Што такое дрэва Меркла ў блокчейне і як яно працуе?

Ключавыя вынасы:

• ,en Меркла дрэва гэта тып бінарнага хэш-дрэва, які мае 3 тыпы вузлоў: ліставыя вузлы, неліставыя вузлы і каранёвыя вузлы.
• Дрэва Merkle карысна для праверкі і падтрымання цэласнасці транзакцый у любой дэцэнтралізаванай кнізе.
• Дрэва Merkle можна ўбачыць у Bitcoin, а таксама ў Ethereum.

Увядзенне

Cryptocurrencies больш не з'яўляюцца невядомым прадметам, і таксама blockchain, тэхналогія іх паходжання. Для любога крыпта-энтузіяста разуменне структур блокчейна і таго, як яны функцыянуюць, з'яўляецца першым крокам да ўсведамлення сапраўднай прыроды крыпта.

У той час як разуменне розных блокчейн-структур - вось дзе прыходзяць дрэвы Меркла. Канцэпцыя, распрацаваная ў 1980 годзе Ральфам Мерклам са Стэнфардскага універсітэта, Меркла дрэва звычайна выкарыстоўваецца ў аднарангавых сетках (P2P) для задавальнення патрабаванняў да вылічальнай магутнасці і памяці. Не будзе перабольшаннем сказаць, што дрэвы Merkle зрабілі тэхналогію блокчейн велізарным поспехам. Такім чынам, давайце паглыбімся ў значэнне дрэва Merkle і як яно працуе.

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

Агляд дрэва Merkle

Прасцей кажучы, дрэва Merkle прадстаўляе мэтанакіраваную структуру даных. Гэта дазваляе хутка і эфектыўна правяраць вялікую колькасць інфармацыі ў блокчейне. Як згадвалася раней, Ральф Меркл па няведанні стварыў гэта як канцэпцыю ў артыкуле пад назвай «Сертыфікаваны лічбавы подпіс». Але ніхто не чакаў, што ў будучыні гэта стане асноўным кампанентам дэцэнтралізаванай кнігі.

Дрэва Merkle палепшыла свет крыптаграфіі з моманту яго стварэння. Але гэта стала жыццёва важным для крыптавалют пасля таго, як таямнічы стваральнік біткойна выкарыстаў яго ў асноватворным кодзе BTC. Пасля гэтага Ethereum і іншыя крыптавалюты таксама прынялі дрэвы Merkle.

У выпадку сеткі Bitcoin дрэвы Merkle з'яўляюцца эфектыўным кампанентам, які выкарыстоўвае хэшы замест інфармацыйнага файла вялікага памеру для праверкі дадзеных. Дрэва Merkle выкарыстоўвае унікальную апісальную тэрміналогію для апісання адносін паміж вузламі і іх узроўнямі.

Кожны блок у блокчейне змяшчае шэраг транзакцый. Захоўванне ўсіх гэтых транзакцый і высвятленне таго, якія менавіта транзакцыі належаць да якога блока, можа быць вельмі дарагімі задачамі. Акрамя таго, гэта можа негатыўна паўплываць на эфектыўнасць блокчейна. Аднак з дапамогай дрэў Merkle усе транзакцыі эфектыўна арганізуюцца, што прыводзіць да выкарыстання меншай колькасці даных для праверкі і памяншэння апрацоўкі ЦП.

Разуменне таго, як дрэва Merkle працуе ў блокчейне

Вось просты прыклад, каб растлумачыць гэтую канцэпцыю: 

Уявіце сабе блок дадзеных, падобны на паказаны вышэй, які мае 4 транзакцыі: L1, L2, L3 і L4. Каб захоўваць гэтыя транзакцыі, мы можам рэалізаваць канцэпцыю дрэва Меркла, вылічыўшы хэш кожнай транзакцыі. Пасля вылічэнне, мы атрымліваем хэш L1, хэш L2, хэш L3 і хэш L4.

Гэтыя хэшы кожнай транзакцыі захоўваюцца ў вузле, які звычайна называюць ліставым вузлом, дрэва Меркла. Але наша праца працягваецца, таму што мы павінны сфармаваць неліставыя вузлы шляхам спарвання ліставых вузлоў. Пасля вылічэнняў мы атрымліваем хэш 0 і хэш 1, якія называюцца бацькоўскімі вузламі або неканцовымі вузламі хэшаў L1, L2, L3 і L4.

