بسیاری از مردم این علاقه را به ارزهای دیجیتال بسیار فراتر از معاملات خارج از کشور، خرید آنلاین یا حتی بازی در بهترین کازینو رمزنگاری. اگر در مورد کریپتو تحقیق کنید، ممکن است عبارت Merkle Tree Blockchain ظاهر شده باشد و شما را متعجب کند که در مورد چیست.
درختان مرکل نیروی محرکه موفقیت فناوری بلاک چین هستند. اما، آنها در میان بسیاری از صنعت کریپتو مفهومی قابل درک نیستند.
به زبان ساده، بلاک چین درخت مرکل روشی برای ساختاردهی داده‌ها است که به اطلاعات زیادی امکان می‌دهد تا به سرعت برای دقت قابل تأیید باشند. با نگاهی دقیق تر به بلاک چین های Merkle Tree و نحوه تأثیر آنها بر دنیای ارزهای دیجیتال، ادامه دهید.
درخت مرکل چیست؟
برای درک بهتر درختان مرکل، ابتدا باید مشکلی را که آنها حل می کنند تجزیه و تحلیل کنیم. شما می توانید از یک نسخه واحد در هسته یک شبکه متمرکز به اطلاعات دسترسی پیدا کنید. این بدان معنی است که برای ذخیره یا دسترسی به داده ها نیازی نیست.
با این حال، هر زمان که اطلاعات جدید در میان گره‌ها کپی می‌شود، همه چیز با یک شبکه بلاک چین غیرمتمرکز پیچیده می‌شود. دسترسی و کپی و به اشتراک گذاری کارآمد اطلاعات بین گره ها چالش برانگیز است. همه اینها در حالی اتفاق می افتد که اطمینان حاصل شود که اطلاعات به اشتراک گذاشته شده برای هر گره دریافت کننده تأیید می شود.
برای رفع این مشکل، Merkle Trees کمک می کند بلاک چین های غیرمتمرکز برای به اشتراک گذاشتن اطلاعات، تأیید آن و قابل اعتماد کردن آن. Merkle Trees داده ها را بدون قدرت پردازش زیاد برای اشتراک گذاری و تأیید آن داده ها سازماندهی می کند. علاوه بر این، تراکنش های امن را با استفاده از توابع هش و رمزنگاری تسهیل می کند.
تاریخچه و منشأ درختان مرکل
در حالی که ساتوشی ناکاموتو اولین کسی بود که از درختان مرکل در فناوری بلاک چین با بیت کوین استفاده کرد، این مفهوم برای اولین بار در سال 1979 توسط رالف مرکل معرفی شد. مرکل مقاله ای به نام «گواهی دیجیتال گواهی شده» نوشت و در این فرآیند، ناخودآگاه بخش مهمی از بلاک چین را ایجاد کرد.
در این مقاله، مرکل تکنیک جدیدی را برای ایجاد اثبات توضیح داد. او فرآیندی را برای تأیید داده‌ها طراحی کرد که رایانه‌ها را قادر می‌سازد بسیار سریع‌تر از همیشه کار کنند. این مفهوم درخت مرکل نام گرفت. این یک تکنیک پیشگام است که نحوه کار رمزنگاری، از جمله نحوه عملکرد پروتکل های کامپیوتری رمزگذاری شده را تغییر داد.
درختان مرکل در سال های اخیر هم در کدهای بنیادی بیت کوین و هم در اتریوم محبوب شده اند. بنابراین، درک بلاک چین ها برای درک بهتر Merkle Trees و نحوه تأثیر آنها بر شبکه ضروری است.
بلاک چین ها از صدها هزار بلوک تشکیل شده اند که هر کدام می توانند هزاران تراکنش را در خود جای دهند. هر تراکنش در یک بلاک چین یک شناسه تراکنش منحصر به فرد دارد - معمولاً یک کد 64 کاراکتری که 32 بایت حافظه می گیرد. با در نظر گرفتن این موضوع، قدرت محاسباتی و فضای حافظه برای کارایی و امنیت حیاتی می شود.
