Blockchain și criptomonedele reprezintă un peisaj vast și complex. În această mașină intră multe roți dințate, inclusiv ceva cunoscut sub numele de arbore Merkle. Arborii Merkle joacă un rol cheie în funcționalitatea blockchain, dar ce face exact? Cum funcționează un arbore Merkle și de ce este atât de important în tehnologia blockchain?
Cum funcționează un blockchain?
Înainte de a intra în dinamica arborelui Merkle, este important să înțelegeți cum funcționează blockchain-urile.
În cei mai simpli termeni, un blockchain este un lanț virtual de blocuri, fiecare conținând propriul set de date. Fiecare bloc folosește criptografie, în special hashing, pentru a securiza datele și a le ține departe de mâinile actorilor rău intenționați.
Blockchain-urile sunt cel mai frecvent utilizate în industria criptomonedei, unde fiecare tranzacție efectuată cu un anumit activ este înregistrată în blockchain-ul său nativ. În plus, fiecare tranzacție este înregistrată cronologic și vizibilă pentru întregul blockchain (vizualizată folosind instrumente precum un explorator blockchain).
Tranzacțiile pe un blockchain nu pot fi modificate sau șterse. În schimb, folosind a proces numit hashing, datele sunt codificate prin algoritmi matematici. Acești algoritmi pot converti orice lungime de caractere într-o lungime fixă, codificată.
Când se înregistrează tranzacții pe un blockchain, arborii Merkle joacă un rol crucial. Dar cum funcționează un arbore Merkle?
Ce este un arbore Merkle?
Numele „Arborele Merkle” are două origini. „Merkle” se referă la Ralph Merkle, un informatician și matematician american care a contribuit masiv la criptografia cu cheie publică. Merkle a propus inițial arbori hash binari în 1987 într-o lucrare intitulată „A Digital Signature Based on a Funcție convențională de criptare.” Merkle a inventat și hashingul criptografic, care este folosit în Merkle copac.
A doua parte a „Merkle tree” provine din structura sa. Un arbore Merkle (sau un arbore hash binar) este o structură de date care arată oarecum ca un arbore. Arborii Merkle conțin „ramuri” și „frunze”, fiecare „frunză” sau „ramură” conținând hash-ul unui bloc de date.
Pe scurt, un arbore Merkle simplifică procesul de stocare a hash-urilor tranzacționale pe un blockchain. Grupează toate tranzacțiile într-un singur bloc și le codifică eficient pentru o stocare mai sigură și mai rapidă sub forma unui singur hash. Folosind un arbore Merkle, validitatea datelor poate fi evaluată rapid printr-un hash final. Acest lucru simplifică procesul de stocare a datelor, dar menține și integritatea securității.
De asemenea, arborii Merkle nu necesită multe resurse de calcul. De fapt, ei reduc spațiul de stocare necesar pentru date prin compilarea mai multor hashe-uri de tranzacție într-unul singur. Utilizarea resurselor a fost de mult timp un punct de disputa în industria cripto, deoarece rețelele blockchain pot reprezenta o scurgere enormă a spațiului de stocare și a puterii. Deci, utilizarea arborilor Merkle ajută la atenuarea acestei probleme. Stocarea de date în lanț poate fi, de asemenea, costisitoare, așa că utilizarea arborilor Merkle pentru a reduce cantitatea de date poate ajuta platformele blockchain să economisească bani.
Mai mult, procesul de arbore Merkle nu durează foarte mult, ceea ce este o veste bună în ceea ce privește eficiența. La urma urmei, multe blockchain-uri au fost programate pentru perioade lungi de tranzacție (inclusiv Bitcoin), deci orice proces care poate ajuta cu această problemă este un plus.
Arborii Merkle sunt folosiți în multe domenii ale calculului (în special criptografie și criptare), dar sunt adesea cunoscuți pentru prezența lor în blockchain-urile criptomonede. Bitcoin, Ethereum, Dogecoin și toate celelalte criptomonede folosesc arborele Merkle, deci este, fără îndoială, un element important.
