Cos'è un Merkle Tree?
Merkle Tree è un tipo di struttura che viene spesso utilizzata per verificare rapidamente l'integrità dei dati, principalmente in un set di dati. È noto anche come albero hash e, nella maggior parte dei casi, ha implementazioni binarie, in cui ciascun nodo ha solitamente due "nodi figli". Nel mondo delle criptovalute, questa struttura viene utilizzata per crittografare i dati blockchain in modo più efficiente e sicuro, ma lo esploreremo più dettagliatamente in seguito.
Merkle Tree è un modo per la verifica rapida e sicura dei contenuti su set di big data. Aiuta anche a verificare la coerenza e il contenuto dei dati. Merkle Tree è una struttura dati matematica composta da hash di vari blocchi. Questi hash riassumono tutte le transazioni nel blocco dato grazie al quale vengono spesso utilizzati i Merkle Trees
Crittografia
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Merkle Tree ha tre tipi di nodi che possono essere trovati al suo interno. Questi sono i seguenti:
Nodo radice: questo viene memorizzato direttamente nell'intestazione ed è noto anche come radice Merkle.
Nodo foglia: è costituito da valori hash per i dati delle transazioni. Ogni transazione nel blocco ha i suoi dati sottoposti ad hashing, portando alla creazione della transazione ID, che viene poi archiviata nei nodi foglia.
Nodo non foglia: infine, il Merkle Tree ha anche un nodo non foglia, che contiene i valori hash dei "loro figli". Conosciuti come nodi intermedi, sono essenzialmente valori hash utilizzati finché il processo non raggiunge la radice dell'albero.
L'essenza di Merkle Tree è tale da consentire alle transazioni di essere Verificato senza utilizzare molti dati. Ciò aiuta quindi a ridurre l'elaborazione CPI, pur mantenendo una maggiore sicurezza, entrambe necessarie.
Il Merkle Tree ha
tutte le transazioni raggruppate in coppie, in modo che ogni coppia abbia un hash calcolato memorizzato direttamente nel nodo genitore sopra la coppia data. Questo vale per i nodi sopra di loro e sopra di loro e così via, fino a raggiungere la radice di Merkle.
Esempio di albero Merkle con radice Merkle, nodo non foglia e nodo foglia, Fonte: geeksforgeeks.org
Consideriamo un semplice esempio. Nella tabella seguente, abbiamo 4 diverse transazioni, etichettate A, B, C, D. Ogni transazione viene prima sottoposta ad hashing, lasciandola sotto forma di Hash A, Hash B ecc. Vengono quindi creati quattro hash e accoppiati a un nodo foglia, portando alla creazione di nodi non foglia. In questo caso, si tratta dell'hash AB e dell'hash CD, che sono i risultati dei figli hash A e hash B, per l'hash AB e hash C e hash D, per l'hash CD.
Questi due nuovi hash, che sono gli hash principali delle quattro transazioni originali, vengono quindi nuovamente sottoposti ad hashing. Questo li porta a raggiungere un hash ABCD e una radice del Merkle Tree. La radice Merkle è quindi responsabile di un riepilogo dei dati contenuti nelle transazioni iniziali. Queste informazioni sono memorizzate in un'intestazione di blocco.
Vantaggi di Merkle Tree
Merkle Tree come struttura offre diversi vantaggi che vengono poi sfruttati anche in ambito
criptovaluta e tecnologia blockchain. Prima di esaminare come vengono utilizzati questi vantaggi, vediamo innanzitutto quali sono.
Nessun ritardo: quando vengono utilizzati gli alberi Merkle, il Trasferimento dei dati tramite Rete può essere eseguito senza ritardi. Senza l'uso di Merkle Tree, ciò non è possibile poiché tutti i dati devono essere trasferiti in tutto il Rete per la verifica, causando ritardi.
Processo di verifica efficiente: è necessaria pochissima memoria durante il processo di verifica grazie alla struttura dei dati. Ciò significa che la validità e l'integrità della transazione possono essere Verificato in pochissimo tempo. Inoltre, grazie a questo, è necessario inviare solo una piccola quantità di dati rispetto alla dimensione del set di dati.