گفته می شود، استفاده از کمترین داده ممکن هنگام پردازش و تأیید تراکنش ها در شبکه مفید است. این برای کاهش زمان پردازش CPU و ایجاد امنیت بیشتر است. اینجاست که درختان مرکل وارد بازی می شوند. آنها بسیاری از شناسه های تراکنش را می گیرند و آنها را از طریق یک فرآیند ریاضی ارسال می کنند که منجر به یک کد 64 کاراکتری می شود - به نام Merkle Root.
مرکل روت توضیح داد
ریشه مرکل مهم است. این به هر رایانه ای اجازه می دهد تا تأیید کند که یک تراکنش خاص در یک بلوک خاص تا آنجا که ممکن است انجام شده است. با این حال، برای درک بهتر یک ریشه Merkle، ابتدا باید هش را درک کنیم.
توابع هش، الگوریتم های ریاضی هستند که ورودی ها را می گیرند و خروجی ها را تحویل می دهند. توابع هش استاندارد شامل MD5، SHA-3 و SHA-256 است. همانطور که در بالا ذکر شد، کد واحد Merkle Tree'sTree یک ریشه Merkle نامیده می شود که هر بلوک جداگانه دارای یک کد است.
Merkle Tree همیشه تمام داده های ورودی را به صورت جفت گروه بندی می کند. آخرین ورودی زمانی کپی شده و با خود جفت می شود که تعداد فرد ورودی وجود داشته باشد. این برای همه شناسه‌های تراکنش نوشته شده بر روی یک بلوک در یک بلاک چین اعمال می‌شود.
به عنوان مثال، اگر یک بلوک دارای 420 تراکنش باشد، درخت مرکل آن ها را به 210 جفت گروه بندی می کند. اینها سپس از طریق یک تابع هش عبور می کنند، که منجر به 210 کد جدید 64 کاراکتری می شود. این روند ادامه دارد و 210 کد جدید دوباره به 105 جفت جفت می شوند. از آنجا، چرخه یک بار دیگر تکرار می شود و هر بار عدد نصف می شود. در نهایت، یک کد واحد باقی می ماند - ریشه Merkle.
درختان مرکل چگونه کار می کنند؟
Merkle Trees درختان ساختار داده هستند که حالت غیر برگ به عنوان مقدار هش گره های فرزند مربوطه تعریف می شود. درخت مرکل به سمت پایین معکوس شده است، جایی که گره های برگ پایین ترین هستند.
وقتی به درخت مرکل نگاه می‌کنید، متوجه می‌شوید که می‌توان آن را به عنوان درختی وارونه توصیف کرد که قادر است مجموعه کاملی از معاملات را به طور مستقل خلاصه کند. با این ساختار، کاربر می تواند بررسی کند که آیا تراکنش بخشی از بلوک است یا خیر. برای اینکه Merkle Trees موثر باشد، باید از هش استفاده شود.
درختان مرکل از پایین به بالا با استفاده از هش تراکنش های منفرد معروف به شناسه تراکنش ایجاد می شوند. گره های برگ گره هایی هستند که حاوی هش داده های تراکنش هستند. در مورد گره های غیر برگ، آنها الگوریتم های هش دو هش قبلی را ذخیره می کنند.
درختان مرکل باینری هستند. این بدان معناست که برای کار کردن به گره‌های برگ باید یکنواخت باشند. همانطور که در بالا ذکر شد، در مورد تعداد فرد گره برگ، هش آخرین هش را تکرار می کند تا زوج شود.
درخت مرکل در بلاک چین
برای درک اینکه درختان مرکل چقدر حیاتی هستند فن آوری بلوکچینتنها کاری که باید انجام دهیم این است که چشم انداز فناوری بلاک چین را بدون هیچ گونه درخت مرکل تصور کنیم. برای نشان دادن این نکته، در درجه اول به بیت کوین و تا حدی اتریوم اشاره می کنیم. درختان مرکل برای هر دو ارز دیجیتال بسیار مهم هستند.
بیت کوین
اگر بیت کوین هیچ درخت مرکل نداشت، هر گره در شبکه باید یک نسخه کامل از هر تراکنشی که تا به حال در بلاک چین رخ داده است را نگه دارد. تصور کنید که چقدر اطلاعات ذخیره و هضم می شود.
