Ce este un arbore Merkle în Blockchain și cum funcționează?

Purtări cheie:

• Arborele Merkle este un tip de arbore hash binar care are 3 tipuri de noduri: noduri frunză, noduri non-frunze și noduri rădăcină.
• Un arbore Merkle este util pentru verificarea și menținerea integrității tranzacțiilor în orice registru descentralizat.
• Arborele Merkle este văzut atât în ​​Bitcoin, cât și în Ethereum.

Introducere

Cryptocurrencies nu mai sunt un subiect necunoscut și nici nu este blockchain, tehnologia din spatele originii lor. Pentru orice pasionat de cripto, înțelegerea structurilor blockchain și a modului în care acestea funcționează este primul pas pentru a realiza adevărata natură a cripto-urilor.

În timp ce înțelegerea diferitelor structuri blockchain este locul în care intervin arborii Merkle. Dezvoltat ca concept în 1980 de Ralph Merkle de la Universitatea Stanford, Arborele Merkle este utilizat în mod obișnuit în rețelele peer-to-peer (P2P) pentru a face față cerințelor de putere de calcul și spațiu de memorie. Nu ar fi exagerat să spunem că arborii Merkle au făcut din tehnologia blockchain un succes uriaș. Așa că haideți să vedem sensul din spatele arborelui Merkle și cum funcționează.

https://www.youtube.com/watch?v=YIc6MNfv5iQ

O privire de ansamblu asupra arborelui Merkle

Mai simplu spus, un arbore Merkle reprezintă modul în care datele sunt structurate în mod intenționat. Permite verificarea rapidă și eficientă a unei cantități mari de informații pe un blockchain. După cum am menționat mai devreme, Ralph Merkle a creat-o fără să știe ca un concept într-o lucrare intitulată „O semnătură digitală certificată”. Dar nimeni nu se aștepta să devină o componentă majoră a unui registru descentralizat în viitor.

Arborele Merkle a îmbunătățit lumea criptografiei de la începuturile sale. Dar a devenit vital pentru criptomonede după ce misteriosul creator al Bitcoin a folosit-o în codul de bază al BTC. După aceea, Ethereum și alte criptomonede au adoptat și arbori Merkle.

În cazul rețelei Bitcoin, arborii Merkle sunt o componentă eficientă care utilizează hashuri în locul fișierului de informații de dimensiuni mari pentru verificarea datelor. Un arbore Merkle folosește o terminologie descriptivă unică pentru a descrie relațiile dintre noduri și nivelurile acestora.

Fiecare bloc din cadrul blockchainului conține un număr de tranzacții. Stocarea tuturor acestor tranzacții și găsirea anumitor tranzacții ale căror blocuri aparțin pot fi sarcini frustrant de costisitoare. În plus, poate avea un impact negativ asupra eficienței unui blockchain. Cu toate acestea, cu arbori Merkle, toate tranzacțiile sunt aranjate eficient, ceea ce duce la utilizarea a mai puține date pentru verificare și procesarea CPU redusă.

Înțelegerea modului în care funcționează un arbore Merkle într-un blockchain

Iată un exemplu simplu pentru a clarifica acest concept: 

Imaginați-vă un bloc de date precum cel arătat mai sus, care are 4 tranzacții: L1, L2, L3 și L4. Pentru a stoca aceste tranzacții, putem implementa conceptul de arbore Merkle calculând hash-ul fiecărei tranzacții. După calcul, primim Hash L1, Hash L2, Hash L3 și Hash L4.

Aceste hash-uri ale fiecărei tranzacții sunt stocate într-un nod, numit de obicei nod frunză, al arborelui Merkle. Dar munca noastră continuă, deoarece trebuie să formăm noduri non-frunze prin împerecherea nodurilor frunzelor. După calcul, obținem Hash 0 și Hash 1, care sunt numite nodurile părinte sau nodurile non-leaf ale hashurilor L1, L2, L3 și L4.

