Блокчейн и криптовалутите са огромна и сложна среда. В тази машина влизат много зъбни колела, включително нещо, известно като дърво на Меркъл. Дърветата Merkle играят ключова роля във функционалността на блокчейн, но какво точно правят? Как работи дървото Merkle и защо е толкова важно в блокчейн технологията?
Как работи блокчейн?
Преди да навлезете в динамиката на дървото Merkle, важно е да разберете как работят блокчейните.
Най-просто казано, блокчейн е виртуална верига от блокове, всеки от които съдържа свой собствен набор от данни. Всеки блок използва криптография, по-специално хеширане, за да защити данните и да ги предпази от ръцете на злонамерени участници.
Блоковите вериги се използват най-често в индустрията на криптовалутите, където всяка транзакция, извършена с даден актив, се записва в собствената блокова верига. Освен това всяка транзакция се записва хронологично и е видима за цялата блокчейн (може да се види с помощта на инструменти като blockchain explorer).
Транзакциите в блокчейн не могат да бъдат променяни или изтривани. Вместо това, използвайки a
процес, наречен хеширане, данните се кодират чрез математически алгоритми. Тези алгоритми могат да преобразуват произволна дължина на символите във фиксирана, кодирана дължина.Когато записвате транзакции в блокчейн, дърветата Merkle играят решаваща роля. Но как работи дървото Merkle?
Какво е Merkle Tree?
Името "дърво Меркле" има два произхода. „Merkle“ се отнася до Ралф Merkle, американски компютърен учен и математик, който е допринесъл значително за криптографията с публичен ключ. Merkle първоначално предложи двоични хеш дървета през 1987 г. в документ, озаглавен „Цифров подпис, базиран на Конвенционална функция за криптиране." Merkle също изобрети криптографското хеширане, което се използва в Merkle дърво.
Втората част на "Дървото на Меркле" произтича от неговата структура. Дърво на Merkle (или двоично хеш дърво) е структура от данни, която донякъде прилича на дърво. Дърветата Merkle съдържат „клонове“ и „листа“, като всеки „лист“ или „клон“ съдържа хеша на блок от данни.
Накратко, дървото на Merkle рационализира процеса на съхраняване на транзакционни хешове в блокчейн. Той групира заедно всички транзакции в един блок и ги кодира ефективно за по-безопасно и по-бързо съхранение под формата на един хеш. Използвайки дърво на Merkle, валидността на данните може бързо да бъде оценена чрез един краен хеш. Това опростява процеса на съхранение на данни, но също така поддържа целостта на сигурността.
Дърветата Merkle също не изискват много изчислителни ресурси. Всъщност те намаляват пространството за съхранение, необходимо за данни, като компилират множество хешове на транзакции само в един. Използването на ресурси отдавна е спорна точка в крипто индустрията, тъй като блокчейн мрежите могат да бъдат огромно източване на пространство за съхранение и мощност. Така че използването на дървета Merkle помага за смекчаване на този проблем. Съхранението на данни във веригата също може да бъде скъпо, така че използването на Merkle дървета за намаляване на количеството данни може да помогне на блокчейн платформите да спестят пари.
Нещо повече, процесът на дървото Merkle не отнема много време, което е добра новина по отношение на ефективността. В края на краищата, много блокчейни са предвидени за дълго време за транзакции (включително биткойн), така че всеки процес, който може да помогне с този проблем, е плюс.
Дърветата Merkle се използват в много области на компютрите (особено криптография и криптиране), но често са известни с присъствието си в блокчейните на криптовалута. Биткойн, Ethereum, Dogecoin и всички други криптовалути използват дървото на Merkle, така че то несъмнено е важен елемент.
И така, как работи?
Как работи дървото Merkle?
По-долу има диаграма за това как работи дървото Merkle. Имайте предвид, че в действителност ще има много повече транзакции и хешове на дърво, но това изображение опростява процеса, така че можете да получите представа за включените стъпки.
Гледайки тази дървовидна диаграма на Merkle, нещата изглеждат малко сложни. Но процесът на хеширане на Merkle дърво е доста ясен, когато се разбие.
Има няколко стъпки, които влизат в процеса на Merkle дърво. Хешовете в долната част на дървото Merkle са известни като листа, докато хешовете в средата на дървото са известни като клони. Клоните също понякога се наричат нелистни възли. В най-долната част на диаграмата имате блоковете данни (или транзакциите), от които ще се появи хешът.
Първоначалните транзакции от всеки възел се хешират по двойки, като един хеш остава като резултат. След това двойка по двойка многократно се хешират в едно, докато се появи един единствен хеш, където процесът приключва. Ако се случи да има нечетен брой транзакции в блок, една транзакция ще бъде дублирана, така че да може да бъде сдвоена с оригинала за хеширане.
Въпреки че крайният хеш се появява в горната част на горната диаграма, той е известен като "корен" на дървото (корен хеш). Коренът е по същество кулминационният хеш на всички отделни хешове на транзакции, съхранени в блока. Изисква се едно Merkle дърво на блок, което означава, че всеки блок има едно поле с данни Merkle Root.
Ако някога сте разглеждали задълбочено блокчейните, може би сте чували за Merkle Root или Merkle Hash. В рамките на един блок съществува нещо, известно като hashMerkleRoot. Тези данни (крайният хеш в края на дървото) се съхраняват в заглавката на даден блок. А blockchain блокът съдържа и други данни, като клеймо за време, номер на версията на актива и „nonce“ (номерът се използва само веднъж).
Могат ли блоковите вериги да функционират без Merkle Trees?
Докато дърветата Merkle не са абсолютно задължителни за съществуването на блокчейн, те играят невероятно важна роля в защитата на данните.
Без дървета на Merkle, блокчейните на криптовалута изискват повече ресурси и време за извършване на ключови процеси. Първо, всеки възел в мрежата ще трябва да пази собствено копие на всяка транзакция, извършена в блокчейна. При по-големите блокчейни стотици хиляди транзакции могат да се извършват само в една ден, така че добавянето на такъв обем данни към копието на всеки възел несъмнено ще отнеме много ресурси.
Нещо повече, дърветата Merkle играят голяма роля при проверката на данните. Чрез единичния корен хеш в края на дървото валидаторите и миньорите могат да проверят дали блокът като цяло е валиден за добавяне към блокчейна. Възможността за удостоверяване на данни без пресяване на всяка отделна транзакция е плюс, спестявайки време и място за съхранение.
Дърветата Merkle са ключови за функционалността на блокчейн
Не може да се отрече, че Merkle дърветата предлагат блокчейн сигурност и ефективност, без да заемат много място. Този елегантен криптографски процес позволява на блокчейните да работят безпроблемно, без да е необходимо прекомерно използване на ресурси. Дърветата Merkle не са от съществено значение, но са изключително полезни, когато става въпрос за време, място за съхранение и удостоверяване на данни.
