Wat is een Merkle-boom?
Merkle Tree is een type structuur dat vaak wordt gebruikt om de gegevensintegriteit snel te verifiëren, meestal in een gegevensset. Het staat ook bekend als een hashboom, die in de meeste gevallen binaire implementaties heeft, waarbij elk knooppunt gewoonlijk twee ‘kindknooppunten’ heeft. In de cryptocurrency-wereld wordt deze structuur gebruikt om blockchain-gegevens efficiënter en veiliger te versleutelen, maar we zullen dit later in meer details onderzoeken.
Merkle Tree is een manier voor snelle en veilige inhoudverificatie van grote datasets. Het helpt ook om de consistentie en inhoud van de gegevens te verifiëren. Merkle Tree is een wiskundige datastructuur die bestaat uit hashes van verschillende blokken. Deze hashes vatten alle transacties in het gegeven blok samen, waardoor Merkle Trees vaak worden gebruikt
-cryptografie.
Merkle Tree heeft drie soorten knooppunten die erin kunnen worden gevonden. Deze zijn als volgt:
Hoofdknooppunt: dit wordt direct in de header opgeslagen en wordt ook wel Merkle root genoemd.
Bladknooppunt: bestaat uit hashwaarden voor transactiegegevens. Bij elke transactie in het blok worden de gegevens gehasht, wat leidt tot de creatie van transactie ID, die vervolgens wordt opgeslagen in bladknooppunten.
Niet-bladige knoop: Ten slotte heeft de Merkle Tree ook een niet-bladknooppunt, dat hashwaarden van “hun kinderen” bevat. Ze staan bekend als tussenliggende knooppunten en zijn in wezen hash-waarden die worden gebruikt totdat het proces de boomwortel bereikt.
De essentie van Merkle Tree is zodanig dat transacties Geverifieerd kunnen worden uitgevoerd zonder dat er veel gegevens worden gebruikt. Dit helpt vervolgens bij het verlagen van de CPI-verwerking, terwijl de verbeterde beveiliging behouden blijft, wat beide noodzakelijk is.
De Merkle-boom heeft
alle transacties gegroepeerd in paren, zodat elk paar een berekende hash heeft die rechtstreeks in het bovenliggende knooppunt boven het gegeven paar wordt opgeslagen. Dit geldt voor de knooppunten erboven en erboven enzovoort, totdat de Merkle-wortel is bereikt.
Voorbeeld van Merkle-boom met Merkle-wortel, niet-bladknooppunt en bladknooppunt, Bron: geeksforgeeks.org
Laten we eens kijken naar een eenvoudig voorbeeld. In het onderstaande diagram hebben we verschillende 4-transacties, gelabeld A, B, C, D. Elke transactie wordt eerst gehasht, waardoor deze overblijft in de vorm van Hash A, Hash B enz. Er worden dus vier hashes gemaakt en gekoppeld aan een leaf-knooppunt, wat leidt tot het creëren van niet-leaf-knooppunten. In dit geval zijn dit hash AB en hash CD, die het resultaat zijn van onderliggende hash A en hash B, voor de hash AB en hash C en hash D, voor de hash CD.
Deze twee nieuwe hashes, die ouder-hashes zijn van de oorspronkelijke vier transacties, worden vervolgens opnieuw gehasht. Dit leidt ertoe dat ze een hash ABCD en een wortel van de Merkle Tree bereiken. De Merkle-wortel is dan verantwoordelijk voor een samenvatting van de gegevens die de initiële transacties bevatten. Deze informatie wordt opgeslagen in een blokheader.
Voordelen van Merkle Tree
Merkle Tree als structuur biedt verschillende voordelen die vervolgens ook in de
cryptocurrency en blockchain-technologie. Voordat we kijken naar hoe deze voordelen worden gebruikt, moeten we eerst kijken wat ze zijn.
Geen vertragingen: wanneer Merkle-bomen worden gebruikt, kan de Overboeken van gegevens via de Netwerk zonder enige vertraging worden uitgevoerd. Zonder het gebruik van Merkle Tree is dit niet mogelijk omdat alle gegevens ter verificatie over de hele Netwerk moeten worden verzonden, wat vertragingen veroorzaakt.
Efficiënt verificatieproces: Er hoeft tijdens het verificatieproces zeer weinig geheugen te worden gebruikt dankzij de manier waarop de gegevens zijn gestructureerd. Dit betekent dat de geldigheid en integriteit van de transactie in vrijwel geen tijd Geverifieerd kunnen zijn. Dankzij dit hoeft er bovendien slechts een kleine hoeveelheid gegevens te worden verzonden in verhouding tot de omvang van de dataset.
