Mi az a Merkle-fa a blokkláncban, és hogyan működik?

Legfontosabb elvitel:

• A Merkle fa egy bináris hash fa, amely 3 típusú csomóponttal rendelkezik: levél csomópontok, nem levél csomópontok és gyökér csomópontok.
• A Merkle-fa bármely decentralizált főkönyvben hasznos a tranzakció integritásának ellenőrzéséhez és karbantartásához.
• A Merkle-fa a Bitcoinban és az Ethereumban is látható.

Bevezetés

Cryptocurrencies már nem ismeretlen téma, és nem is az blockchain, az eredetük mögött rejlő technológia. Minden kripto-rajongó számára a blokklánc struktúrák és működésük megértése az első lépés a kriptográfia valódi természetének felismeréséhez.

Míg a különböző blokklánc-struktúrák megértésében a Merkle-fák jönnek be. Merkle fa általánosan használatos a peer-to-peer (P2P) hálózatokban a számítási teljesítmény- és memóriaigény kezelésére. Nem lenne túlzás azt állítani, hogy a Merkle fák hatalmas sikert arattak a blokklánc technológiával. Tehát merüljünk el a Merkle-fa mögötti jelentésben és annak működésében.

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

A Merkle-fa áttekintése

Egyszerűen fogalmazva, a Merkle-fa az adatok célirányos felépítésének módját képviseli. Lehetővé teszi nagy mennyiségű információ gyors és hatékony ellenőrzését a blokkláncon. Amint azt korábban említettük, Ralph Merkle tudtán kívül koncepcióként alkotta meg az „A Certified Digital Signature” című írásában. De senki sem számított arra, hogy a jövőben egy decentralizált főkönyv fő elemévé válik.

A Merkle-fa a kezdetek óta javította a kriptográfia világát. De létfontosságúvá vált a kriptovaluták számára, miután a Bitcoin titokzatos alkotója felhasználta a BTC alapkódjában. Ezt követően az Ethereum és más kriptovaluták is átvették a Merkle fákat.

A Bitcoin hálózat esetében a Merkle fák hatékony komponensek, amelyek a nagy méretű információs fájl helyett hash-eket használnak az adatok ellenőrzésére. A Merkle-fa egyedi leíró terminológiát használ a csomópontok és szintjeik közötti kapcsolatok leírására.

A blokkláncon belül minden egyes blokk számos tranzakciót tartalmaz. Az összes tranzakció tárolása és annak megállapítása, hogy melyik tranzakció melyik blokkhoz tartozik, bosszantóan költséges feladat lehet. Ezenkívül negatívan befolyásolhatja a blokklánc hatékonyságát. A Merkle fákkal azonban minden tranzakció hatékonyan van elrendezve, ami kevesebb adatot használ fel az ellenőrzéshez, és csökkenti a CPU-feldolgozást.

A Merkle-fa működésének megértése a blokkláncban

Íme egy egyszerű példa a fogalom tisztázására: 

Képzeljen el egy olyan adatblokkot, mint amilyen a fent látható, amely 4 tranzakciót tartalmaz: L1, L2, L3 és L4. Ezen tranzakciók tárolásához megvalósíthatjuk a Merkle-fa koncepcióját az egyes tranzakciók hash-jének kiszámításával. Után számításHash L1, Hash L2, Hash L3 és Hash L4.

Az egyes tranzakciók kivonatait a Merkle-fa egy csomópontjában tárolják, amelyet általában levélcsomópontnak neveznek. Munkánk azonban folytatódik, hiszen a levélcsomópontok párosításával nem levélcsomópontokat kell kialakítanunk. A számítás után megkapjuk a Hash 0 és Hash 1 értékeket, amelyeket az L1, L2, L3 és L4 hashek szülőcsomópontjainak vagy nem levél csomópontjainak nevezünk.

