Blockchain a kryptoměny jsou rozsáhlé a složité prostředí. Do tohoto stroje jde mnoho zubů, včetně něčeho známého jako Merkle strom. Stromy Merkle hrají klíčovou roli ve funkčnosti blockchainu, ale co přesně dělá? Jak funguje strom Merkle a proč je v blockchainové technologii tak důležitý?
Jak funguje blockchain?
Než se dostaneme do dynamiky stromu Merkle, je důležité porozumět jak fungují blockchainy.
Zjednodušeně řečeno, blockchain je virtuální řetězec bloků, z nichž každý obsahuje vlastní sadu dat. Každý blok používá kryptografii, konkrétně hašování, k zabezpečení dat a k tomu, aby se nedostala do rukou zlomyslných aktérů.
Blockchainy se nejčastěji používají v kryptoměnovém průmyslu, kde každá transakce provedená s daným aktivem je zaznamenána na jeho nativním blockchainu. Kromě toho je každá transakce zaznamenána chronologicky a viditelná pro celý blockchain (lze zobrazit pomocí nástroje jako blockchain explorer).
Transakce na blockchainu nelze měnit ani mazat. Místo toho pomocí a proces zvaný hashování
jsou data kódována pomocí matematických algoritmů. Tyto algoritmy mohou převést libovolnou délku znaků na pevnou, kódovanou délku.Při zaznamenávání transakcí na blockchainu hrají stromy Merkle zásadní roli. Jak ale strom Merkle funguje?
Co je strom Merkle?
Jméno "Merkle tree" má dva původy. „Merkle“ odkazuje na Ralpha Merkla, amerického počítačového vědce a matematika, který se masivně podílel na kryptografii s veřejným klíčem. Merkle původně navrhl binární hashovací stromy v roce 1987 v článku nazvaném „Digitální podpis založený na Konvenční šifrovací funkce." Merkle také vynalezl kryptografické hashování, které se používá v Merkle strom.
Druhá část "Merkle tree" vychází z jeho struktury. Merkle strom (nebo binární hash strom) je datová struktura, která vypadá trochu jako strom. Stromy Merkle obsahují „větve“ a „listy“, přičemž každý „list“ nebo „větev“ obsahuje hash datového bloku.
Stručně řečeno, strom Merkle zjednodušuje proces ukládání transakčních hashů na blockchainu. Seskupuje všechny transakce do jednoho bloku a efektivně je zakóduje pro bezpečnější a rychlejší uložení ve formě jednoho hashe. Pomocí Merkleho stromu lze rychle posoudit platnost dat pomocí jednoho konečného hashování. To zjednodušuje proces ukládání dat, ale také zachovává integritu zabezpečení.
Stromy Merkle také nevyžadují mnoho výpočetních zdrojů. Ve skutečnosti zmenšují úložný prostor potřebný pro data tím, že zkompilují více transakčních hashů do jediného. Využívání zdrojů je v kryptoprůmyslu již dávno předmětem sporu, protože blockchainové sítě mohou představovat obrovské množství úložného prostoru a energie. Použití stromů Merkle tedy pomáhá tento problém zmírnit. Ukládání dat v řetězci může být také drahé, takže používání stromů Merkle ke snížení množství dat může blockchainovým platformám pomoci ušetřit peníze.
Proces Merkle tree navíc netrvá příliš dlouho, což je dobrá zpráva ohledně efektivity. Koneckonců, mnoho blockchainů bylo navrženo pro svou dlouhou dobu transakcí (včetně bitcoinu), takže každý proces, který může pomoci s tímto problémem, je plus.
Stromy Merkle se používají v mnoha oblastech výpočetní techniky (zejména kryptografie a šifrování), ale jsou často známé svou přítomností v blockchainech kryptoměn. Bitcoin, Ethereum, Dogecoin a všechny ostatní kryptoměny používají strom Merkle, takže je to nepochybně důležitý prvek.
Jak to tedy funguje?
Jak funguje strom Merkle?
Níže je schéma toho, jak strom Merkle funguje. Všimněte si, že ve skutečnosti by na strom bylo mnohem více transakcí a hashů, ale tento obrázek zjednodušuje proces, takže si můžete udělat představu o příslušných krocích.
Když se podíváte na tento stromový diagram Merkle, věci vypadají trochu složitě. Ale proces hashování stromu Merkle je poměrně jednoduchý, když se rozebere.
Existuje několik kroků, které jdou do procesu Merkle tree. Hashe ve spodní části stromu Merkle jsou známé jako listy, zatímco hashe uprostřed stromu jsou známé jako větve. Větve se také někdy označují jako nelistové uzly. Úplně dole v diagramu máte datové bloky (nebo transakce), ze kterých se hash objeví.
Počáteční transakce z každého uzlu jsou hašovány v párech, přičemž jako výsledek zbývá jeden hash. Poté se pár po páru opakovaně hašuje do jednoho, dokud se neobjeví jediný hash, kde proces končí. Pokud se v rámci bloku vyskytne lichý počet transakcí, bude jedna transakce duplikována, aby ji bylo možné spárovat s originálem pro hashování.
Ačkoli se konečný hash objevuje v horní části výše uvedeného diagramu, je známý jako „kořen“ stromu (kořenový hash). Kořen je v podstatě kulminační hash všech jednotlivých hashů transakcí uložených v bloku. Na blok je vyžadován jeden strom Merkle, což znamená, že každý blok má jedno datové pole Merkle Root.
Pokud jste se někdy zabývali blockchainy do hloubky, možná jste slyšeli o Merkle Root nebo Merkle Hash. V rámci bloku existuje něco známého jako hashMerkleRoot. Tato data (konečný hash na konci stromu) jsou uchovávána v hlavičce bloku daného bloku. A blockchain block uchovává i další data, jako je časové razítko, číslo verze díla a „nonce“ (číslo použité pouze jednou).
Mohou blockchainy fungovat bez Merkle Trees?
Zatímco stromy Merkle nejsou pro existenci blockchainu absolutně nutné, hrají neuvěřitelně důležitou roli v zabezpečení dat.
Bez stromů Merkle vyžadují blockchainy kryptoměn více zdrojů a času na provádění klíčových procesů. Za prvé, každý uzel v síti by si musel ponechat svou vlastní kopii každé transakce provedené na blockchainu. Na větších blockchainech mohou proběhnout stovky tisíc transakcí v prostoru jediné den, takže přidání takového objemu dat do kopie každého uzlu by nepochybně spotřebovalo hodně zdroje.
A co víc, stromy Merkle hrají velkou roli při ověřování dat. Prostřednictvím jediného kořenového hashe na konci stromu mohou validátoři a těžaři ověřit, zda je blok jako celek platný pro přidání do blockchainu. Výhodou je možnost ověřovat data bez prosévání každé jednotlivé transakce, což šetří čas a úložný prostor.
Stromy Merkle jsou klíčem k funkčnosti blockchainu
Nelze popřít, že stromy Merkle nabízejí bezpečnost a efektivitu blockchainů, aniž by zabíraly mnoho místa. Tento šikovný kryptografický proces umožňuje blockchainům bezproblémově fungovat bez nutnosti nadměrného využívání zdrojů. Merkle stromy nejsou zásadní, ale jsou velmi přínosné, pokud jde o čas, úložný prostor a autentizaci dat.