Poco spazio su disco: Oltre al vantaggio sopra menzionato va anche la dimensione dello spazio su disco occupato dal Merkle Tree, che è considerevolmente piccola rispetto ad altre strutture dati. Ciò porta alla verifica delle transazioni con larghezza di banda e potenza di calcolo praticabili.
Rilevamento manomissione: ogni transazione viene memorizzata all'interno del Merkle Tree. Ciò significa che qualsiasi tentativo di modifica di una transazione porta al raggiungimento della radice Merkle e contiene le informazioni nell'intestazione del blocco. In questo modo è facile confrontare i dati attuali con la versione manomessa e individuare rapidamente eventuali tentativi di frode.
Merkle Trees e criptovalute
Sebbene non siano molte le persone non tecniche che prestano attenzione ai Merkle Trees nella comunità delle criptovalute, i cypherpunk o i sostenitori tecnicamente avanzati delle criptovalute conoscono il valore dei Merkle Trees in questo ambito. I Merkle Trees sono essenziali per la tecnologia blockchain, poiché facilitano la verifica rapida e semplice. Questo tipo di verifica, infatti, non sarebbe possibile con nessun’altra tecnica o struttura.
Albero Merkle dà il potere su enormi set di dati agli sviluppatori, che possono comprimerli in modo efficace eliminando tutti i dati non necessari, solo per poi trasformarli in hash. Nel mondo delle criptovalute, i vantaggi di ciò possono manifestarsi, ad esempio, attraverso l’efficienza del carburante, la scalabilità effettiva, l’autenticazione di base dei pagamenti, la verifica delle transazioni o una struttura leggera.
Merkle Tree suddivide i dati in piccole parti di informazioni, Fonte: simplilearn.com
Merkle Trees nelle criptovalute – Bitcoin ed Ethereum
Analizzando brevemente cosa sono i Merkle Trees o come vengono utilizzati nello spazio delle criptovalute, immergiamoci ora negli esempi più concreti dei loro casi d'uso.
Bitcoin
Molti di voi probabilmente lo avranno indovinato, ma Bitcoin utilizza Merkle Trees in molti casi. Il più ovvio è il suo utilizzo nell’intestazione del blocco Bitcoin, poiché in esso viene inserito l’hash di ogni transazione che è Disponibile all’interno del blocco.
Ma non è tutto. Viene utilizzata anche la struttura Merkle Tree
mining o verifica. Per i minatori, la radice di Merkle è fondamentale per migliorare l’efficienza di tutti i processi. Grazie a questa struttura e alle sue caratteristiche intrinseche, il miner controlla l'intestazione dei blocchi una volta inseriti nel Merkle Tree. Controllare la radice Merkle significa quindi un approccio molto più efficace rispetto al controllo dell’intero blocco stesso.
Questa struttura viene utilizzata anche nella verifica, più specificamente nei casi in cui un nodo viene gestito da un dispositivo relativamente debole. Se il dispositivo ha risorse limitate, invece di scaricare ogni hash e blocco, utilizzerà la prova Merkle, che contiene la Conferma di rete che indica che una transazione è presente in un blocco. Ciò riduce quindi il numero di hash e consente la verifica senza bisogno di tante risorse energetiche.
Ethereum
La seconda più grande criptovaluta, Ethereum, è basata su Merkle Patricia Tree, una versione modificata di Merkle Tree. Ciò significa che ogni blocco in questa blockchain non è costituito da uno, ma da tre Merkle Trees, ciascuna delle radici ha il proprio scopo.
Il primo è la radice di ogni transazione. Il secondo mostra lo stato della transazione. E l'ultima radice è la ricevuta dell'intera transazione. Chiunque può così guardare la Merkle root e vedere se la transazione si trova in un blocco specifico, se è stata già approvata e inviata e quale era il saldo della transazione, grazie ai Merkle Trees.
Conclusione
La struttura del Merkle Tree è diventata sempre più importante nel movimento della crittografia una volta inventate le criptovalute. Con il primo, Bitcoin, utilizzando sotto molti aspetti i Merkle Trees, questo tipo di struttura si è diffusa anche ad altre criptovalute grazie ai benefici che apporta ai progetti sottostanti.
OrangeX.com Team