Wat is een Merkle Tree in Blockchain en hoe werkt het?

Sleutelfaciliteiten:

• De Merkle-boom is een type binaire hash-boom met 3 soorten knooppunten: bladknooppunten, niet-bladknooppunten en hoofdknooppunten.
• Een Merkle-boom is handig voor de verificatie en het onderhoud van de transactie-integriteit in elk gedecentraliseerd grootboek.
• De Merkle-boom wordt zowel in Bitcoin als in Ethereum gezien.

Introductie

Cryptocurrencies zijn geen onbekend onderwerp meer, en dat ook niet blockchain, de technologie achter hun oorsprong. Voor elke crypto-enthousiasteling is het begrijpen van blockchain-structuren en hoe ze werken de eerste stap om de ware aard van crypto's te realiseren.

Terwijl het begrijpen van verschillende blockchain-structuren is waar Merkle-bomen binnenkomen. Ontwikkeld als een concept in 1980 door Ralph Merkle van Stanford University, de Merkle-boom wordt vaak gebruikt in peer-to-peer (P2P)-netwerken om rekenkracht en geheugenruimtevereisten aan te pakken. Het zou niet overdreven zijn om te zeggen dat Merkle-bomen de blockchain-technologie tot een enorm succes hebben gemaakt. Laten we dus eens kijken naar de betekenis achter de Merkle-boom en hoe deze werkt.

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

Een overzicht van de Merkle-boom

Simpel gezegd, een Merkle-boom vertegenwoordigt de manier waarop gegevens doelbewust zijn gestructureerd. Het maakt een snelle en efficiënte verificatie van een uitgebreide hoeveelheid informatie op een blockchain mogelijk. Zoals eerder vermeld, creëerde Ralph Merkle het onbewust als een concept in een paper met de titel "A Certified Digital Signature". Maar niemand had verwacht dat het in de toekomst een belangrijk onderdeel van een gedecentraliseerd grootboek zou worden.

De Merkle-boom heeft de wereld van cryptografie sinds het begin verbeterd. Maar het werd van vitaal belang voor cryptocurrencies nadat de mysterieuze maker van Bitcoin het gebruikte in de basiscode van BTC. Daarna hebben Ethereum en andere cryptocurrencies ook Merkle-bomen overgenomen.

In het geval van het Bitcoin-netwerk zijn Merkle-bomen een efficiënt onderdeel dat hashes gebruikt in plaats van het grote informatiebestand voor de verificatie van gegevens. Een Merkle-boom maakt gebruik van unieke beschrijvende terminologie om de relaties tussen knooppunten en hun niveaus te beschrijven.

Elk blok binnen de blockchain bevat een aantal transacties. Het opslaan van al die transacties en het vinden van welke specifieke transacties bij welk blok horen, kan frustrerend dure taken zijn. Bovendien kan het de efficiëntie van een blockchain negatief beïnvloeden. Met Merkle-bomen worden alle transacties echter efficiënt geregeld, wat resulteert in het gebruik van minder gegevens voor verificatie en verminderde CPU-verwerking.

Begrijpen hoe een Merkle-boom werkt in een blockchain

Hier is een eenvoudig voorbeeld om dit concept te verduidelijken: 

Stel je een gegevensblok voor zoals hierboven weergegeven met 4 transacties: L1, L2, L3 en L4. Om deze transacties op te slaan, kunnen we het concept van een Merkle-boom implementeren door de hash van elke transactie te berekenen. Na berekening, ontvangen we Hash L1, Hash L2, Hash L3 en Hash L4.

Deze hashes van elke transactie worden opgeslagen in een knooppunt, meestal een bladknooppunt genoemd, van de Merkle-boom. Maar ons werk gaat door, omdat we niet-bladknooppunten moeten vormen door bladknooppunten te paren. Na berekening krijgen we Hash 0 en Hash 1, die de bovenliggende knooppunten of niet-bladknooppunten van de hashes van L1, L2, L3 en L4 worden genoemd.

