درختان مرکل برای فناوری بلاک چین ضروری هستند، اما چگونه کار می کنند؟
بلاک چین و ارزهای دیجیتال یک چشم انداز وسیع و پیچیده هستند. بسیاری از چرخ‌دنده‌ها وارد این دستگاه می‌شوند، از جمله چیزی به نام درخت مرکل. درختان مرکل نقش کلیدی در عملکرد بلاک چین دارند، اما دقیقا چه کاری انجام می دهد؟ درخت مرکل چگونه کار می کند و چرا در فناوری بلاک چین بسیار مهم است؟
یک بلاک چین چگونه کار می کند؟
قبل از پرداختن به پویایی درخت مرکل، مهم است که بدانیم زنجیره‌های بلوکی چگونه کار می‌کنند.
به زبان ساده، بلاک چین یک زنجیره مجازی از بلوک ها است که هر کدام مجموعه ای از داده های خاص خود را دارند. هر بلوک از رمزنگاری، به‌ویژه هش کردن، برای ایمن کردن داده‌ها و دور نگه داشتن آنها از دست عوامل مخرب استفاده می‌کند.
بلاک چین ها بیشتر در صنعت ارزهای دیجیتال مورد استفاده قرار می گیرند، جایی که هر تراکنش انجام شده با یک دارایی در بلاک چین اصلی آن ثبت می شود. علاوه بر این، هر تراکنش به صورت زمانی ثبت می شود و برای کل بلاک چین قابل مشاهده است (قابل مشاهده با استفاده از ابزارهایی مانند کاوشگر بلاک چین).
تراکنش های یک بلاک چین را نمی توان تغییر داد یا حذف کرد. در عوض، با استفاده از فرآیندی به نام هش کردن، داده ها از طریق الگوریتم های ریاضی کدگذاری می شوند. این الگوریتم ها می توانند هر طولی از کاراکترها را به طول ثابت و رمزگذاری شده تبدیل کنند.
هنگام ثبت تراکنش ها بر روی بلاک چین، درختان مرکل نقش مهمی ایفا می کنند. اما درخت مرکل چگونه کار می کند؟
درخت مرکل چیست؟
نام “درخت مرکل” دو ریشه دارد. «مرکل» به رالف مرکل، دانشمند کامپیوتر و ریاضیدان آمریکایی اشاره دارد که سهم زیادی در رمزنگاری با کلید عمومی داشته است. مرکل در ابتدا درختان هش باینری را در سال 1987 در مقاله ای با عنوان “یک امضای دیجیتال بر اساس یک تابع رمزگذاری مرسوم” پیشنهاد کرد. مرکل همچنین هش رمزنگاری را اختراع کرد که در درخت مرکل استفاده می شود.
قسمت دوم «درخت مرکل» از ساختار آن نشات می گیرد. درخت مرکل (یا درخت هش باینری) یک ساختار داده ای است که تا حدودی شبیه یک درخت است. درختان مرکل حاوی “شاخه” و “برگ” هستند که هر “برگ” یا “شاخه” حاوی هش یک بلوک داده است.
به طور خلاصه، درخت مرکل فرآیند ذخیره هش های تراکنش را در یک بلاک چین ساده می کند. همه تراکنش ها را در یک بلوک جمع می کند و به طور موثر آنها را برای ذخیره ایمن تر و سریع تر در قالب یک هش رمزگذاری می کند. با استفاده از درخت مرکل، اعتبار داده ها را می توان به سرعت از طریق یک هش نهایی ارزیابی کرد. این فرآیند ذخیره سازی داده ها را ساده می کند اما یکپارچگی امنیتی را نیز حفظ می کند.
درختان مرکل نیز به منابع محاسباتی زیادی نیاز ندارند. در واقع، آنها فضای ذخیره سازی مورد نیاز برای داده ها را با کامپایل کردن چندین هش تراکنش تنها در یک تراکنش کاهش می دهند. استفاده از منابع مدت‌هاست که محل مناقشه در صنعت کریپتو بوده است، زیرا شبکه‌های بلاک چین می‌توانند فضای ذخیره‌سازی و قدرت زیادی را تخلیه کنند. بنابراین، استفاده از درختان مرکل به کاهش این مشکل کمک می کند. ذخیره‌سازی داده‌های روی زنجیره نیز می‌تواند گران باشد، بنابراین استفاده از درختان Merkle برای کاهش حجم داده‌ها می‌تواند به پلتفرم‌های بلاک چین در صرفه‌جویی در هزینه کمک کند.
علاوه بر این، فرآیند درخت مرکل خیلی طول نمی کشد، که خبر خوبی در مورد کارایی است. از این گذشته، بسیاری از بلاک چین ها برای مدت زمان طولانی تراکنش (از جمله بیت کوین) در نظر گرفته شده اند، بنابراین هر فرآیندی که بتواند به این موضوع کمک کند یک امتیاز مثبت است.
