Nhiều người có mối quan tâm này đối với tiền điện tử vượt xa giao dịch ở nước ngoài, mua sắm trực tuyến hoặc thậm chí chơi tại sòng bạc tiền điện tử tốt nhất. Nếu bạn thực hiện nghiên cứu tiền điện tử của mình, cụm từ Merkle Tree Blockchain có thể đã xuất hiện, khiến bạn tự hỏi đó là về cái gì.
Merkle Trees là động lực thúc đẩy sự thành công của công nghệ blockchain. Tuy nhiên, chúng không phải là một khái niệm được hiểu rộng rãi trong số nhiều người trong ngành tiền điện tử.
Nói một cách đơn giản, Merkle Tree Blockchain là một cách cấu trúc dữ liệu cho phép nhiều thông tin có thể nhanh chóng được xác minh về độ chính xác. Đọc tiếp khi chúng ta xem xét kỹ hơn về Merkle Tree Blockchains và cách chúng tác động đến thế giới tiền điện tử.
Cây Merkle là gì?
Để hiểu Merkle Trees tốt hơn một chút, trước tiên chúng ta phải phân tích vấn đề mà chúng giải quyết. Bạn có thể truy cập thông tin từ một bản sao duy nhất ở lõi của mạng tập trung. Nó có nghĩa là không có nhiều yêu cầu để lưu trữ hoặc truy cập dữ liệu.
Tuy nhiên, mọi thứ có thể trở nên phức tạp với một mạng blockchain phi tập trung bất cứ khi nào thông tin mới được sao chép giữa các nút. Thật khó để truy cập và sao chép và chia sẻ thông tin giữa các nút một cách hiệu quả. Tất cả điều này xảy ra trong khi đảm bảo rằng thông tin được chia sẻ được xác minh cho mỗi nút nhận.
Để giải quyết vấn đề này, Merkle Trees trợ giúp blockchain phi tập trung để chia sẻ thông tin, xác minh và làm cho nó đáng tin cậy. Merkle Trees tổ chức dữ liệu mà không cần nhiều sức mạnh xử lý để chia sẻ và xác nhận dữ liệu đó. Ngoài ra, nó tạo điều kiện cho các giao dịch an toàn bằng cách sử dụng các hàm băm và mật mã.
Lịch sử và nguồn gốc của cây Merkle
Trong khi Satoshi Nakamoto là người đầu tiên sử dụng Merkle Trees trong công nghệ blockchain với Bitcoin, khái niệm này lần đầu tiên được giới thiệu vào năm 1979 bởi Ralph Merkle. Merkle đã viết một bài báo có tên “Chứng chỉ kỹ thuật số được chứng nhận” và trong quá trình này, đã vô tình tạo ra một thành phần quan trọng của blockchain.
Trong bài báo này, Merkel đã mô tả một kỹ thuật mới để tạo ra các bằng chứng. Ông đã thiết kế một quy trình xác minh dữ liệu cho phép máy tính hoạt động nhanh hơn bao giờ hết. Khái niệm này được đặt tên là Merkle Tree. Đó là một kỹ thuật đột phá đã thay đổi cách hoạt động của mật mã, bao gồm cả cách hoạt động của các giao thức máy tính được mã hóa.
Merkle Trees đã trở nên phổ biến trong những năm gần đây trong cả mã nền tảng của Bitcoin và Ethereum. Do đó, điều cần thiết là phải hiểu các blockchains để hiểu rõ hơn về Merkle Trees và cách chúng tác động đến mạng lưới.
Các blockchain được tạo thành từ hàng trăm nghìn khối, mỗi khối có thể chứa hàng nghìn giao dịch. Mỗi giao dịch trên blockchain có một ID giao dịch duy nhất - thường là mã 64 ký tự chiếm 32 byte bộ nhớ. Với suy nghĩ này, sức mạnh tính toán và không gian bộ nhớ trở nên quan trọng đối với hiệu quả và bảo mật.
