A blokklánc és a kriptovaluták hatalmas és összetett terület. Sok fogaskerék kerül ebbe a gépbe, beleértve a Merkle-fát is. A Merkle fák kulcsszerepet játszanak a blokklánc működésében, de mit is csinál ez pontosan? Hogyan működik a Merkle-fa, és miért olyan fontos a blokklánc technológiában?
Hogyan működik a blokklánc?
Mielőtt belevágna a Merkle-fa dinamikájába, fontos megérteni hogyan működnek a blokkláncok.
A legegyszerűbb megfogalmazásban a blokklánc blokkok virtuális lánca, amelyek mindegyike saját adatkészletet tartalmaz. Mindegyik blokk kriptográfiát, különösen kivonatolást használ az adatok biztonsága érdekében, és távol tartja azokat a rosszindulatú szereplők kezétől.
A blokkláncokat leggyakrabban a kriptovaluta iparban használják, ahol az adott eszközzel végrehajtott minden egyes tranzakciót a natív blokkláncon rögzítenek. Továbbá minden tranzakció időrendben rögzítésre kerül, és a teljes blokklánc számára látható (megtekinthető a következővel: olyan eszközöket, mint a blokklánc felfedező).
A blokkláncon lévő tranzakciók nem módosíthatók vagy törölhetők. Ehelyett használja a kivonatolásnak nevezett folyamat, az adatok kódolása matematikai algoritmusokon keresztül történik. Ezek az algoritmusok bármilyen hosszúságú karaktert fix, kódolt hosszúságúvá alakíthatnak.
A tranzakciók blokkláncon történő rögzítésekor a Merkle fák döntő szerepet játszanak. De hogyan működik a Merkle-fa?
Mi az a Merkle-fa?
A "Merkle fa" névnek két eredete van. A „Merkle” Ralph Merkle amerikai informatikusra és matematikusra utal, aki jelentős mértékben hozzájárult a nyilvános kulcsú titkosításhoz. Merkle eredetileg 1987-ben javasolta a bináris hash fákat „A digitális aláírás alapján Hagyományos titkosítási funkció." Merkle feltalálta a kriptográfiai kivonatolást is, amelyet a Merkle használ fa.
A "Merkle fa" második része a szerkezetéből fakad. A Merkle-fa (vagy egy bináris hash-fa) egy olyan adatstruktúra, amely valamelyest fára hasonlít. A Merkle fák "ágakat" és "leveleket" tartalmaznak, és mindegyik "levél" vagy "ág" egy adatblokk hash-jét tartalmazza.
Röviden: a Merkle-fa leegyszerűsíti a tranzakciós hashek blokkláncon való tárolásának folyamatát. Az összes tranzakciót egyetlen blokkon belül csoportosítja, és hatékonyan kódolja azokat a biztonságosabb és gyorsabb tárolás érdekében egyetlen hash formájában. A Merkle-fa használatával az adatok érvényessége gyorsan felmérhető egy utolsó hash segítségével. Ez leegyszerűsíti az adattárolási folyamatot, de megőrzi a biztonsági integritást is.
A Merkle fák szintén nem igényelnek sok számítási erőforrást. Valójában lecsökkentik az adatokhoz szükséges tárhelyet azáltal, hogy több tranzakciós hash-t egyetlen egybe állítanak össze. Az erőforrások felhasználása már régóta vita tárgya a kriptoiparban, mivel a blokklánc-hálózatok hatalmas tárhely- és energiafelhasználást jelenthetnek. Tehát a Merkle-fák használata segít enyhíteni ezt a problémát. A láncon belüli adattárolás költséges is lehet, így a Merkle-fák használata az adatmennyiség csökkentésére segíthet a blockchain platformoknak pénzt megtakarítani.
Ráadásul a Merkle-fa folyamat nem tart túl sokáig, ami jó hír a hatékonyságot illetően. Végül is sok blokkláncot a hosszú tranzakciós időre ítéltek (beleértve a Bitcoint is), ezért minden olyan eljárás előnyt jelent, amely segíthet a problémán.
