoin, die Merkle Trees in vielerlei Hinsicht nutzt, verbreitete sich diese Art von Struktur dank der Vorteile, die sie den zugrunde liegenden Projekten bietet, auch auf andere Kryptowährungen.
OrangeX.com Team