كثير من الناس لديهم هذا الاهتمام بالعملات المشفرة بعيدًا عن التعامل في الخارج أو التسوق عبر الإنترنت أو حتى اللعب في أفضل كازينو تشفير. إذا أجريت بحثًا عن التشفير ، فربما ظهرت عبارة Merkle Tree Blockchain ، مما يجعلك تتساءل عما يدور حوله هذا الأمر.
Merkle Trees هي القوة الدافعة وراء نجاح تقنية blockchain. لكنها ليست مفهومة على نطاق واسع بين الكثيرين في صناعة التشفير.
ببساطة ، Merkle Tree Blockchain هي طريقة لهيكلة البيانات التي تتيح إمكانية التحقق من دقة الكثير من المعلومات بسرعة. تابع القراءة بينما نلقي نظرة فاحصة على Merkle Tree Blockchains وكيف تؤثر على عالم التشفير.
ما هي شجرة ميركل؟
لفهم Merkle Trees بشكل أفضل قليلاً ، يجب علينا أولاً تحليل المشكلة التي تحلها. يمكنك الوصول إلى المعلومات من نسخة واحدة في قلب شبكة مركزية. هذا يعني أنه ليس هناك الكثير من المتطلبات لتخزين البيانات أو الوصول إليها.
ومع ذلك ، يمكن أن تتعقد الأمور مع شبكة blockchain اللامركزية كلما تم نسخ معلومات جديدة بين العقد. من الصعب الوصول إلى المعلومات ونسخها ومشاركتها بين العقد بكفاءة. يحدث كل هذا مع التأكد من التحقق من المعلومات المشتركة لكل عقدة استقبال.
لمعالجة هذه المشكلة ، تساعد Merkle Trees بلوكشين لامركزية لمشاركة المعلومات والتحقق منها وجعلها جديرة بالثقة. تقوم Merkle Trees بتنظيم البيانات دون قدر كبير من قوة المعالجة لمشاركة تلك البيانات وتأكيدها. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يسهل المعاملات الآمنة باستخدام وظائف التجزئة والتشفير.
تاريخ وأصل أشجار ميركل
بينما كان Satoshi Nakamoto أول من استخدم Merkle Trees في تقنية blockchain مع Bitcoin ، تم تقديم المفهوم لأول مرة في عام 1979 بواسطة Ralph Merkle. كتب Merkle ورقة بعنوان "شهادة رقمية معتمدة" ، وفي أثناء ذلك ، أنشأ عن غير قصد مكونًا مهمًا من blockchain.
في هذه الورقة ، وصفت ميركل أسلوبًا جديدًا لإنشاء البراهين. لقد صمم عملية للتحقق من البيانات من شأنها أن تمكن أجهزة الكمبيوتر من العمل بسرعة أكبر من أي وقت مضى. سمي هذا المفهوم بشجرة ميركل. إنها تقنية رائدة غيرت طريقة عمل التشفير ، بما في ذلك كيفية عمل بروتوكولات الكمبيوتر المشفرة.
أصبحت Merkle Trees شائعة في السنوات الأخيرة في كل من رموز Bitcoin و Ethereum التأسيسية. لذلك ، من الضروري فهم blockchain لفهم Merkle Trees بشكل أفضل وكيفية تأثيرها على الشبكة.
تتكون البلوكشين من مئات الآلاف من الكتل التي يمكن لكل منها إجراء آلاف المعاملات. تحتوي كل معاملة على blockchain على معرف معاملة فريد - عادةً ما يكون رمزًا مكونًا من 64 حرفًا يستهلك 32 بايت من الذاكرة. مع وضع ذلك في الاعتبار ، تصبح قوة الحوسبة ومساحة الذاكرة أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق الكفاءة والأمان.
ومع ذلك ، فإن استخدام أقل قدر ممكن من البيانات عند معالجة المعاملات والتحقق منها على الشبكة أمر مفيد. إنه لتقليل أوقات معالجة وحدة المعالجة المركزية ويوفر أمانًا إضافيًا. إنه المكان الذي تلعب فيه Merkle Trees. يأخذون العديد من معرفات المعاملات ويرسلونها من خلال عملية رياضية ينتج عنها رمز واحد مكون من 64 حرفًا - يسمى Merkle Root.