Ten slotte wordt de hash van Hash 1 en Hash 2 berekend door ze aan elkaar te koppelen, en bereiken we het root-knooppunt, de Merkle-root. Door dit voorbeeld begrijpen we dat Merkle-bomen werken door onderliggende knooppunten herhaaldelijk te hashen totdat er een enkele hash binnen de structuur overblijft.

Op deze manier vertelt de Merkle-boom u precies of een transactie de boom heeft beïnvloed door alleen de wortel van de boom te controleren. Merkle-root wordt opgeslagen in de blokkop, waardoor het fraudebestendig is en het vertrouwen en de integriteit binnen een gedecentraliseerd grootboek worden verbeterd. Het is belangrijk op te merken dat Merkle-bomen een hashfunctie in één richting gebruiken en doorgaan totdat deze hashing het bewijs van gegevens van de gegevens scheidt.

De noodzaak van Merkle-bomen voor blockchain

Nu we hebben besproken wat een Merkle-boom is en hoe het werkt, hoef je alleen nog maar te begrijpen waarom het belangrijk is voor blockchain. De vele voordelen van een Merkle-boom maken het een noodzaak voor blockchain-technologie en zelfs crypto-platforms. Enkele van deze voordelen zijn:

Als het gaat om het overdragen, berekenen en doorkruisen van gegevens, zijn vertragingen niet toegestaan. Dit is de reden waarom veel blockchains een Merkle-boom gebruiken om het netwerk vrij te houden van enige vorm van vertraging tijdens het overdragen van gegevens. Door de hoeveelheid geheugen te verminderen die nodig is om de integriteit en validiteit van gegevens te bewijzen, worden Merkle-bomen een essentieel onderdeel van blockchain.

In de Bitcoin-blockchain, een gedistribueerde P2P, kunnen er inconsistenties of zelfs geknoei met gegevens zijn, omdat dezelfde gegevens aanwezig zijn op elke computer die is aangesloten op het P2P-netwerk. In dit geval maakt de Merkle-boom het voor mijnwerkers gemakkelijk om elke vorm van inconsistentie of geknoei met transacties te identificeren.

Zonder het gebruik van dit concept moeten alle gegevens over het hele netwerk worden overgedragen, wat resulteert in een netwerkvertraging, verminderde efficiëntie en onnodige kosten. Een dergelijk scenario kan worden vermeden met behulp van Merkle-bomen, die snelle gegevensverificatie mogelijk maken met praktische rekenkracht en bandbreedte.

Laatste gedachten

Merkle-bomen klinken als een ingewikkeld concept, maar ze zijn een cruciaal onderdeel van blockchain-technologie en cryptocurrencies. Zonder het bestaan ​​van dit concept zou er geen betrouwbaar systeem zijn dat wordt gebruikt in Bitcoin, Ethereum en mijnbouw.

Veelgestelde vragen:

Q1. Merkle-bomen zijn ontworpen om wat te bereiken?
De Merkle-boom is ontworpen als een proces voor het verifiëren van gegevens, zodat computers sneller kunnen werken.
Q2. Wat is het verband tussen de Merkle-boom en Ethereum?
Merkle-boom is een soort blockchain-structuur die niet alleen achter Ethereum zit, maar ook achter Bitcoin en het proces van cryptomining. Ethereum gebruikt echter een aangepaste versie van de Merkle-boom, algemeen bekend als de Merkle Patricia-boom.
Q3. Hoe de Merkle-boom te implementeren
Om Merkle-bomen te implementeren, moet men beginnen met binaire bomen, waarin elk niet-bladknooppunt de hash is van twee onderliggende knooppunten. Deze bladeren kunnen de gegevens bevatten of de hash van de gegevens.
Q4. Wat zijn enkele voordelen van de Merkle-boom?
Omdat het een lichte structuur is die de schaalbaarheid binnen de blockchain vergroot, kan de Merkle-boom onnodige gegevens verwijderen en zo de efficiëntie verbeteren. Zowel mijnwerkers als gebruikers kunnen profiteren van de Merkle-boom, omdat deze individuele delen van blokken verifieert, transacties controleert met behulp van hashes en ook hashes berekent terwijl ze transacties ontvangen.