Що таке дерево Меркле?
Дерево Merkle – це тип структури, який часто використовується для швидкої перевірки цілісності даних, переважно в наборі даних. Він також відомий як хеш-дерево, яке в більшості випадків має двійкові реалізації, причому кожен вузол зазвичай має два «дочірніх вузла». У світі криптовалют ця структура використовується для більш ефективного та безпечного шифрування даних блокчейна, але ми розглянемо це більш детально пізніше.
Merkle Tree — це спосіб швидкої та безпечної перевірки вмісту великих наборів даних. Це також допомагає перевірити послідовність і зміст даних. Дерево Merkle — це математична структура даних, що складається з хешів різних блоків. Ці хеші підсумовують усі транзакції в даному блоці, завдяки яким часто використовуються Merkle Trees
Криптографія
.
Дерево Merkle має три типи вузлів, які можна знайти в ньому. Це такі:
Кореневий вузол: це зберігається безпосередньо в заголовку та також відоме як корінь Merkle.
Листовий вузол: складається з хеш-значень для даних транзакцій. Дані кожної транзакції в блоці хешуються, що призводить до створення транзакції ID, яка потім зберігається в кінцевих вузлах.
Нелистовий вузол: нарешті, дерево Merkle також має вузол, що не є листом, який містить хеш-значення «їх дітей». Відомі як проміжні вузли, вони, по суті, є хеш-значеннями, які використовуються, поки процес не досягне кореня дерева.
Суть Merkle Tree полягає в тому, що воно дозволяє здійснювати транзакції Верифіковано без використання великої кількості даних. Тоді це допомагає зменшити обробку CPI, зберігаючи при цьому підвищену безпеку, обидва з яких необхідні.
Дерево Меркле має
усі транзакції, згруповані попарно, щоб кожна пара мала обчислений хеш, який зберігається безпосередньо в батьківському вузлі над цією парою. Це стосується вузлів над ними і над ними і так далі, поки не буде досягнуто кореня Меркла.
Приклад дерева Merkle з коренем Merkle, нелистковим вузлом і листковим вузлом, Джерело: geeksforgeeks.org
Давайте розглянемо простий приклад. На діаграмі нижче ми маємо 4 різні транзакції, позначені A, B, C, D. Кожна транзакція спочатку хешується, залишаючи її у формі хешу A, хешу B тощо. Таким чином створюється чотири хеші, які з’єднуються з листовим вузлом, що призводить до створення некінцевих вузлів. У цьому випадку це хеш AB і хеш CD, які є результатами дочірніх хешів A і хешів B для хешів AB і хешів C і хешів D для хешів CD.
Ці два нові хеші, які є батьківськими хешами початкових чотирьох транзакцій, потім знову хешуються. Це призводить до досягнення хешу ABCD і кореня дерева Меркла. Потім корінь Merkle відповідає за зведення даних, які зберігаються в початкових транзакціях. Ця інформація зберігається в заголовку блоку.
Переваги Merkle Tree
Merkle Tree як структура надає кілька переваг, які потім також використовуються в
криптовалюта та технологія блокчейн. Перш ніж ми подивимося, як використовуються ці переваги, давайте спочатку подивимося, що це таке.
Без затримок: , коли використовуються дерева Merkle, Переказ даних через Мережа можна виконати без будь-яких затримок. Без використання Merkle Tree це неможливо, оскільки всі дані потрібно передавати по всьому Мережа для перевірки, що спричиняє затримки.
Ефективний процес перевірки: під час процесу перевірки потрібно використовувати дуже мало пам’яті завдяки структурі даних. Це означає, що валідність і цілісність транзакції можуть бути Верифіковано практично миттєво. Крім того, завдяки цьому потрібно надсилати лише невелику кількість даних порівняно з розміром набору даних.
Мало місця на диску: поруч із вищезгаданою перевагою також є розмір дискового простору, який займає дерево Merkle, який є значно малим порівняно з іншими структурами даних. Це веде до перевірки транзакцій із достатньою пропускною здатністю та обчислювальною потужністю.
Виявлення втручання: кожна транзакція зберігається в дереві Merkle. Це означає, що будь-яка спроба змінити транзакцію призводить до досягнення кореня Merkle та містить інформацію в заголовку блоку. Таким чином, можна легко порівняти поточні дані з підробленою версією та швидко виявити будь-яку спробу шахрайства.
Дерева Merkle і криптовалюти
Хоча небагато неспеціалістів звертають увагу на дерева Merkle у спільноті криптовалют, шифропанки або технічно просунуті прихильники криптовалют знають цінність дерев Merkle у цій сфері. Дерева Merkle є важливими для технології блокчейн, оскільки вони сприяють швидкій і легкій перевірці. Насправді цей тип перевірки був би неможливий за допомогою будь-якої іншої техніки чи структури.
Дерево Меркле дає розробникам можливість керувати величезними наборами даних, які можуть ефективно стискати їх, позбавляючись усіх непотрібних даних, щоб потім перетворити їх на хеші. У світі криптовалюти переваги цього можуть проявлятися, наприклад, через економію палива, ефективну масштабованість, базову автентифікацію платежів, перевірку транзакцій або полегшену структуру.
Merkle Tree, що розбиває дані на крихітні частини інформації, Джерело: simplilearn.com
Дерева Merkle у криптовалюті – Bitcoin та Ethereum
Коротко розглянувши, що таке дерева Merkle або як вони використовуються в криптовалютному просторі, а тепер зануримося в більш конкретні приклади їх використання.
біткойн
Багато з вас, мабуть, здогадалися, але біткойн у багатьох випадках використовує дерева Merkle. Найбільш очевидним є використання його в заголовку блоку Bitcoin, оскільки хеш кожної транзакції, яка є Доступно у блоці, міститься в ньому.
Однак це ще не все. Структура Merkle Tree також використовується в
Майнінг або перевірка
. Для майнерів корінь Merkle має вирішальне значення для підвищення ефективності всіх процесів. Завдяки цій структурі та властивим їй характеристикам майнер перевіряє заголовок блоків після того, як вони були створені в дереві Merkle. Таким чином, перевірка кореня Merkle означає набагато ефективніший підхід, ніж перевірка всього блоку.
Ця структура також використовується для перевірки, точніше у випадках, коли вузол керується з відносно слабкого пристрою. Якщо пристрій має обмежені ресурси, замість завантаження кожного хешу та блоку він використовуватиме підтвердження Merkle, яке містить Підтвердження мережі того, що транзакція присутня в блоці. Тоді це зменшує кількість хешів і дозволяє виконувати перевірку без потреби у великих енергетичних ресурсах.
Ethereum
Друга за величиною криптовалюта, Ethereum, заснована на Merkle Patricia Tree, модифікованій версії Merkle Tree. Це означає, що кожен блок у цьому блокчейні складається не з одного, а з трьох дерев Меркла, причому кожен із коренів має своє призначення.
Перший є коренем для кожної транзакції. Другий показує стан транзакції. І останній корінець - це квитанція всієї транзакції. Таким чином, будь-хто може переглянути корінь Merkle і побачити, чи транзакція знайдена в певному блоці, чи була вона вже схвалена та надіслана, і який баланс транзакції, завдяки Merkle Trees.
Висновок
Структура Merkle Tree стала ще більш важливою в русі криптографії після того, як були винайдені криптовалюти. Завдяки першому, біткойну, який використовує дерева Merkle у багатьох аспектах, цей тип структури поширився також на інші криптовалюти завдяки перевагам, які він надає основним проектам.
OrangeX.com Команда