شرح ميركل روت
Merkle Root مهم. وهو يخول أي جهاز كمبيوتر للتحقق من حدوث معاملة معينة على كتلة معينة بأكبر قدر ممكن من الدقة. ومع ذلك ، لفهم جذر Merkle بشكل أفضل ، يجب أن نفهم أولاً التجزئة.
وظائف التجزئة هي خوارزميات رياضية تأخذ المدخلات وتسلم المخرجات. تتضمن وظائف التجزئة القياسية MD5 و SHA-3 و SHA-256. كما ذكرنا سابقًا ، يُطلق على الكود الفردي لشجرة Merkle Tree اسم Merkle Root ، حيث تحتوي كل كتلة فردية على واحد.
تقوم Merkle Tree دائمًا بتجميع كل مدخلات البيانات في أزواج. يتم نسخ الإدخال الأخير وإقرانه مع نفسه عندما يكون هناك عدد فردي من المدخلات. ينطبق على جميع معرفات المعاملات المكتوبة على كتلة في blockchain.
على سبيل المثال ، إذا كانت كتلة واحدة تحتوي على 420 معاملة ، فإن Merkle Tree ستجمعها في 210 زوجًا. ثم تمر هذه عبر وظيفة تجزئة ، مما ينتج عنه 210 رمزًا جديدًا مكونًا من 64 حرفًا. تستمر العملية ، وسيتم إقران 210 رمزًا جديدًا مرة أخرى في 105 زوجًا. من هناك ، تتكرر الدورة مرة أخرى ، وتنقص الرقم إلى النصف في كل مرة. أخيرًا ، يبقى رمز واحد - وهو Merkle Root.
كيف تعمل أشجار ميركل؟
Merkle Trees عبارة عن أشجار بنية البيانات حيث يتم تعريف الوضع غير الورقي كقيمة تجزئة للعقد الفرعية الخاصة به. يتم قلب شجرة Merkle لأسفل ، حيث تكون العقد الطرفية هي الأدنى.
عند النظر إلى Merkle Tree ، ستجد أنه يمكن وصفها بأنها شجرة مقلوبة قادرة على تلخيص مجموعة كاملة من المعاملات بشكل مستقل. باستخدام هذا الهيكل ، يمكن للمستخدم التحقق مما إذا كانت المعاملة جزءًا من الكتلة أم لا. لكي تكون أشجار Merkle فعالة ، يجب استخدام التجزئة.
يتم إنشاء Merkle Trees من الأسفل إلى الأعلى باستخدام تجزئات المعاملات الفردية المعروفة باسم معرفات المعاملات. العقد الطرفية هي العقد التي تحتوي على تجزئات بيانات المعاملات. في حالة العقد غير الورقية ، يقومون بتخزين خوارزميات التجزئة للتجزئة السابقتين.
تعتبر أشجار Merkle ثنائية. هذا يعني أنها تتطلب أن تكون العقد الورقية حتى لكي تعمل. كما هو مذكور أعلاه ، في حالة وجود عدد فردي من العقد الورقية ، فإن التجزئة سوف تكرر التجزئة الأخيرة لجعلها متساوية.
Merkle Tree في Blockchain
لفهم مدى أهمية أشجار ميركل بلوكشين التكنولوجيا، كل ما علينا فعله هو تخيل مشهد تكنولوجيا blockchain بدون أي أشجار Merkle. لتوضيح هذه النقطة ، سنشير في المقام الأول إلى Bitcoin ، وبدرجة أقل ، Ethereum. تعتبر Merkle Trees أمرًا محوريًا لكل من تلك العملات المشفرة.
إلى البيتكوين
إذا لم يكن لدى Bitcoin أي Merkle Trees ، فستحتاج كل عقدة على الشبكة إلى الاحتفاظ بنسخة كاملة من كل معاملة حدثت على blockchain. تخيل مقدار المعلومات التي سيتم تخزينها وهضمها.