Điều đó nói rằng, việc sử dụng càng ít dữ liệu càng tốt khi xử lý và xác minh các giao dịch trên mạng là có lợi. Nó là để giảm thời gian xử lý của CPU và cung cấp bảo mật bổ sung. Đó là nơi Merkle Trees phát huy tác dụng. Họ lấy nhiều ID giao dịch và gửi chúng thông qua một quy trình toán học dẫn đến một mã 64 ký tự - được gọi là Merkle Root.
Giải thích về Merkle Root
Gốc Merkle rất quan trọng. Nó cho phép bất kỳ máy tính nào xác minh rằng một giao dịch cụ thể đã xảy ra trên một khối cụ thể một cách chính xác nhất có thể. Tuy nhiên, để hiểu rõ hơn về Merkle Root, trước tiên chúng ta phải hiểu về băm.
Hàm băm là các thuật toán toán học lấy đầu vào và cung cấp đầu ra. Các hàm băm tiêu chuẩn bao gồm MD5, SHA-3 và SHA-256. Như đã đề cập ở trên, mã duy nhất của Merkle Tree'sTree được gọi là Merkle Root, với mỗi khối riêng lẻ đều có một mã.
Merkle Tree luôn nhóm tất cả dữ liệu đầu vào thành từng cặp. Đầu vào cuối cùng được sao chép và ghép nối với chính nó khi có số lượng đầu vào lẻ. Nó áp dụng cho tất cả các ID giao dịch được viết trên một khối trong chuỗi khối.
Ví dụ: nếu một khối duy nhất có 420 giao dịch, Merkle Tree sẽ nhóm các giao dịch này thành 210 cặp. Sau đó, chúng sẽ trải qua một hàm băm, dẫn đến 210 mã 64 ký tự mới. Quá trình tiếp tục và 210 mã mới sẽ được ghép nối lại thành 105 cặp. Từ đó, chu kỳ lặp lại một lần nữa, giảm một nửa số lượng mỗi lần. Cuối cùng, một mã duy nhất vẫn là ؘ– Merkle Root.
Cây Merkle hoạt động như thế nào?
Merkle Trees là cây cấu trúc dữ liệu trong đó chế độ không phải là lá được định nghĩa như một giá trị băm của các nút con tương ứng của nó. Cây Merkle mọc ngược xuống, nơi các nút lá thấp nhất.
Khi nhìn vào Merkle Tree, bạn sẽ thấy rằng nó có thể được mô tả như một cây lộn ngược có khả năng tóm tắt toàn bộ tập hợp các giao dịch một cách độc lập. Với cấu trúc này, người dùng có thể xác minh xem một giao dịch có phải là một phần của khối hay không. Để Merkle Trees có hiệu quả, phải sử dụng phương pháp băm.
Merkle Trees được tạo từ dưới lên bằng cách sử dụng các băm giao dịch riêng lẻ được gọi là ID giao dịch. Các nút lá là các nút chứa các băm dữ liệu giao dịch. Trong trường hợp của các nút không phải là lá, chúng lưu trữ các thuật toán băm của hai hàm băm trước đó.
Merkle Trees là cây nhị phân. Nó có nghĩa là nó yêu cầu các nút lá phải đồng đều để chúng hoạt động. Như đã đề cập ở trên, trong trường hợp số lượng nút lá là số lẻ, hàm băm sẽ nhân đôi số băm cuối cùng để làm cho nó chẵn.
Merkle Tree trong Blockchain
Để hiểu Cây Merkle quan trọng như thế nào đối với Công nghệ blockchain, tất cả những gì chúng ta cần làm là tưởng tượng ra toàn cảnh của công nghệ blockchain mà không có bất kỳ Cây Merkle nào. Để minh họa cho điểm này, chúng tôi sẽ đề cập chủ yếu đến Bitcoin và ở một mức độ thấp hơn là Ethereum. Merkle Trees là trụ cột của cả hai loại tiền điện tử đó.
Bitcoin
Nếu Bitcoin không có bất kỳ Cây Merkle nào, mọi nút trên mạng sẽ cần phải giữ một bản sao hoàn chỉnh của mọi giao dịch đã từng xảy ra trên blockchain. Hãy tưởng tượng có bao nhiêu thông tin sẽ được lưu trữ và tiêu hóa.
