Hvad er et Merkle-træ i Blockchain, og hvordan virker det?

Nøgleaftagelser:

• Merkle træ er en type binært hash-træ, der har 3 typer noder: bladknuder, ikke-bladknuder og rodknuder.
• Et Merkle-træ er nyttigt til verifikation og vedligeholdelse af transaktionsintegritet i enhver decentraliseret hovedbog.
• Merkle-træet ses i Bitcoin såvel som Ethereum.

Introduktion

Cryptocurrencies er ikke længere et ukendt emne, og det er det heller ikke blockchain, teknologien bag deres oprindelse. For enhver krypto-entusiast er forståelsen af ​​blockchain-strukturer og hvordan de fungerer det første skridt til at realisere kryptoernes sande natur.

Mens forståelse af forskellige blockchain-strukturer er, hvor Merkle træer kommer ind. Udviklet som et koncept tilbage i 1980 af Stanford Universitys Ralph Merkle, Merkle træ bruges almindeligvis i peer-to-peer (P2P) netværk til at håndtere krav til computerkraft og hukommelsesplads. Det ville ikke være en overdrivelse at sige, at Merkle-træer gjorde blockchain-teknologi til en kæmpe succes. Så lad os dykke ned i betydningen bag Merkle-træet, og hvordan det virker.

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

En oversigt over Merkle-træet

Kort sagt repræsenterer et Merkle-træ den måde, data er struktureret målrettet på. Det giver mulighed for hurtig og effektiv verifikation af en omfattende mængde information på en blockchain. Som nævnt tidligere skabte Ralph Merkle det ubevidst som et koncept i et papir med titlen "A Certified Digital Signature." Men ingen forventede, at det ville blive en vigtig del af en decentraliseret hovedbog i fremtiden.

Merkle-træet har forbedret kryptografiens verden siden starten. Men det blev afgørende for kryptovalutaer, efter at Bitcoins mystiske skaber brugte det i BTC's grundlæggende kode. Derefter adopterede Ethereum og andre kryptovalutaer også Merkle-træer.

I tilfælde af Bitcoin-netværket er Merkle-træer en effektiv komponent, der bruger hash i stedet for den store informationsfil til verificering af data. Et Merkle-træ anvender unik beskrivende terminologi til at beskrive forholdet mellem noder og deres niveauer.

Hver enkelt blok i blockchainen indeholder en række transaktioner. Det kan være frustrerende dyre opgaver at gemme alle disse transaktioner og finde ud af, hvilke særlige transaktioner der hører til hvilken blok. Derudover kan det påvirke effektiviteten af ​​en blockchain negativt. Men med Merkle-træer er alle transaktioner effektivt arrangeret, hvilket resulterer i brugen af ​​færre data til verifikation og reduceret CPU-behandling.

Forstå, hvordan et Merkle-træ fungerer i en blockchain

Her er et simpelt eksempel for at tydeliggøre dette koncept: 

Forestil dig en datablok som den, der er vist ovenfor, der har 4 transaktioner: L1, L2, L3 og L4. For at gemme disse transaktioner kan vi implementere konceptet med et Merkle-træ ved at beregne hashen for hver transaktion. Efter beregning, modtager vi Hash L1, Hash L2, Hash L3 og Hash L4.

Disse hashes for hver transaktion er gemt i en knude, normalt kaldet en bladknude, i Merkle-træet. Men vores arbejde fortsætter, da vi skal danne non-blad noder ved at parre blad noder. Efter beregning får vi Hash 0 og Hash 1, som kaldes forældrenoder eller ikke-bladknuder af hasherne af L1, L2, L3 og L4.

Til sidst beregnes hashen af ​​Hash 1 og Hash 2 ved at parre dem sammen, og vi når rodknuden, som er Merkle-roden. Gennem dette eksempel forstår vi, at Merkle-træer fungerer ved at hash underordnede noder gentagne gange, indtil en enkelt hash forbliver i strukturen.

På denne måde fortæller Merkle-træet dig præcist, om en transaktion har påvirket træet ved kun at kontrollere træets rod. Merkle-roden er gemt i blokhovedet, hvilket gør det manipulationssikkert og forbedrer tillid og integritet i en decentraliseret hovedbog. Det er vigtigt at bemærke, at Merkle-træer bruger en envejs-hash-funktion og ville fortsætte, indtil denne hashing adskilte beviset for data fra dataene.

Nødvendigheden af ​​Merkle træer til blockchain

Nu hvor vi har diskuteret, hvad et Merkle-træ er, og hvordan det virker, er det eneste, der er tilbage at gøre, at forstå, hvorfor det er vigtigt for blockchain. De mange fordele ved et Merkle-træ gør det til en nødvendighed for blockchain-teknologi og endda kryptoplatforme. Nogle af disse fordele er:

Når det kommer til at overføre, beregne og krydse data, er forsinkelser ikke tilladt. Dette er grunden til, at mange blockchain bruger et Merkle-træ til at holde netværket fri for enhver form for forsinkelser under overførsel af data. Ved at reducere mængden af ​​hukommelse, der kræves for at bevise integriteten og gyldigheden af ​​data, bliver Merkle-træer en væsentlig del af blockchain.

I Bitcoin blockchain, som er en distribueret P2P, kan der være uoverensstemmelser eller endda manipulation af data, fordi de samme data findes på hver computer, der er tilsluttet P2P-netværket. I dette tilfælde gør Merkle-træet det nemt for minearbejdere at identificere enhver form for inkonsekvens eller manipulation med transaktioner.

Uden brugen af ​​dette koncept skal alle data overføres over hele netværket, hvilket resulterer i en netværksnedgang, reduceret effektivitet og unødvendige udgifter. Et sådant scenario kan undgås ved hjælp af Merkle-træer, som tillader hurtig dataverifikation med praktisk beregningskraft og båndbredde.

Afsluttende tanker

Merkle-træer lyder som et kompliceret koncept, men de er en afgørende komponent i blockchain-teknologi og kryptovalutaer. Uden eksistensen af ​​dette koncept ville der ikke være noget tillidsløst system brugt i Bitcoin, Ethereum og minedrift.

Ofte stillede spørgsmål:

Q1. Hvad er Merkle-træer designet til at opnå?
Merkle-træet blev designet som en proces til at verificere data for at tillade computere at arbejde hurtigere.
Q2. Hvad er forbindelsen mellem Merkle-træet og Ethereum?
Merkle tree er en type blockchain-struktur, der står bag ikke kun Ethereum, men også Bitcoin og processen med kryptomining. Ethereum bruger dog en modificeret version af Merkle-træet, almindeligvis kendt som Merkle Patricia-træet.
Q3. Sådan implementeres Merkle-træet
For at implementere Merkle-træer skal man starte med binære træer, hvor hver ikke-bladknude er hashen af ​​to underknuder. Disse blade kunne enten indeholde dataene eller hash af data.
Q4. Hvad er nogle af fordelene ved Merkle-træet?
Da det er en let struktur, der øger skalerbarheden i blockchainen, kan Merkle-træet slippe af med unødvendige data og dermed forbedre effektiviteten. Både minearbejdere og brugere kan drage fordel af Merkle-træet, da det verificerer individuelle dele af blokke, tjekker transaktioner ved hjælp af hashes og også beregner hashes, mens de modtager transaktioner.