Что такое дерево Меркла?
Дерево Меркла — это тип структуры, который часто используется для быстрой проверки целостности данных, в основном в наборе данных. Оно также известно как хеш-дерево, которое в большинстве случаев имеет двоичную реализацию, причем каждый узел обычно имеет два «дочерних узла». В мире криптовалют эта структура используется для более эффективного и безопасного шифрования данных блокчейна, но мы рассмотрим это более подробно позже.
Дерево Меркла — это способ быстрой и безопасной проверки контента в больших наборах данных. Это также помогает проверить согласованность и содержание данных. Дерево Меркла — это математическая структура данных, состоящая из хешей различных блоков. Эти хеши суммируют все транзакции в данном блоке, благодаря чему деревья Меркла часто используются в
криптография.
Дерево Меркла имеет три типа узлов, которые можно найти в нем. Это следующие:
Корневой узел: хранится непосредственно в заголовке и также известен как корень Меркла.
Листовой узел: состоит из хэш-значений данных транзакции. Данные каждой транзакции в блоке хешируются, что приводит к созданию транзакции ID, которая затем сохраняется в конечных узлах.
Нелистовой узел: , наконец, в дереве Меркла также есть нелистовой узел, который содержит хэш-значения «их дочерних элементов». Известные как промежуточные узлы, они по существу представляют собой хеш-значения, используемые до тех пор, пока процесс не достигнет корня дерева.
Суть дерева Меркла такова, что оно позволяет проводить транзакции Верифицирован без использования большого количества данных вообще. Затем это помогает снизить объем обработки CPI, сохраняя при этом повышенную безопасность, что необходимо.
Дерево Меркла имеет
все транзакции сгруппированы попарно, чтобы каждая пара имела вычисленный хэш, который хранится непосредственно в родительском узле над данной парой. Это относится к узлам над ними, над ними и так далее, пока не будет достигнут корень Меркла.
Пример дерева Меркла с корнем Меркла, нелистовым узлом и листовым узлом. Источник: geeksforgeeks.org
Давайте рассмотрим простой пример. На диаграмме ниже мы имеем 4 различных транзакций, обозначенных A, B, C, D. Каждая транзакция сначала хэшируется, оставляя ее в форме хеша A, хеша B и т. д. Таким образом создаются четыре хеша, которые соединяются с конечным узлом, что приводит к созданию нелистовых узлов. В данном случае это хеш AB и хэш CD, которые являются результатом дочерних хешей A и хеша B для хеша AB и хеша C и хеша D для хеша CD.
Эти два новых хеша, которые являются родительскими хешами для исходных четырех транзакций, затем хэшируются снова. Это приводит их к достижению хеша ABCD и корня дерева Меркла. Затем корень Меркла отвечает за сводку данных, хранящихся в первоначальных транзакциях. Эта информация хранится в заголовке блока.
Преимущества дерева Меркла
Дерево Меркла как структура предоставляет несколько преимуществ, которые затем можно использовать и в
Криптовалюта и технология блокчейна. Прежде чем мы рассмотрим, как используются эти преимущества, давайте сначала посмотрим, что они из себя представляют.
Никаких задержек: при использовании деревьев Меркла Перевод данных через Сеть может быть выполнен без каких-либо задержек. Без использования дерева Меркла это невозможно, поскольку все данные необходимо передавать по всему Сеть для проверки, что приводит к задержкам.
Эффективный процесс проверки: В процессе верификации требуется очень мало памяти благодаря структуре данных. Это означает, что действительность и целостность сделки могут быть Верифицирован Почти за мгновенное время. Кроме того, благодаря этому нужно отправить лишь небольшое количество данных по сравнению с размером набора данных.
Мало места на диске: Наряду с вышеупомянутым преимуществом также является размер дискового пространства, занимаемого деревом Меркла, который значительно мал по сравнению с другими структурами данных. Это приводит к проверке транзакций с приемлемой пропускной способностью и вычислительной мощностью.
Обнаружение взлома: каждая транзакция сохраняется в дереве Меркла. Это означает, что любая попытка изменения транзакции приводит к достижению корня Меркла и содержит информацию в заголовке блока. Таким образом, можно легко сравнить текущие данные с подделанной версией и быстро обнаружить любую попытку мошенничества.
Деревья Меркла и криптовалюты
Хотя не многие нетехнические люди обращают внимание на деревья Меркла в криптовалютном сообществе, шифропанки или технически продвинутые сторонники криптовалют знают ценность деревьев Меркла в этой сфере. Деревья Меркла необходимы для технологии блокчейн, поскольку они облегчают быструю и простую проверку. Фактически, этот тип проверки был бы невозможен при использовании какой-либо другой техники или структуры.
Дерево Меркла дает разработчикам возможность работать с огромными наборами данных, которые могут эффективно сжимать их, избавляясь от всех ненужных данных, чтобы позже превратить их в хэши. В мире криптовалют преимущества этого могут проявляться, например, в топливной эффективности, эффективной масштабируемости, базовой аутентификации платежей, проверке транзакций или облегченной структуре.
Дерево Меркла, разбивающее данные на мельчайшие части информации, Источник: simplilearn.com
Деревья Меркла в криптовалюте – Биткойн и Эфириум
Кратко рассмотрев, что такое деревья Меркла и как они используются в сфере криптовалют, давайте теперь углубимся в более конкретные примеры их использования.
Биткойн
Многие из вас, наверное, уже догадались, но Биткойн во многих случаях использует деревья Меркла. Наиболее очевидным из них является использование его в заголовке блока Биткойн, поскольку в него помещается хеш каждой транзакции Доступно внутри блока.
Однако это еще не все. Структура дерева Меркла также используется в
майнинг или проверка. Для майнеров корень Меркла имеет решающее значение для повышения эффективности всех процессов. Благодаря этой структуре и присущим ей характеристикам майнер проверяет заголовок блоков после того, как они были преобразованы в дерево Меркла. Таким образом, проверка корня Меркла означает гораздо более эффективный подход, чем проверка всего блока.
Эта структура также используется при проверке, точнее в случаях, когда узел управляется от относительно слабого устройства. Если устройство имеет ограниченные ресурсы, вместо загрузки каждого хеша и блока оно будет использовать доказательство Меркла, которое содержит Подтверждение сети о том, что транзакция присутствует в блоке. Это затем уменьшает количество хэшей и позволяет выполнять проверку без необходимости использования большого количества энергетических ресурсов.
Эфириум
Вторая по величине криптовалюта, Ethereum, основана на Merkle Patricia Tree, модифицированной версии Merkle Tree. Это означает, что каждый блок в этом блокчейне состоит не из одного, а из трех Деревьев Меркла, причем каждый из корней имеет свое назначение.
Первый является корневым для каждой транзакции. Второй показывает состояние транзакции. И последний корень — это получение всей транзакции. Таким образом, благодаря деревьям Меркла любой желающий может просмотреть корень Меркла и узнать, находится ли транзакция в определенном блоке, была ли она уже одобрена и отправлена и каков был баланс транзакции.
Заключение
Древовидная структура Меркла стала еще более важной в криптографическом движении с момента изобретения криптовалют. С первым из них, Биткойном, во многих аспектах использующим деревья Меркла, этот тип структуры распространился и на другие криптовалюты благодаря преимуществам, которые он предоставляет базовым проектам.
OrangeX.com Команда