درخت مرکل چیست؟
Merkle Tree نوعی ساختار است که اغلب برای تأیید سریع یکپارچگی داده ها، بیشتر در یک مجموعه داده استفاده می شود. همچنین به عنوان درخت هش شناخته می‌شود که در بیشتر موارد دارای پیاده‌سازی باینری است و هر گره معمولاً دارای دو «گره فرزند» است. در دنیای ارزهای دیجیتال، از این ساختار برای رمزگذاری داده‌های بلاک چین به صورت کارآمدتر و ایمن‌تر استفاده می‌شود، اما در ادامه با جزئیات بیشتر آن را بررسی خواهیم کرد.
Merkle Tree راهی برای راستی‌آزمایی سریع و ایمن محتوا در مجموعه‌های کلان داده است. همچنین به تأیید سازگاری و محتوای داده ها کمک می کند. Merkle Tree یک ساختار داده ریاضی است که از هش های بلوک های مختلف تشکیل شده است. این هش ها تمام تراکنش های موجود در بلوک داده شده را که به لطف آن درختان مرکل اغلب در آن استفاده می شود، خلاصه می کنند
رمزنگاری
.
Merkle Tree دارای سه نوع گره است که می توان در آن یافت. اینها به شرح زیر است:
گره ریشه
: مستقیماً در هدر ذخیره می شود و به عنوان ریشه Merkle نیز شناخته می شود.
گره برگ: از مقادیر هش برای داده های تراکنش تشکیل شده است. هر تراکنش در بلوک دارای داده های هش شده است که منجر به ایجاد تراکنش ID می شود که سپس در گره های برگ ذخیره می شود.
گره غیر برگ: در نهایت، درخت Merkle همچنین دارای یک گره غیر برگ است که حاوی مقادیر هش «فرزندانشان» است. آنها که به عنوان گره های میانی شناخته می شوند، اساساً مقادیر هش هستند که تا زمانی که فرآیند به ریشه درخت برسد استفاده می شوند.
ماهیت Merkle Tree به گونه ای است که اجازه می دهد تراکنش ها بدون استفاده از داده های زیاد تایید شده باشند. سپس به کاهش پردازش CPI کمک می کند، در حالی که امنیت افزایش یافته را حفظ می کند، که هر دو لازم هستند.
درخت مرکل دارد
همه تراکنش ها به صورت جفت گروه بندی می شوند، به طوری که هر جفت دارای یک هش محاسبه شده است که مستقیماً در گره والد بالای جفت داده شده ذخیره می شود. این امر در مورد گره های بالای آنها و بالای آنها و غیره اعمال می شود تا زمانی که به ریشه Merkle برسد.
مثالی از درخت مرکل با ریشه مرکل، گره غیربرگی و گره برگ، منبع: geeksforgeeks.org
بیایید به یک مثال ساده نگاه کنیم. در نمودار زیر، تراکنش‌های مختلف 4 را داریم که دارای برچسب‌های A، B، C، D هستند. هر تراکنش ابتدا هش می‌شود و به شکل Hash A، Hash B و غیره باقی می‌ماند. بنابراین چهار هش ایجاد می‌شود و به یک گره برگ جفت می‌شود که منجر به ایجاد گره‌های غیر برگ می‌شود. در این مورد، اینها هش AB و هش CD هستند که نتایج هش A و هش B برای هش AB و هش C و هش D برای هش CD هستند.
این دو هش جدید، که هش های اصلی چهار تراکنش اصلی هستند، سپس دوباره هش می شوند. این باعث می شود که آنها به یک هش ABCD و یک ریشه درخت Merkle برسند. سپس ریشه Merkle مسئول خلاصه‌ای از داده‌هایی است که تراکنش‌های اولیه نگهداری می‌کردند. این اطلاعات در یک هدر بلوک ذخیره می شود.
مزایای درخت مرکل
درخت مرکل به عنوان یک ساختار مزایای متعددی را ارائه می دهد که سپس در
ارز دیجیتال و فناوری بلاک چین. قبل از اینکه به نحوه استفاده از این مزایا نگاه کنیم، ابتدا ببینیم آنها چیست.
بدون تاخیر: وقتی از درختان Merkle استفاده می شود، انتقال داده ها از طریق شبکه بدون هیچ تاخیری قابل انجام است. بدون استفاده از Merkle Tree، این امکان پذیر نیست زیرا تمام داده ها باید برای تأیید در سراسر شبکه منتقل شوند و باعث تاخیر می شود.
فرآیند تأیید کارآمد
: به دلیل ساختار داده ها، باید در طول فرآیند تأیید از حافظه بسیار کمی استفاده شود. این بدان معنی است که اعتبار و یکپارچگی تراکنش تقریباً در کمترین زمان ممکن است تایید شده شود. همچنین، به لطف این، تنها مقدار کمی داده در مقایسه با اندازه مجموعه داده باید ارسال شود.