هنگام تأیید تراکنش قبلی، یک گره باید به شبکه دسترسی پیدا کند تا نسخه‌هایی از دفتر کل را از همتایان خود دریافت کند. پس از اتمام، گره باید هر ورودی را خط به خط مقایسه کند تا مطمئن شود که رکوردهای آن و رکوردهای شبکه کاملاً مطابقت دارند. اگر بین دفترچه ها مغایرت وجود داشته باشد، می تواند امنیت شبکه را به خطر بیندازد. این همان موقعیت هایی است که هکرها صبورانه منتظر آن هستند.
درخواست های تأیید در بیت کوین مستلزم ارسال مقادیر زیادی از اطلاعات از طریق شبکه است. به این دلیل است که قبل از تأیید اعتبار باید داده ها را در اختیار داشته باشید. رایانه ای که برای اعتبارسنجی استفاده می شود به مقدار زیادی قدرت پردازشی برای مقایسه چنین دفترهای مهمی نیاز دارد تا از عدم وجود تغییر یا اختلاف اطمینان حاصل شود.
Merkle Tree راه حل عالی برای بیت کوین است زیرا آنها سوابق را در دفتر هش می کنند. در واقع، این اثبات داده ها را از خود داده ها جدا می کند. استفاده از Merkle Trees برای اثبات یک تراکنش معتبر به سادگی ارسال یک بیت کوچک از اطلاعات در سراسر شبکه است. علاوه بر این، به کاربران امکان می‌دهد ثابت کنند که هر دو نسخه دفتر کل یکسان هستند و به کسری از قدرت رایانه و پهنای باند شبکه نیاز دارند.
Ethereum
از نظر اتریوم، درختان مرکل به شیوه‌ای پیچیده‌تر استفاده می‌شوند. یک بلوک در Ethereum بلاک چین دارای یک هدر، یک لیست از تراکنش ها و یک لیست از بلوک های عمو است. این فرآیند به عنوان درخت مرکل پاتریشیا شناخته می شود و از سه ریشه مرکل مختلف برای هر بلوک استفاده می کند.
هدر شامل یک هش ریشه تراکنش است که لیست تراکنش ها را تایید می کند. در حالی که تراکنش ها از طریق شبکه از همتا به همتا به عنوان یک لیست ساده ارسال می شوند، باید در یک ساختار داده خاص جمع شوند. این ساختار به عنوان تلاش برای محاسبه هش ریشه شناخته می شود.
این ساختار فقط برای تأیید بلوک ها مورد نیاز است. پس از تأیید بلوک می توان آن را دور انداخت. فهرست‌های تراکنش‌ها به‌صورت محلی به‌صورت آزمایشی نگهداری می‌شوند و به‌صورت سریالی به فهرست‌هایی تبدیل می‌شوند تا به مشتریان درخواست‌کننده بلاک چین ارسال شوند. سیستم کدگذاری داخلی اتریوم - رمزگذاری پیشوند طول بازگشتی (RLP) - همه ورودی‌های موجود در آزمون را رمزگذاری می‌کند.
توابع هش رمزنگاری
همانطور که ممکن است جمع آوری کرده باشید، توابع هش رمزنگاری بخشی ضروری از Merkle Trees هستند. یک تابع هش در درجه اول مسئول نگاشت اطلاعات دلخواه با هر طولی به یک خروجی با اندازه ثابت است. این به عنوان یک تابع رمزنگاری عمل می کند و به طور گسترده در رمزنگاری استفاده می شود.
توابع هش بسیار کارآمد هستند و به عنوان توابع یک طرفه عمل می کنند. این بدان معنی است که هیچ معکوس کردن آنها وجود ندارد. این طراحی شده است که فقط به صورت یک طرفه کار کند و کاربردهای متعددی دارد، از جمله محافظت از رمز عبور، یکپارچگی و تأیید فایل، و ارز دیجیتال.
خانواده‌های مختلف زیادی در دسترس هستند، و اینها شامل پیام مستقیم (MD)، عملکرد هش امن (SHF) و RIPE Message Direct (RIPEMD) است. ویژگی های کلیدی توابع هش عبارتند از:
- قطعی
- مقاوم در برابر تصویر
- کارآمد محاسباتی
- نمی توان مهندسی معکوس کرد
- مقاوم در برابر برخورد
در حالی که توابع هش رمزنگاری جالب هستند، عناصر آنها پیچیده هستند. اگر از نظر فنی ذهنی ندارید، می تواند درک آن را دشوار کند. با این حال، ما در این مقاله خیلی عمیق تر به توابع هش رمزنگاری نخواهیم پرداخت.
