Vad är ett Merkle-träd?
Merkle Tree är en typ av struktur som ofta används för att snabbt verifiera dataintegritet, mestadels i en datamängd. Det är också känt som ett hashträd, som i de flesta fall har binära implementeringar, där varje nod vanligtvis har två "undernoder." I kryptovalutavärlden används denna struktur för att kryptera blockkedjedata mer effektivt och säkert, men vi kommer att utforska det mer detaljerat senare.
Merkle Tree är ett sätt för snabb och säker innehållsverifiering över stora datamängder. Det hjälper också till att verifiera konsistensen och innehållet i uppgifterna. Merkle Tree är en matematisk datastruktur som består av hash av olika block. Dessa hash sammanfattar alla transaktioner i det givna blocket som Merkle Trees ofta används i
kryptografi.
Merkle Tree har tre typer av noder som kan hittas inom det. Dessa är följande:
Rotnod: detta lagras direkt i rubriken och är även känt som Merkle root.
Lövnod: består av hashvärden för transaktionsdata. Varje transaktion i blocket har sin data hashad, vilket leder till att transaktionen ID skapas, som sedan lagras i lövnoder.
Nod utan blad: slutligen, Merkle Tree har också en icke-bladsnod, som innehåller hashvärden för "deras barn." Kända som mellannoder, de är i huvudsak hashvärden som används tills processen når trädroten.
Kärnan i Merkle Tree är sådan att den tillåter transaktioner att vara Verifierad utan att använda mycket data alls. Detta hjälper sedan till med att sänka CPI-behandlingen, samtidigt som den förbättrade säkerheten bibehålls, som båda är nödvändiga.
Merkleträdet har
alla transaktioner grupperade i par, så att varje par har en beräknad hash som lagras direkt i föräldernoden ovanför det givna paret. Detta gäller noderna ovanför dem och ovanför dem och så vidare, tills Merkle-roten nås.
Exempel på Merkle-träd med Merkle-rot, icke-lövnod och lövnod, Källa: geeksforgeeks.org
Låt oss titta på ett enkelt exempel. I diagrammet nedan har vi 4 olika transaktioner, märkta A, B, C, D. Varje transaktion hashas först och lämnar den i form av Hash A, Hash B etc. Fyra hashar skapas alltså och paras ihop med en lövnod, vilket leder till att det skapas icke-bladsnoder. I det här fallet är dessa hash AB och hash CD, som är resultatet av barnhash A och hash B, för hash AB och hash C och hash D, för hash CD.
Dessa två nya hashhaschar, som är överordnade hashar till de ursprungliga fyra transaktionerna, hashas sedan igen. Detta leder till att de når en hash ABCD och en rot av Merkle-trädet. Merkle-roten är sedan ansvarig för en sammanfattning av data som de initiala transaktionerna innehöll. Denna information lagras i ett blockhuvud.
Fördelar med Merkle Tree
Merkle Tree som struktur ger flera fördelar som sedan utnyttjas även i
kryptovaluta och blockchain-teknik. Innan vi tittar på hur dessa fördelar används, låt oss först se vad de är.
Inga förseningar: när Merkle-träd används kan Överföring av data genom Nätverk göras utan några förseningar. Utan användning av Merkle Tree är detta inte möjligt eftersom all data måste överföras över hela Nätverk för verifiering, vilket orsakar förseningar.
Effektiv verifieringsprocess: mycket lite minne behöver användas under verifieringsprocessen tack vare hur data är strukturerad. Detta innebär att transaktionens giltighet och integritet kan Verifierad på nästan nolltid. Tack vare detta behöver bara en liten mängd data skickas jämfört med datasetets storlek.
Lite diskutrymme: hand i hand med den ovan nämnda fördelen är också storleken på det diskutrymme som Merkle Tree tar upp, vilket är avsevärt litet jämfört med andra datastrukturer. Detta leder till verifiering av transaktioner med lönsam bandbredd och beräkningskraft.
Detektering av manipulering: varje transaktion lagras i Merkle-trädet. Detta innebär att varje försök att ändra en transaktion leder till att nå Merkle root och innehåller informationen i blockhuvudet. Således är det lätt att jämföra nuvarande data med den manipulerade versionen och snabbt upptäcka alla försök till bedrägeri.
Merkle Träd och kryptovalutor
Även om inte många icke-tekniska personer uppmärksammar Merkle Trees i kryptovalutagemenskapen, vet cypherpunkarna eller tekniskt avancerade anhängare av kryptovalutor värdet av Merkle Trees i denna sfär. Merkle Trees är väsentliga för blockchain-teknik, eftersom de underlättar snabb och enkel verifiering. I själva verket skulle denna typ av verifiering inte vara möjlig med någon annan teknik eller struktur.
Merkle träd ger makten över enorma datamängder till utvecklare, som kan komprimera dem effektivt genom att bli av med all onödig data, bara för att senare omvandla den till hash. I kryptovalutavärlden kan fördelarna med detta manifesteras till exempel genom bränsleeffektivitet, effektiv skalbarhet, grundläggande betalningsautentisering, verifiering av transaktion eller lättviktsstruktur.
Merkle Tree delar upp data i små delar av information, Källa: simplilearn.com
Merkle-träd i krypto – Bitcoin och Ethereum
Med en kort titt på vad Merkle Trees är eller hur de används i kryptovalutautrymmet, låt oss nu dyka in i mer konkreta exempel på deras användningsfall.
Bitcoin
Många av er har säkert gissat det, men Bitcoin använder Merkle Trees i många fall. Den mest uppenbara är användningen av den i Bitcoin-blockhuvudet, eftersom hashen för varje transaktion som är Tillgänglig inom blocket placeras i den.
Det är dock inte allt. Merkle Tree struktur används också i
gruvdrift eller verifiering. För gruvarbetare är Merkle root avgörande för att förbättra effektiviteten i alla processer. Tack vare denna struktur och dess inneboende egenskaper kontrollerar gruvarbetaren blockhuvudet när de har gjorts till Merkle-trädet. Att kontrollera Merkle-roten innebär alltså ett mycket mer effektivt tillvägagångssätt, sedan kontrollera hela blocket i sig.
Denna struktur används också vid verifiering, mer specifikt i fall då en nod styrs från en relativt svag enhet. Om enheten har begränsade resurser, istället för att ladda ner varje hash och block, kommer den att använda Merkle proof, som innehåller Nätverksbekräftelse att en transaktion finns i ett block. Detta minskar sedan antalet hash och tillåter verifiering att ske utan att behöva så mycket energiresurser.
Ethereum
Den näst största kryptovalutan, Ethereum, är baserad på Merkle Patricia Tree, en modifierad version av Merkle Tree. Det betyder att varje block i den här blockkedjan inte består av ett, utan tre Merkle-träd, där var och en av rötterna har sitt eget syfte.
Den första är roten för varje transaktion. Den andra visar tillståndet för transaktionen. Och den sista roten är mottagandet av hela transaktionen. Vem som helst kan alltså titta på Merkle-roten och se om transaktionen finns i ett specifikt block, om den redan var godkänd och skickad och vad transaktionens saldo var, tack vare Merkle-träden.
Slutsats
Merkles trädstruktur har blivit allt viktigare i kryptografirörelsen när väl kryptovalutorna uppfanns. Med den första, Bitcoin, som använder Merkle Trees i många aspekter, spred sig denna typ av struktur även till andra kryptovalutor tack vare fördelarna den ger de underliggande projekten.
OrangeX.com Team