Deci, cum funcționează?
Cum funcționează un arbore Merkle?
Mai jos este o diagramă a modului în care funcționează un arbore Merkle. Rețineți că, în realitate, ar exista mult mai multe tranzacții și hashuri pe arbore, dar această imagine simplifică procesul, astfel încât să vă puteți face o idee despre pașii implicați.
Privind această diagramă a arborelui Merkle, lucrurile par puțin complexe. Dar procesul de hashing a arborelui Merkle este destul de simplu atunci când este defalcat.
Există câțiva pași care merg în procesul arborelui Merkle. Hașurile din partea de jos a copacului Merkle sunt cunoscute sub numele de frunze, în timp ce hașurile din mijlocul copacului sunt cunoscute ca ramuri. Ramurile sunt uneori denumite și noduri non-frunze. În partea de jos a diagramei, aveți blocurile de date (sau tranzacțiile) din care va apărea hash-ul.
Tranzacțiile inițiale de la fiecare nod sunt indexate în perechi, cu un hash rămas ca rezultat. Apoi, pereche după pereche este hașată în mod repetat într-una până când apare un singur hash, unde procesul se termină. Dacă se întâmplă să existe un număr impar de tranzacții într-un bloc, o tranzacție va fi duplicată, astfel încât să poată fi asociată cu originalul pentru hashing.
Deși hash-ul final apare în partea de sus a diagramei de mai sus, este cunoscut ca „rădăcina” arborelui (hash-ul rădăcină). Rădăcina este în esență hash-ul culminant al tuturor hash-urilor individuale ale tranzacțiilor stocate în bloc. Este necesar un arbore Merkle per bloc, ceea ce înseamnă că fiecare bloc are un câmp de date Merkle Root.
Dacă ați căutat vreodată în profunzime blockchain-uri, este posibil să fi auzit de Merkle Root sau Merkle Hash. Într-un bloc există ceva cunoscut sub numele de hashMerkleRoot. Aceste date (hash-ul final de la sfârșitul arborelui) sunt păstrate în antetul blocului unui anumit bloc. A blockchain block deține și alte date, cum ar fi marcajul temporal, numărul versiunii materialului și „nonce” (numărul folosit o singură dată).
Blockchain-urile pot funcționa fără Merkle Trees?
Deși arborii Merkle nu sunt absolut necesari pentru ca un blockchain să existe, ei joacă un rol incredibil de important în securizarea datelor.
Fără arbori Merkle, blockchains-urile criptomonede necesită mai multe resurse și timp pentru a efectua procese cheie. În primul rând, fiecare nod din rețea ar trebui să păstreze propria copie a fiecărei tranzacții efectuate pe blockchain. Pe blockchain-uri mai mari, sute de mii de tranzacții pot avea loc în doar una zi, așa că adăugarea unui astfel de volum de date la copia fiecărui nod ar consuma, fără îndoială, o mulțime de resurse.
În plus, arborii Merkle joacă un rol important în verificarea datelor. Prin intermediul hash-ului rădăcină unică de la sfârșitul arborelui, validatorii și minerii pot verifica dacă blocul, în ansamblu, este valid pentru a fi adăugat în blockchain. Posibilitatea de a autentifica datele fără a verifica fiecare tranzacție este un plus, economisind timp și spațiu de stocare.
Arborele Merkle sunt cheie în funcționalitatea Blockchain
Nu se poate nega faptul că arborii Merkle oferă securitate și eficiență blockchains fără a ocupa mult spațiu. Acest proces criptografic ingenios permite blockchain-urilor să funcționeze fără probleme, fără a fi nevoie de utilizarea excesivă a resurselor. Arborii Merkle nu sunt esențiali, dar sunt extrem de benefici când vine vorba de timp, spațiu de stocare și autentificare a datelor.