Khi xác nhận một giao dịch trước đó, một nút phải tiếp cận với mạng để có được các bản sao của sổ cái từ các đồng nghiệp của nó. Sau khi thực hiện xong, nút cần so sánh từng mục nhập, từng dòng một, để đảm bảo rằng các bản ghi của nó và các bản ghi mạng là khớp chính xác. Nếu có sự khác biệt giữa các sổ cái, nó có thể ảnh hưởng đến bảo mật của mạng. Đây là những tình huống mà các hacker kiên nhẫn chờ đợi.
Yêu cầu xác minh trên Bitcoin sẽ đòi hỏi một lượng lớn thông tin được gửi qua mạng. Đó là bởi vì bạn cần phải có dữ liệu trước khi xác thực nó. Máy tính được sử dụng để xác thực sẽ yêu cầu một lượng lớn năng lượng xử lý để so sánh các sổ cái quan trọng như vậy để đảm bảo không có thay đổi hoặc sai lệch.
Merkle Tree là giải pháp hoàn hảo cho Bitcoin khi họ băm các bản ghi trong sổ cái. Trên thực tế, điều này phân tách dữ liệu bằng chứng khỏi chính dữ liệu. Sử dụng Merkle Trees để chứng minh một giao dịch hợp lệ cũng đơn giản như việc gửi một chút thông tin qua mạng. Hơn nữa, nó cho phép người dùng chứng minh rằng cả hai phiên bản sổ cái đều giống hệt nhau, yêu cầu một phần nhỏ sức mạnh máy tính và băng thông mạng.
Ethereum
Về mặt Ethereum, Merkle Trees được sử dụng theo cách phức tạp hơn. Một khối trong Ethereum blockchain có tiêu đề, danh sách các giao dịch và danh sách các khối chú thích. Quá trình này được gọi là Merkle Patricia Tree và sử dụng ba loại Merkle Roots khác nhau cho mỗi khối.
Tiêu đề bao gồm một mã băm gốc giao dịch xác thực danh sách các giao dịch. Trong khi các giao dịch được gửi qua mạng từ ngang hàng như một danh sách đơn giản, chúng phải được tập hợp thành một cấu trúc dữ liệu cụ thể. Cấu trúc này được gọi là một bộ ba để tính toán mã băm gốc.
Cấu trúc này chỉ cần thiết để xác minh các khối. Nó có thể bị loại bỏ sau khi khối đã được xác minh. Danh sách giao dịch được lưu giữ cục bộ trong một bộ ba và được tuần tự hóa thành danh sách để gửi cho khách hàng yêu cầu blockchain. Hệ thống mã hóa tập trung của Ethereum - Mã hóa tiền tố độ dài đệ quy (RLP) - mã hóa tất cả các mục nhập trong bộ ba.
Hàm băm mật mã
Như bạn có thể đã thu thập, các hàm băm mật mã là một phần cần thiết của Merkle Trees. Hàm băm chịu trách nhiệm chính trong việc ánh xạ bất kỳ thông tin tùy ý nào có độ dài bất kỳ đến đầu ra có kích thước cố định. Nó hoạt động như một chức năng mật mã và được sử dụng rộng rãi trong mật mã.
Hàm băm được biết là rất hiệu quả và hoạt động như một hàm một chiều. Nó có nghĩa là không có sự đảo ngược chúng. Nó được thiết kế để chỉ hoạt động một chiều và có nhiều mục đích sử dụng, bao gồm bảo vệ bằng mật khẩu, tính toàn vẹn của tệp và xác minh cũng như tiền điện tử.
Có nhiều nhóm khác nhau có sẵn, và chúng bao gồm Message Direct (MD), Secure Hash Function (SHF) và RIPE Message Direct (RIPEMD). Các thuộc tính chính của hàm băm bao gồm:
- Xác định
- Chống ảnh trước
- Tính toán hiệu quả
- Không thể thiết kế ngược
- Chống va chạm
Mặc dù các hàm băm mật mã rất thú vị, nhưng các phần tử của chúng rất phức tạp. Nó có thể khiến bạn khó nắm bắt nếu bạn không có đầu óc kỹ thuật. Điều đó nói rằng, chúng tôi sẽ không nghiên cứu sâu hơn nhiều về các hàm băm mật mã trong bài viết này.