مزایای درختان مرکل
مزایای بسیاری وجود دارد که یک بلاک چین درخت مرکل می تواند ارائه دهد. بیایید برخی از برجسته ترین مزایای آنها را کشف کنیم.
تأیید کارآمد
Merkle Trees تأیید کارآمد یکپارچگی و اعتبار اطلاعات در شبکه را ارائه می دهد. علاوه بر این، مقدار حافظه مورد نیاز برای تکمیل این بررسی های تأیید را کاهش می دهد.
تأیید اثبات تنها نیازمند حداقل اطلاعات برای انتقال در سراسر شبکه بلاک چین است. علاوه بر این، با تأیید سریع تراکنش‌ها، انتقال ارز دیجیتال بدون اعتماد را در یک سیستم توزیع‌شده همتا به همتا امکان‌پذیر می‌کند.
بدون تاخیر
هنگام انتقال اطلاعات در سراسر شبکه با استفاده از Merkle Trees هیچ تاخیری وجود نخواهد داشت. علاوه بر این، درختان مرکل به طور گسترده در محاسباتی که عملکرد ارزهای دیجیتال را حفظ می کنند، استفاده می شود.
صرفه جویی در ذخیره سازی
درختان مرکل با در نظر گرفتن فضای مورد نیاز سایر ساختارهای داده فضای دیسک بسیار کمتری را اشغال می کنند.
انتقال دقیق اطلاعات
Merkle Root در حصول اطمینان از اینکه بلوک های ارسال شده در سراسر شبکه دقیق، بدون تغییر و کامل هستند سودمند است.
تشخیص دستکاری
تمام تراکنش های ذخیره شده در درخت مرکل، هش هر گره را در گره والد بالایی ذخیره می کند. تغییرات در جزئیات تراکنش به هش در سطوح بالا و در نهایت به ریشه فیلتر می شود. Merkle Trees به استخراج‌کنندگان اجازه می‌دهد تا در صورت دستکاری هرگونه تراکنش تأیید کنند.
ماینرها می توانند ریشه Merkle را در هدرها با Merkle Root ذخیره شده در بخش داده یک بلوک خاص مقایسه کنند. آنها را قادر می سازد تا متوجه شوند که آیا اطلاعات دستکاری شده است یا خیر.
تأیید پرداخت ساده (SPV)
این روشی برای تأیید تراکنش ها در یک بلوک بدون دانلود کل بلاک چین است. در این حالت، کاربر فقط به یک کپی از هدر بلوک طولانی‌ترین زنجیره نیاز دارد. کپی هدر بلوک در کیف پول SPV ذخیره می شود که از مشتری SPV برای پیوند تراکنش به شعبه Merkle در یک بلوک استفاده می کند.
بدون وارد شدن به پیچیدگی‌های عملیات SPV، این واقعیت که می‌توانید تراکنش‌ها را به سرعت و با دقت تأیید کنید، یکی از مزایای قابل توجه Merkle Trees است. مشتری SPV می تواند از طریق شعبه Merkle درخواست اثبات درج کند. اگر بتوان تراکنش را به شعبه مرکل پیوند داد، این دلیلی بر وجود تراکنش است.
افکار نهایی
اگر نوآوری Merkle Trees نبود، ممکن است تصور شود که چگونه دنیای ارزهای دیجیتال و فناوری بلاک چین دوام می آورد. این امر به ویژه با توجه به مقادیر باورنکردنی قدرت محاسباتی و فضای ذخیره سازی که صرفه جویی می کند صادق است.
شایان ذکر است، ایده ای که در سال 1979 - تقریباً 43 سال پیش - به وجود آمد، سنگ بنای آنچه بسیاری آینده فناوری و امور مالی را در سطح جهانی می دانند، عمل می کند.
درختان مرکل برای بلاک چین ها حیاتی هستند. آنها به آنها اجازه می دهند در عین حفظ یکپارچگی تراکنش، به طور موثر عمل کنند. زمان نشان خواهد داد که آیا توسعه‌دهندگان می‌توانند از شگفتی‌های Merkle Trees برای ارتقای این عصر جدید فناوری و دارایی‌های دیجیتال استفاده بیشتری کنند.