A Merkle fákat a számítástechnika számos területén használják (különösen a kriptográfiában és a titkosításban), de gyakran ismertek a kriptovaluta blokkláncokban való jelenlétükről. A Bitcoin, az Ethereum, a Dogecoin és az összes többi kriptovaluta a Merkle-fát használja, tehát kétségtelenül fontos elem.
Szóval, hogyan működik?
Hogyan működik a Merkle-fa?
Az alábbiakban egy diagram a Merkle-fa működéséről. Vegye figyelembe, hogy a valóságban sokkal több tranzakció és hash lenne fánként, de ez a kép leegyszerűsíti a folyamatot, így képet kaphat az érintett lépésekről.
Ha ezt a Merkle-fa diagramot nézzük, a dolgok kissé bonyolultnak tűnnek. De a Merkle-fa hashelési folyamata meglehetősen egyszerű, ha lebontják.
Van néhány lépés a Merkle-fa folyamathoz. A Merkle-fa alján lévő hash-eket leveleknek, míg a fa közepén lévő hash-eket ágnak nevezik. Az ágakat néha nem levél csomópontoknak is nevezik. A diagram legalsó részén találhatók azok az adatblokkok (vagy tranzakciók), amelyekből a hash keletkezik.
Az egyes csomópontokból származó kezdeti tranzakciók páronként kivonatolásra kerülnek, és eredményként egy hash marad. Ezután a párról párra ismételten kivonatolás történik, amíg egyetlen hash nem jelenik meg, ahol a folyamat véget ér. Ha véletlenül páratlan számú tranzakció van egy blokkon belül, akkor egy tranzakció megkettőződik, hogy párosítható legyen az eredetivel a kivonatolás céljából.
Bár a végső hash a fenti diagram tetején jelenik meg, a fa "gyökere" (gyökér hash) néven ismert. A gyökér lényegében a blokkon belül tárolt tranzakciók összes egyedi kivonatának csúcspontja. Blokonként egy Merkle fa szükséges, ami azt jelenti, hogy minden blokkhoz tartozik egy Merkle gyökér adatmező.
Ha valaha is alaposan megvizsgáltad a blokkláncokat, akkor valószínűleg hallottál a Merkle Rootról vagy a Merkle Hash-ről. Egy blokkon belül létezik valami hashMerkleRoot néven ismert dolog. Ez az adat (a fa végén található utolsó hash) egy adott blokk blokkfejlécében tárolódik. A A blokklánc blokk más adatokat is tartalmaz, például egy időbélyeg, az elem verziószáma és a "nonce" (csak egyszer használt szám).
Működhetnek-e a blokkláncok Merkle fák nélkül?
Bár a Merkle fák nem feltétlenül szükségesek a blokklánc létezéséhez, hihetetlenül fontos szerepet játszanak az adatok biztonságában.
Merkle fák nélkül a kriptovaluta blokkláncok több erőforrást és időt igényelnek a kulcsfolyamatok végrehajtásához. Először is, a hálózaton belül minden csomópontnak meg kell őriznie a saját másolatát a blokkláncon végrehajtott minden tranzakcióról. A nagyobb blokkláncokon több százezer tranzakció is lebonyolítható egyetlen helyen napon, tehát ilyen mennyiségű adat hozzáadása minden csomópont másolatához kétségtelenül sokat fogyasztana erőforrások.
Ráadásul a Merkle fák nagy szerepet játszanak az adatok ellenőrzésében. A fa végén található egyetlen gyökér hash segítségével az érvényesítők és a bányászok ellenőrizhetik, hogy a blokk egésze érvényes-e a blokklánchoz való hozzáadáshoz. Előny, hogy minden egyes tranzakció átvizsgálása nélkül hitelesítheti az adatokat, így időt és tárhelyet takaríthat meg.
A Merkle fák kulcsfontosságúak a blokklánc működésében
Tagadhatatlan, hogy a Merkle fák biztonságot és hatékonyságot kínálnak a blokkláncokhoz anélkül, hogy sok helyet foglalnának el. Ez a remek kriptográfiai eljárás lehetővé teszi a blokkláncok zökkenőmentes működését anélkül, hogy túlzott erőforrás-felhasználásra lenne szükség. A Merkle fák nem nélkülözhetetlenek, de rendkívül előnyösek az idő, a tárhely és az adathitelesítés terén.