Weinig schijfruimte: hand in hand met het bovengenoemde voordeel is ook de grootte van de schijfruimte die de Merkle Tree in beslag neemt, die aanzienlijk klein is in vergelijking met andere datastructuren. Dit leidt tot verificatie van transacties met haalbare bandbreedte en rekenkracht.
Detectie van manipulatie: elke transactie wordt opgeslagen in de Merkle Tree. Dit betekent dat elke poging om een transactie te wijzigen leidt tot het bereiken van de Merkle-root en de informatie in de blokheader bevat. Het is dus gemakkelijk om de huidige gegevens te vergelijken met de gemanipuleerde versie en elke poging tot fraude snel te detecteren.
Merkle Trees en cryptocurrencies
Hoewel niet veel niet-technische mensen aandacht besteden aan Merkle Trees in de cryptocurrency-gemeenschap, kennen de cypherpunks of technisch geavanceerde aanhangers van cryptocurrencies de waarde van Merkle Trees op dit gebied. Merkle Trees zijn essentieel voor blockchain-technologie, omdat ze snelle en gemakkelijke verificatie mogelijk maken. In feite zou dit type verificatie met geen enkele andere techniek of structuur mogelijk zijn.
Merkle-boom geeft de macht over enorme datasets aan ontwikkelaars, die deze effectief kunnen comprimeren door alle onnodige gegevens te verwijderen, om er later hashes van te maken. In de cryptocurrency-wereld kunnen de voordelen hiervan zich bijvoorbeeld manifesteren door middel van brandstofefficiëntie, effectieve schaalbaarheid, basisbetalingsauthenticatie, verificatie van transacties of een lichtgewicht structuur.
Merkle Tree verdeelt de gegevens in kleine stukjes informatie, Bron: simplilearn.com
Merkle Trees in crypto – Bitcoin en Ethereum
Laten we, nu we kort kijken naar wat Merkle Trees zijn of hoe ze worden gebruikt in de cryptocurrency-ruimte, dieper ingaan op concretere voorbeelden van hun gebruiksscenario's.
Bitcoin
Velen van jullie hebben het waarschijnlijk geraden, maar Bitcoin maakt in veel gevallen gebruik van Merkle Trees. De meest voor de hand liggende is het gebruik ervan in de Bitcoin-blokheader, omdat de hash van elke transactie die Beschikbaar binnen het blok is, erin wordt geplaatst.
Maar dat is nog niet alles. Merkle Tree-structuur wordt ook gebruikt in
mijnbouw of verificatie. Voor mijnwerkers is Merkle root cruciaal voor het verbeteren van de efficiëntie van alle processen. Dankzij deze structuur en de inherente kenmerken ervan, controleert de mijnwerker de header van het blok zodra deze in de Merkle Tree is omgezet. Het controleren van de Merkle-wortel betekent dus een veel effectievere aanpak dan het controleren van het hele blok zelf.
Deze structuur wordt ook gebruikt bij verificatie, meer specifiek in gevallen waarin een knooppunt wordt bediend vanaf een relatief zwak apparaat. Als het apparaat beperkte bronnen heeft, zal het in plaats van elke hash en blok te downloaden, Merkle-bewijs gebruiken, dat de Netwerkbevestiging bevat dat een transactie in een blok aanwezig is. Dit vermindert vervolgens het aantal hashes en maakt verificatie mogelijk zonder dat er zoveel energiebronnen nodig zijn.
Ethereum
De op een na grootste cryptocurrency, Ethereum, is gebaseerd op Merkle Patricia Tree, een aangepaste versie van Merkle Tree. Dit betekent dat elk blok in deze blockchain niet uit één, maar uit drie Merkle Trees bestaat, waarbij elk van de wortels zijn eigen doel heeft.
De eerste is de basis voor elke transactie. De tweede toont de status van de transactie. En de laatste wortel is de ontvangst van de hele transactie. Iedereen kan dus naar de Merkle-root kijken en dankzij de Merkle Trees zien of de transactie in een specifiek blok voorkomt, of deze al is goedgekeurd en verzonden en wat het saldo van de transactie was.
Conclusie
De Merkle Tree-structuur is steeds belangrijker geworden in de cryptografiebeweging nadat de cryptocurrencies waren uitgevonden. Bij de eerste, Bitcoin, die in veel opzichten Merkle Trees gebruikte, verspreidde dit soort structuur zich ook naar andere cryptocurrencies dankzij de voordelen die het biedt voor de onderliggende projecten.
OrangeX.com Team