عند تأكيد معاملة سابقة ، يجب أن تصل العقدة إلى الشبكة للحصول على نسخ من دفتر الأستاذ من أقرانها. بمجرد الانتهاء من ذلك ، تحتاج العقدة إلى مقارنة كل إدخال ، سطرًا بسطر ، للتأكد من تطابق سجلاتها وسجلات الشبكة تمامًا. إذا كان هناك تناقضات بين دفاتر الأستاذ ، فقد يؤدي ذلك إلى تعريض أمان الشبكة للخطر. هذه هي المواقف التي ينتظرها القراصنة بصبر.
تتطلب طلبات التحقق على Bitcoin إرسال كميات وفيرة من المعلومات عبر الشبكة. هذا لأنك ستحتاج إلى الحصول على البيانات قبل التحقق من صحتها. سيتطلب الكمبيوتر المستخدم في التحقق قدرًا كبيرًا من قوة المعالجة لمقارنة دفاتر الأستاذ الهامة لضمان عدم وجود تغييرات أو تباينات.
Merkle Tree هو الحل الأمثل للبيتكوين حيث يقومون بتجزئة السجلات في دفتر الأستاذ. في الواقع ، هذا يفصل إثبات البيانات عن البيانات نفسها. يعد استخدام Merkle Trees لإثبات معاملة صالحة أمرًا بسيطًا مثل إرسال قدر ضئيل من المعلومات عبر الشبكة. علاوة على ذلك ، فإنه يمكّن المستخدمين من إثبات أن كلا الإصدارين من دفتر الأستاذ متطابقان ، ويتطلبان جزءًا بسيطًا من طاقة الكمبيوتر وعرض النطاق الترددي للشبكة.
إثيريم
من حيث Ethereum ، يتم استخدام Merkle Trees بطريقة أكثر تعقيدًا. كتلة في إثيريم يحتوي blockchain على رأس وقائمة بالمعاملات وقائمة بكتل العم. تُعرف العملية باسم Merkle Patricia Tree وتستخدم ثلاثة جذور Merkle مختلفة لكل كتلة.
يتضمن الرأس تجزئة جذر المعاملة التي تتحقق من صحة قائمة المعاملات. بينما يتم إرسال المعاملات عبر الشبكة من نظير إلى نظير كقائمة بسيطة ، يجب تجميعها في بنية بيانات معينة. تُعرف هذه البنية باسم trie لحساب تجزئة الجذر.
هذا الهيكل مطلوب فقط للتحقق من الكتل. يمكن التخلص منها بمجرد التحقق من الكتلة. يتم الاحتفاظ بقوائم المعاملات محليًا في شكل ثلاثي ويتم تسلسلها إلى قوائم لإرسالها إلى العملاء الذين يطلبون blockchain. نظام ترميز إيثيريوم المنزلي - ترميز بادئة الطول التكراري (RLP) - يشفر جميع الإدخالات في المثلث.
وظائف تجزئة التشفير
كما قد تكون قد جمعت ، تعد وظائف تجزئة التشفير جزءًا ضروريًا من Merkle Trees. وظيفة التجزئة هي المسؤولة بشكل أساسي عن تعيين أي معلومات عشوائية من أي طول لمخرجات ذات حجم ثابت. تعمل كوظيفة تشفير وتستخدم على نطاق واسع في التشفير.
من المعروف أن وظائف التجزئة فعالة للغاية وتعمل كوظائف أحادية الاتجاه. هذا يعني أنه لا يوجد عكسها. إنه مصمم للعمل في اتجاه واحد فقط وله استخدامات متعددة ، بما في ذلك حماية كلمة المرور وتكامل الملفات والتحقق منها والعملات المشفرة.
هناك العديد من العائلات المختلفة المتاحة ، والتي تشمل الرسائل المباشرة (MD) ووظيفة التجزئة الآمنة (SHF) و RIPE Message Direct (RIPEMD). تشمل الخصائص الرئيسية لوظائف التجزئة ما يلي:
- حتمية
- مقاومة ما قبل الصورة
- كفاءة حسابية
- لا يمكن إجراء هندسة عكسية
- مقاومة الاصطدام
في حين أن وظائف تجزئة التشفير مثيرة للاهتمام ، إلا أن عناصرها معقدة. يمكن أن يجعل من الصعب فهمها إذا لم تكن مهتمًا تقنيًا. ومع ذلك ، لن نتعمق كثيرًا في وظائف تجزئة التشفير في هذه المقالة.