Lợi ích của Merkle Trees
Có rất nhiều lợi ích mà Merkle Tree Blockchain có thể mang lại. Hãy cùng khám phá một số ưu điểm nổi bật nhất của chúng.
Xác minh hiệu quả
Merkle Trees cung cấp khả năng xác minh hiệu quả về tính toàn vẹn và hợp lệ của thông tin trên mạng. Ngoài ra, nó làm giảm dung lượng bộ nhớ cần thiết để các kiểm tra xác minh này hoàn tất.
Xác minh bằng chứng chỉ yêu cầu thông tin tối thiểu được truyền qua mạng blockchain. Hơn nữa, nó cho phép chuyển tiền điện tử không tin cậy trong một hệ thống phân tán, ngang hàng bằng cách nhanh chóng xác minh các giao dịch.
Không có sự chậm trễ
Sẽ không có sự chậm trễ khi truyền thông tin trên mạng bằng Merkle Trees. Ngoài ra, Merkle Trees được sử dụng rộng rãi trong các phép tính duy trì chức năng của tiền điện tử.
Tiết kiệm trên bộ nhớ
Merkle Trees chiếm ít dung lượng đĩa hơn nhiều khi xem xét các yêu cầu về dung lượng của các cấu trúc dữ liệu khác.
Chuyển thông tin chính xác
Merkle Root có lợi trong việc đảm bảo rằng các khối được gửi qua mạng là chính xác, không thay đổi và toàn bộ.
Phát hiện giả mạo
Tất cả các giao dịch được lưu trữ trong Merkle Tree đều lưu trữ hàm băm của mỗi nút trong nút cha phía trên. Các thay đổi trong chi tiết của giao dịch sẽ lọc theo hàm băm ở các cấp trên và cuối cùng là Gốc. Merkle Trees cho phép thợ đào xác nhận xem có bất kỳ giao dịch nào bị giả mạo hay không.
Người khai thác có thể so sánh Gốc Merkle trong tiêu đề với Gốc Merkle được lưu trữ trong phần dữ liệu của một khối cụ thể. Nó cho phép họ tìm hiểu xem có sự giả mạo thông tin hay không.
Xác minh Thanh toán Đơn giản (SPV)
Đó là một cách để xác minh các giao dịch trong một khối mà không cần tải xuống toàn bộ blockchain. Trong trường hợp này, người dùng sẽ chỉ cần một bản sao của tiêu đề khối của chuỗi dài nhất. Bản sao của tiêu đề khối được lưu trữ trong ví SPV sử dụng máy khách SPV để liên kết giao dịch với chi nhánh Merkle trong một khối.
Không vướng vào sự phức tạp của các hoạt động SPV, việc bạn có thể xác minh các giao dịch một cách nhanh chóng và chính xác là một trong những lợi thế đáng kể của Merkle Trees. Khách hàng SPV có thể yêu cầu bằng chứng về việc đưa vào thông qua chi nhánh Merkle. Nếu giao dịch có thể được liên kết với chi nhánh Merkle, thì đó là bằng chứng cho thấy giao dịch tồn tại.
Kết luận:
Người ta sẽ phải vật lộn để tưởng tượng thế giới tiền điện tử và công nghệ blockchain sẽ tồn tại như thế nào nếu không có sự đổi mới của Merkle Trees. Nó đặc biệt đúng khi xét đến lượng sức mạnh tính toán và không gian lưu trữ đáng kinh ngạc mà nó tiết kiệm được.
Đáng chú ý, một ý tưởng được hình thành vào năm 1979 - gần 43 năm trước - sẽ đóng vai trò là nền tảng cho thứ mà nhiều người coi là tương lai của công nghệ và tài chính trên toàn cầu.
Merkle Trees rất quan trọng đối với các blockchain. Chúng cho phép chúng hoạt động hiệu quả trong khi vẫn duy trì tính toàn vẹn của giao dịch. Thời gian sẽ trả lời liệu các nhà phát triển có thể khai thác thêm những điều kỳ diệu của Merkle Trees để nâng cao thời đại công nghệ và tài sản kỹ thuật số mới này hay không.