Végül az 1-es és a 2-es hash-értékét úgy számítjuk ki, hogy párosítjuk őket, és elérjük a gyökércsomópontot, amely a Merkle-gyök. Ezen a példán keresztül megértjük, hogy a Merkle-fák úgy működnek, hogy a gyermek csomópontokat ismételten kivonatolja, amíg az egyes számú kivonat nem marad a struktúrában.

Így a Merkle-fa pontosan megmondja, hogy egy tranzakció befolyásolta-e a fát, csak a fa gyökerét ellenőrzi. A Merkle gyökér a blokkfejlécben van tárolva, így hamisításbiztossá válik, és növeli a bizalmat és az integritást egy decentralizált főkönyvben. Fontos megjegyezni, hogy a Merkle fák egyirányú hash függvényt használnak, és addig folytatják, amíg ez a hash el nem választja az adatok bizonyítását az adatoktól.

A Merkle fák szükségessége a blokklánchoz

Most, hogy megbeszéltük, mi az a Merkle-fa, és hogyan működik, csak annyit kell tennie, hogy megértsük, miért fontos ez a blokklánc számára. A Merkle-fa számos előnye szükségessé teszi a blokklánc technológiához, sőt a kriptoplatformokhoz is. Néhány ilyen előny:

Az adatok átvitele, számítása és bejárása során a késések nem megengedettek. Ez az oka annak, hogy sok blokklánc használ Merkle-fát, hogy a hálózatot mindenféle késedelemtől mentesen tartsa az adatátvitel során. Az adatok integritásának és érvényességének bizonyításához szükséges memória mennyiségének csökkentésével a Merkle fák a blokklánc elengedhetetlen részévé válnak.

A Bitcoin blokkláncban, amely egy elosztott P2P, előfordulhatnak következetlenségek vagy akár manipulálás is az adatokban, mivel ugyanazok az adatok léteznek minden, a P2P hálózathoz csatlakozó számítógépen. Ebben az esetben a Merkle-fa megkönnyíti a bányászok számára, hogy azonosítsanak mindenféle következetlenséget vagy manipulációt a tranzakciókban.

Ennek a koncepciónak a használata nélkül az összes adatot az egész hálózaton át kell vinni, ami a hálózat lelassulásához, a hatékonyság csökkenéséhez és a szükségtelen költségekhez vezet. Egy ilyen forgatókönyv elkerülhető Merkle fák segítségével, amelyek gyors adatellenőrzést tesznek lehetővé praktikus számítási teljesítménnyel és sávszélességgel.

Záró gondolatok

A Merkle fák bonyolult koncepciónak tűnnek, de a blokklánc technológia és a kriptovaluták kulcsfontosságú összetevői. E koncepció nélkül nem létezne megbízható rendszer a Bitcoinban, az Ethereumban és a bányászatban.

GYIK:

Q1. Mire tervezték a Merkle fákat?
A Merkle-fát az adatok ellenőrzésének folyamataként tervezték, hogy a számítógépek gyorsabban működhessenek.
Q2. Mi a kapcsolat a Merkle-fa és az Ethereum között?
A Merkle fa egyfajta blokklánc-struktúra, amely nemcsak az Ethereum, hanem a Bitcoin és a kriptobányászat folyamata mögött is. Az Ethereum azonban a Merkle fa módosított változatát használja, közismert nevén Merkle Patricia fát.
Q3. Hogyan valósítsuk meg a Merkle-fát
A Merkle-fák megvalósításához bináris fákkal kell kezdeni, amelyekben minden nem levél csomópont két gyermek csomópont hash-e. Ezek a levelek tartalmazhatják az adatokat vagy a az adatok hash-je.
Q4. Milyen előnyei vannak a Merkle-fának?
Könnyű szerkezet, amely növeli a skálázhatóságot a blokkláncon belül, így a Merkle-fa megszabadulhat a felesleges adatoktól, és ezáltal javíthatja a hatékonyságot. Mind a bányászok, mind a felhasználók profitálhatnak a Merkle-fából, mivel ellenőrzi a blokkok egyes részeit, ellenőrzi a tranzakciókat hash-ek segítségével, és kivonatokat is számít, miközben fogadják a tranzakciókat.