Нарэшце, хэш хэша 1 і хэша 2 вылічваецца шляхам іх спалучэння, і мы дасягаем каранёвага вузла, які з'яўляецца коранем Меркла. З дапамогай гэтага прыкладу мы разумеем, што дрэвы Merkle працуюць шляхам хэшавання даччыных вузлоў неаднаразова, пакуль у структуры не застанецца адзіны хэш.

Такім чынам, дрэва Merkle паведамляе вам, ці паўплывала транзакцыя на дрэва, правяраючы толькі корань дрэва. Корань Merkle захоўваецца ў загалоўку блока, што робіць яго абароненым ад падробкі і павышае давер і цэласнасць у дэцэнтралізаванай кнізе. Важна адзначыць, што дрэвы Merkle выкарыстоўваюць аднабаковую хэш-функцыю і будуць працягвацца да таго часу, пакуль гэта хэшаванне не аддзяліць доказ даных ад даных.

Неабходнасць дрэў Merkle для blockchain

Цяпер, калі мы абмеркавалі, што такое дрэва Merkle і як яно працуе, засталося толькі зразумець, чаму яно важна для блокчейна. Шматлікія перавагі дрэва Merkle робяць яго неабходным для тэхналогіі блокчэйн і нават крыптаплатформаў. Некаторыя з гэтых пераваг:

Калі справа даходзіць да перадачы, вылічэння і праходжання даных, затрымкі недапушчальныя. Вось чаму многія блокчэйны выкарыстоўваюць дрэва Merkle, каб у сетцы не было ніякіх затрымак пры перадачы даных. Дзякуючы памяншэнню аб'ёму памяці, неабходнага для пацверджання цэласнасці і сапраўднасці даных, дрэвы Merkle становяцца важнай часткай блокчейна.

У біткойн-блокчейне, які з'яўляецца размеркаваным P2P, могуць узнікнуць неадпаведнасці або нават фальсіфікацыі дадзеных, таму што адны і тыя ж дадзеныя існуюць на кожным кампутары, падлучаным да сеткі P2P. У гэтым выпадку дрэва Merkle дазваляе майнерам лёгка ідэнтыфікаваць любыя неадпаведнасці або фальсіфікацыі транзакцый.

Без выкарыстання гэтай канцэпцыі ўсе даныя павінны быць перададзены па ўсёй сетцы, што прывядзе да запаволення сеткі, зніжэння эфектыўнасці і непатрэбных выдаткаў. Такога сцэнарыя можна пазбегнуць з дапамогай дрэў Merkle, якія дазваляюць хутка праверыць дадзеныя з практычнай вылічальнай магутнасцю і прапускной здольнасцю.

Заключныя думкі

Дрэвы Merkle гучаць як складаная канцэпцыя, але яны з'яўляюцца найважнейшым кампанентам тэхналогіі блокчейн і крыптавалют. Без існавання гэтай канцэпцыі не было б сістэмы без даверу, якая выкарыстоўваецца ў Bitcoin, Ethereum і майнинге.

Пытанні і адказы:

Q1. Для чаго былі распрацаваны дрэвы Merkle?
Дрэва Merkle было распрацавана як працэс праверкі даных, які дазваляе кампутарам працаваць хутчэй.
Q2. Якая сувязь паміж дрэвам Merkle і Ethereum?
Дрэва Merkle - гэта тып блокчейн-структуры, які стаіць не толькі за Ethereum, але і за Bitcoin і працэсам здабычы крыпты. Аднак Ethereum выкарыстоўвае мадыфікаваную версію дрэва Merkle, шырока вядомага як дрэва Merkle Patricia.
Q3. Як рэалізаваць дрэва Merkle
Каб рэалізаваць дрэвы Merkle, трэба пачаць з бінарных дрэў, у якіх кожны неліставы вузел з'яўляецца хэшам двух даччыных вузлоў. Гэтыя лісце могуць утрымліваць дадзеныя або хэш дадзеных.
Q4. Якія перавагі дрэва Меркле?
Будучы лёгкай структурай, якая павялічвае маштабаванасць у блокчейне, дрэва Merkle можа пазбавіцца ад непатрэбных даных і, такім чынам, павысіць эфектыўнасць. Як майнеры, так і карыстальнікі могуць атрымаць выгаду з дрэва Merkle, паколькі яно правярае асобныя часткі блокаў, правярае транзакцыі з дапамогай хэшаў, а таксама вылічвае хэшы падчас атрымання транзакцый.