درختان مرکل در بسیاری از زمینه‌های محاسباتی (به ویژه رمزنگاری و رمزگذاری) استفاده می‌شوند، اما اغلب به دلیل حضورشان در بلاک چین‌های ارزهای دیجیتال شناخته می‌شوند. بیت کوین، اتریوم، دوج کوین و همه ارزهای دیجیتال دیگر از درخت مرکل استفاده می کنند، بنابراین بدون شک عنصر مهمی است.
بنابراین، چگونه کار می کند؟
درخت مرکل چگونه کار می کند؟
در زیر نموداری از نحوه عملکرد درخت مرکل آورده شده است. توجه داشته باشید که در واقعیت، تراکنش‌ها و هش‌های بیشتری در هر درخت وجود خواهد داشت، اما این تصویر فرآیند را ساده می‌کند تا بتوانید ایده‌ای از مراحل مربوطه به دست آورید.
با نگاهی به این نمودار درختی مرکل، همه چیز کمی پیچیده به نظر می رسد. اما فرآیند هش درخت مرکل در صورت شکسته شدن کاملاً ساده است.
چند مرحله وجود دارد که به فرآیند درخت مرکل می‌رود. هش های پایین درخت مرکل به عنوان برگ شناخته می شوند، در حالی که هش های وسط درخت به عنوان شاخه شناخته می شوند. گاهی اوقات به شاخه ها به عنوان گره های غیر برگ نیز گفته می شود. در پایین نمودار، بلوک‌های داده (یا تراکنش‌ها) را دارید که هش از آنها ظاهر می‌شود.
تراکنش های اولیه از هر گره به صورت جفت هش می شوند و یک هش به عنوان نتیجه باقی می ماند. سپس، جفت به جفت به طور مکرر در یک هش می شوند تا زمانی که یک هش واحد ظاهر شود، جایی که فرآیند به پایان می رسد. اگر تعداد عجیب و غریبی از تراکنش ها در یک بلوک وجود داشته باشد، یک تراکنش کپی می شود تا بتوان آن را با نسخه اصلی برای هش جفت کرد.
اگرچه هش نهایی در بالای نمودار بالا ظاهر می شود، به عنوان “ریشه” درخت (هش ریشه) شناخته می شود. ریشه اساساً هش اوج تمام هش های جداگانه تراکنش های ذخیره شده در بلوک است. یک درخت Merkle برای هر بلوک مورد نیاز است، به این معنی که هر بلوک دارای یک فیلد داده Merkle Root است.
اگر تا به حال به طور عمیق به بلاک چین نگاه کرده باشید، ممکن است نام Merkle Root یا Merkle Hash را شنیده باشید. درون یک بلوک چیزی به نام hashMerkleRoot وجود دارد. این داده (هش نهایی در انتهای درخت) در هدر بلوک یک بلوک داده شده نگهداری می شود. یک بلوک بلاک چین همچنین داده های دیگری مانند مهر زمانی، شماره نسخه دارایی و “nonce” (عدد فقط یک بار استفاده شده) را در خود نگه می دارد.
آیا بلاک چین ها بدون درختان مرکل می توانند کار کنند؟
در حالی که درختان Merkle برای وجود بلاکچین کاملاً مورد نیاز نیستند، آنها نقش فوق العاده مهمی در امنیت داده ها دارند.
بدون درختان مرکل، بلاک چین های ارزهای دیجیتال به منابع و زمان بیشتری برای انجام فرآیندهای کلیدی نیاز دارند. اولا، هر گره در شبکه باید کپی خود را از هر تراکنش انجام شده در بلاک چین نگه دارد. در بلاک‌چین‌های بزرگ‌تر، صدها هزار تراکنش می‌توانند تنها در یک روز انجام شوند، بنابراین اضافه کردن چنین حجمی از داده‌ها به کپی هر گره بدون شک منابع زیادی را مصرف می‌کند.
علاوه بر این، درختان Merkle نقش مهمی در تأیید داده ها دارند. از طریق هش ریشه واحد در انتهای درخت، اعتبار سنجی ها و ماینرها می توانند تأیید کنند که آیا بلوک، به عنوان یک کل، برای اضافه شدن به بلاک چین معتبر است یا خیر. توانایی احراز هویت داده ها بدون غربال کردن در هر تراکنش یک امتیاز مثبت است که باعث صرفه جویی در زمان و فضای ذخیره سازی می شود.
درختان مرکل کلیدی در عملکرد بلاک چین هستند
نمی توان انکار کرد که درختان Merkle امنیت و کارایی بلاک چین را بدون اشغال فضای زیادی ارائه می دهند. این فرآیند رمزنگاری بسیار خوب به بلاک چین ها اجازه می دهد تا بدون نیاز به استفاده بیش از حد از منابع، به طور یکپارچه عمل کنند. درختان مرکل ضروری نیستند، اما در مورد زمان، فضای ذخیره سازی و احراز هویت داده ها بسیار مفید هستند.