Co je to Merkle strom v blockchainu a jak funguje?

Klíčové cesty s sebou:

• Projekt Merkle strom je typ binárního hash stromu, který má 3 typy uzlů: listové uzly, nelistové uzly a kořenové uzly.
• Strom Merkle je užitečný pro ověřování a udržování integrity transakcí v jakékoli decentralizované účetní knize.
• Strom Merkle je vidět v bitcoinu, stejně jako v Ethereu.

Úvod

Cryptocurrencies již nejsou neznámým tématem a ani nejsou blockchain, technologie stojící za jejich vznikem. Pro každého nadšence do kryptoměn je pochopení blockchainových struktur a jejich fungování prvním krokem k pochopení skutečné podstaty kryptoměn.

Zatímco pochopení různých blockchainových struktur je místo, kde přichází na řadu Merkle stromy. Jako koncept byl vyvinut Ralphem Merklem ze Stanfordské univerzity v roce 1980. Merkle strom se běžně používá v sítích peer-to-peer (P2P) pro řešení požadavků na výpočetní výkon a paměťový prostor. Nebylo by přehnané říci, že stromy Merkle přinesly blockchainové technologii obrovský úspěch. Pojďme se tedy ponořit do významu stromu Merkle a jeho fungování.

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

Přehled stromu Merkle

Jednoduše řečeno, strom Merkle představuje způsob, jakým jsou data účelně strukturována. Umožňuje rychlé a efektivní ověření rozsáhlého množství informací na blockchainu. Jak již bylo zmíněno dříve, Ralph Merkle jej nevědomky vytvořil jako koncept v dokumentu nazvaném „Certified Digital Signature“. Nikdo však nečekal, že se v budoucnu stane hlavní součástí decentralizované účetní knihy.

Strom Merkle od svého vzniku zlepšil svět kryptografie. Pro kryptoměny se však stal životně důležitým poté, co jej tajemný tvůrce bitcoinu použil v základním kódu BTC. Poté Ethereum a další kryptoměny také přijaly stromy Merkle.

V případě bitcoinové sítě jsou stromy Merkle účinnou složkou, která pro ověřování dat používá hashe namísto velkého informačního souboru. Merkle strom používá jedinečnou popisnou terminologii k popisu vztahů mezi uzly a jejich úrovněmi.

Každý jednotlivý blok v rámci blockchainu obsahuje množství transakcí. Uložení všech těchto transakcí a zjištění, které konkrétní transakce patří ke kterému bloku, může být frustrující drahé úkoly. Navíc to může negativně ovlivnit efektivitu blockchainu. Se stromy Merkle jsou však všechny transakce efektivně uspořádány, což má za následek použití menšího množství dat pro ověřování a snížení procesorového zpracování.

Pochopení toho, jak Merkle strom funguje v blockchainu

Zde je jednoduchý příklad pro objasnění tohoto konceptu: 

Představte si datový blok, jako je ten na obrázku výše, který má 4 transakce: L1, L2, L3 a L4. Abychom tyto transakce uložili, můžeme implementovat koncept Merkleho stromu výpočtem hash každé transakce. Po výpočet, obdržíme Hash L1, Hash L2, Hash L3 a Hash L4.

Tyto hashe každé transakce jsou uloženy v uzlu, obvykle nazývaném listový uzel, stromu Merkle. Ale naše práce pokračuje, protože musíme vytvořit nelistové uzly párováním listových uzlů. Po výpočtu dostaneme hash 0 a hash 1, které se nazývají rodičovské uzly nebo nelistové uzly hashů L1, L2, L3 a L4.

Nakonec je hash Hash 1 a Hash 2 vypočítán jejich spárováním a dostáváme se ke kořenovému uzlu, což je Merkleův kořen. Prostřednictvím tohoto příkladu jsme pochopili, že stromy Merkle fungují tak, že opakovaně hashují podřízené uzly, dokud ve struktuře nezůstane singulární hash.

Tímto způsobem vám strom Merkle přesně řekne, zda transakce ovlivnila strom tím, že zkontroluje pouze kořen stromu. Kořen Merkle je uložen v hlavičce bloku, takže je odolný proti neoprávněné manipulaci a zvyšuje důvěru a integritu v rámci decentralizované účetní knihy. Je důležité poznamenat, že stromy Merkle používají jednosměrnou hašovací funkci a pokračovaly by, dokud toto hašování neoddělí důkaz dat od dat.

Nezbytnost Merkle stromů pro blockchain

Nyní, když jsme diskutovali o tom, co je Merkle strom a jak funguje, zbývá už jen pochopit, proč je pro blockchain důležitý. Díky mnoha výhodám stromu Merkle je nezbytností pro technologii blockchain a dokonce i pro kryptoplatformy. Některé z těchto výhod jsou:

Pokud jde o přenos, výpočet a procházení dat, zpoždění nejsou povolena. To je důvod, proč mnoho blockchainů využívá Merkle strom, aby síť udržela bez jakýchkoliv zpoždění při přenosu dat. Snížením množství paměti potřebné k prokázání integrity a platnosti dat se stromy Merkle stávají nezbytnou součástí blockchainu.

V bitcoinovém blockchainu, který je distribuovaným P2P, může docházet k nesrovnalostem nebo dokonce k manipulaci s daty, protože stejná data existují na každém počítači připojeném k P2P síti. V tomto případě strom Merkle usnadňuje těžařům identifikovat jakýkoli druh nekonzistence nebo manipulace s transakcemi.

Bez použití tohoto konceptu bude nutné všechna data přenášet po celé síti, což povede ke zpomalení sítě, snížení efektivity a zbytečným výdajům. Takovému scénáři se lze vyhnout pomocí stromů Merkle, které umožňují rychlé ověření dat s praktickým výpočetním výkonem a šířkou pásma.

Závěrečné úvahy

Merkle stromy zní jako komplikovaný koncept, ale jsou zásadní složkou blockchainové technologie a kryptoměn. Bez existence tohoto konceptu by neexistoval žádný důvěryhodný systém používaný v bitcoinech, ethereu a těžbě.

Nejčastější dotazy:

Q1. Stromy Merkle byly navrženy k dosažení čeho?
Strom Merkle byl navržen jako proces pro ověřování dat, aby počítače mohly pracovat rychleji.
Q2. Jaké je spojení mezi stromem Merkle a Ethereem?
Merkle tree je typem blockchainové struktury, která stojí nejen za Ethereem, ale také za Bitcoinem a procesem těžby kryptoměn. Ethereum však používá upravenou verzi stromu Merkle, běžně známého jako strom Merkle Patricia.
Q3. Jak implementovat strom Merkle
Pro implementaci Merkleových stromů je třeba začít s binárními stromy, ve kterých každý nelistový uzel je hash dvou podřízených uzlů. Tyto listy mohou obsahovat data nebo hash dat.
Q4. Jaké jsou některé výhody stromu Merkle?
Jako lehká struktura, která zvyšuje škálovatelnost v rámci blockchainu, se strom Merkle může zbavit zbytečných dat a zlepšit tak efektivitu. Ze stromu Merkle mohou těžit jak těžaři, tak uživatelé, protože ověřuje jednotlivé části bloků, kontroluje transakce pomocí hashů a také vypočítává hashe při příjmu transakcí.