În cele din urmă, hash-ul Hash 1 și Hash 2 este calculat prin împerecherea lor împreună și ajungem la nodul rădăcină, care este rădăcina Merkle. Prin acest exemplu, înțelegem că arborii Merkle funcționează prin hashing nodurile copil în mod repetat, până când un hash singular rămâne în structură.

În acest fel, arborele Merkle vă spune exact dacă o tranzacție a influențat arborele verificând doar rădăcina arborelui. Rădăcina Merkle este stocată în antetul blocului, făcându-l inviolabil și sporind încrederea și integritatea într-un registru descentralizat. Este important de reținut că arborii Merkle folosesc o funcție hash unidirecțională și vor continua până când acest hashing va separa dovezile datelor de date.

Necesitatea arborilor Merkle pentru blockchain

Acum că am discutat despre ce este un arbore Merkle și cum funcționează, singurul lucru care rămâne de făcut este să înțelegem de ce este important pentru blockchain. Multe avantaje ale unui arbore Merkle fac din acesta o necesitate pentru tehnologia blockchain și chiar pentru platformele cripto. Unele dintre aceste beneficii sunt:

Când vine vorba de transferul, calculul și parcurgerea datelor, întârzierile nu sunt permise. Acesta este motivul pentru care multe blockchain utilizează un arbore Merkle pentru a menține rețeaua liberă de orice fel de întârzieri în timpul transferului de date. Prin reducerea cantității de memorie necesară pentru a dovedi integritatea și validitatea datelor, arborii Merkle devin o parte esențială a blockchain-ului.

În blockchain-ul Bitcoin, care este un P2P distribuit, pot exista inconsecvențe sau chiar falsări ale datelor deoarece aceleași date există pe fiecare computer conectat la rețeaua P2P. În acest caz, arborele Merkle facilitează pentru mineri să identifice orice tip de inconsecvență sau modificarea tranzacțiilor.

Fără utilizarea acestui concept, toate datele vor trebui transferate în întreaga rețea, rezultând o încetinire a rețelei, o eficiență redusă și cheltuieli inutile. Un astfel de scenariu poate fi evitat cu ajutorul arborilor Merkle, care permit verificarea rapidă a datelor cu putere de calcul practică și lățime de bandă.

Gânduri finale

Arborele Merkle sună ca un concept complicat, dar sunt o componentă crucială a tehnologiei blockchain și a criptomonedelor. Fără existența acestui concept, nu ar exista un sistem fără încredere folosit în Bitcoin, Ethereum și minerit.

Întrebări frecvente:

Î1. Arborii Merkle au fost proiectați pentru a realiza ce?
Arborele Merkle a fost conceput ca un proces de verificare a datelor pentru a permite computerelor să funcționeze mai rapid.
Q2. Care este legătura dintre arborele Merkle și Ethereum?
Arborele Merkle este un tip de structură blockchain care se află în spatele nu numai Ethereum, ci și Bitcoin și procesului de cripto mining. Cu toate acestea, Ethereum folosește o versiune modificată a arborelui Merkle, cunoscut în mod obișnuit ca arborele Merkle Patricia.
Q3. Cum să implementați arborele Merkle
Pentru a implementa arbori Merkle, trebuie să începeți cu arbori binari, în care fiecare nod care nu este frunză este hash-ul a două noduri copil. Aceste frunze ar putea conține fie datele, fie hash al datelor.
Î4. Care sunt unele beneficii ale arborelui Merkle?
Fiind o structură ușoară care crește scalabilitatea în cadrul blockchain-ului, arborele Merkle poate scăpa de datele inutile și poate îmbunătăți astfel eficiența. Atât minerii, cât și utilizatorii pot beneficia de arborele Merkle, deoarece verifică părți individuale ale blocurilor, verifică tranzacțiile folosind hashuri și, de asemenea, calculează hashurile în timp ce primesc tranzacții.