فضای کمی دیسک: دست در دست مزیت فوق الذکر نیز اندازه فضای دیسکی است که درخت Merkle اشغال می کند که در مقایسه با سایر ساختارهای داده بسیار کوچک است. این منجر به تأیید معاملات با پهنای باند و قدرت محاسباتی قابل قبول می شود.
تشخیص دستکاری: هر تراکنش در درخت Merkle ذخیره می شود. این بدان معنی است که هر تلاشی برای تغییر یک تراکنش منجر به رسیدن به ریشه Merkle می شود و حاوی اطلاعات در هدر بلوک است. بنابراین، مقایسه داده های موجود با نسخه دستکاری شده و تشخیص سریع هرگونه تلاش برای تقلب آسان است.
درختان مرکل و ارزهای دیجیتال
در حالی که افراد غیر فنی زیادی در جامعه ارزهای دیجیتال به Merkle Trees توجه نمی کنند، سایفرپانک ها یا حامیان فنی پیشرفته ارزهای دیجیتال ارزش Merkle Trees را در این حوزه می دانند. درختان مرکل برای فناوری بلاک چین ضروری هستند، زیرا تأیید سریع و آسان را تسهیل می کنند. در واقع، این نوع تأیید با هیچ تکنیک یا ساختار دیگری امکان پذیر نخواهد بود.
درخت مرکل
قدرت بر مجموعه داده های عظیم را به توسعه دهندگان می دهد، که می توانند با خلاص شدن از شر همه داده های غیر ضروری، آنها را به طور موثر فشرده کنند تا بعداً آنها را به هش تبدیل کنند. در دنیای ارزهای دیجیتال، مزایای این امر می‌تواند آشکار شود، به عنوان مثال، از طریق بهره‌وری سوخت، مقیاس‌پذیری مؤثر، احراز هویت اولیه پرداخت، تأیید تراکنش یا ساختار سبک وزن.
درخت مرکل
داده ها را به بخش های کوچک اطلاعات می شکند، منبع: simplilearn.com
درختان مرکل
در کریپتو - بیت کوین و اتریوم
با نگاهی اجمالی به اینکه درختان مرکل چیست یا چگونه در فضای ارزهای دیجیتال مورد استفاده قرار می‌گیرند، اکنون به نمونه‌های ملموس‌تری از موارد استفاده آنها می‌پردازیم.
بیت کوین
احتمالاً بسیاری از شما آن را حدس زده اید، اما بیت کوین در بسیاری از موارد از درختان مرکل استفاده می کند. بارزترین مورد استفاده از آن در هدر بلوک بیت کوین است، زیرا هش هر تراکنش که در دسترس درون بلوک است در آن قرار می گیرد.
با این حال، این همه ماجرا نیست. از ساختار درخت مرکل نیز استفاده می شود
استخراج یا تأیید
. برای ماینرها، ریشه Merkle در بهبود کارایی همه فرآیندها بسیار مهم است. به لطف این ساختار و ویژگی‌های ذاتی آن، زمانی که ماینر هدر بلوک‌ها را پس از تبدیل شدن به درخت مرکل بررسی می‌کند. بنابراین بررسی ریشه Merkle به معنای رویکرد بسیار مؤثرتر است، سپس بررسی کل بلوک.
این ساختار همچنین در تأیید استفاده می شود، به ویژه در مواردی که یک گره از یک دستگاه نسبتا ضعیف اداره می شود. اگر دستگاه منابع محدودی داشته باشد، به جای دانلود هر هش و بلوک، از اثبات Merkle استفاده می کند که حاوی تایید شبکه است که تراکنش در یک بلوک وجود دارد. سپس تعداد هش‌ها را کاهش می‌دهد و اجازه می‌دهد تا بدون نیاز به منابع انرژی زیادی، تأیید انجام شود.
اتریوم
دومین ارز دیجیتال بزرگ، اتریوم، مبتنی بر Merkle Patricia Tree، نسخه اصلاح شده Merkle Tree است. این بدان معناست که هر بلوک در این بلاک چین نه از یک، بلکه از سه درخت مرکل تشکیل شده است که هر یک از ریشه ها هدف خاص خود را دارند.
اولین مورد ریشه هر تراکنش است. دومی وضعیت معامله را نشان می دهد. و آخرین ریشه، وصول کل معامله است. بنابراین، هر کسی می‌تواند به ریشه Merkle نگاه کند و ببیند که آیا تراکنش در یک بلوک خاص یافت می‌شود، آیا قبلاً تأیید و ارسال شده است یا خیر و به لطف درختان Merkle، تراکنش چقدر بوده است.
نتیجه گیری
ساختار درخت مرکل
زمانی که ارزهای رمزنگاری شده اختراع شدند، اهمیت بیشتری در جنبش رمزنگاری پیدا کرد. با اولین، بیت کوین، با استفاده از درختان مرکل در بسیاری از جنبه‌ها، این نوع ساختار به لطف مزایایی که برای پروژه‌های زیربنایی ارائه می‌دهد، به سایر ارزهای دیجیتال نیز گسترش یافت.
OrangeX.com تیم