فوائد أشجار ميركل
هناك العديد من الفوائد التي يمكن أن تقدمها Merkle Tree Blockchain. دعنا نكتشف بعضًا من مزاياها الأكثر لفتًا للانتباه.
التحقق الفعال
تقدم Merkle Trees التحقق الفعال من سلامة وصحة المعلومات على الشبكة. بالإضافة إلى ذلك ، فإنه يقلل من حجم الذاكرة اللازمة لإكمال عمليات التحقق هذه.
يتطلب التحقق من الإثبات فقط نقل الحد الأدنى من المعلومات عبر شبكة blockchain. علاوة على ذلك ، فإنه يتيح تحويل العملة المشفرة غير الموثوق به في نظام موزع من نظير إلى نظير من خلال التحقق بسرعة من المعاملات.
لا تأخير
لن يكون هناك تأخير عند نقل المعلومات عبر الشبكة باستخدام Merkle Trees. بالإضافة إلى ذلك ، تُستخدم Merkle Trees على نطاق واسع في الحسابات التي تحافظ على وظيفة العملات المشفرة.
انقاذ على التخزين
تشغل Merkle Trees مساحة أقل بكثير على القرص عند النظر في متطلبات المساحة لهياكل البيانات الأخرى.
نقل دقيق للمعلومات
يعد Merkle Root مفيدًا في ضمان أن الكتل المرسلة عبر الشبكة دقيقة وغير متغيرة وكاملة.
كشف العبث
تخزن جميع المعاملات المخزنة في Merkle Tree تجزئة كل عقدة في العقدة الأصلية العليا. التغييرات في تفاصيل المعاملة ستتم تصفيتها إلى التجزئات في المستويات العليا وفي النهاية إلى الجذر. تسمح Merkle Trees لعمال المناجم بتأكيد ما إذا كان قد تم التلاعب بأي معاملات.
يمكن لعمال المناجم مقارنة Merkle Root في الرؤوس مع Merkle Root المخزنة في جزء البيانات من كتلة معينة. تمكنهم من معرفة ما إذا كان هناك تلاعب بالمعلومات.
التحقق من الدفع البسيط (SPV)
إنها طريقة للتحقق من المعاملات في كتلة دون تنزيل blockchain بالكامل. في هذه الحالة ، سيحتاج المستخدم فقط إلى نسخة من رأس الكتلة لأطول سلسلة. يتم تخزين نسخة رأس الكتلة في محفظة SPV التي تستخدم عميل SPV لربط معاملة بفرع Merkle في كتلة.
دون الدخول في تعقيدات عمليات SPV ، فإن حقيقة أنه يمكنك التحقق من المعاملات بسرعة ودقة هي إحدى المزايا المهمة لـ Merkle Trees. يمكن لعميل SPV طلب إثبات التضمين من خلال فرع Merkle. إذا كان من الممكن ربط المعاملة بفرع Merkle ، فهذا دليل على وجود المعاملة.
افكار اخيرة
قد يكافح المرء لتخيل كيف كان يمكن لعالم العملات المشفرة وتقنية blockchain البقاء على قيد الحياة لولا ابتكار Merkle Trees. هذا صحيح بشكل خاص بالنظر إلى الكميات الهائلة من طاقة الحوسبة ومساحة التخزين التي توفرها.
من اللافت للنظر أن الفكرة التي ظهرت في عام 1979 - قبل 43 عامًا تقريبًا - ستكون بمثابة حجر الزاوية لما يعتبره الكثيرون مستقبل التكنولوجيا والتمويل على مستوى العالم.
تعتبر أشجار Merkle حاسمة بالنسبة إلى سلاسل الكتل. أنها تسمح لهم بالعمل بفعالية مع الحفاظ على سلامة المعاملات. سيحدد الوقت ما إذا كان بإمكان المطورين استغلال عجائب Merkle Trees لتعزيز هذا العصر الجديد من التكنولوجيا والأصول الرقمية.
