درخت مرکل در بلاک چین چیست و چگونه کار می کند؟

راههای آماده سازی اصلی:

• La درخت مرکل یک نوع درخت هش باینری است که دارای 3 نوع گره است: گره های برگ، گره های غیر برگ و گره های ریشه.
• درخت Merkle برای تأیید و حفظ یکپارچگی تراکنش در هر دفتر کل غیرمتمرکز مفید است.
• درخت مرکل در بیت کوین و همچنین اتریوم دیده می شود.

معرفی

رمزنگاری دیگر موضوعی ناشناخته نیستند و همینطور هم نیستند بلاکچین، فناوری پشت سرچشمه آنها. برای هر علاقه‌مند به ارزهای دیجیتال، درک ساختارهای بلاک چین و نحوه عملکرد آنها اولین گام برای درک ماهیت واقعی کریپتوها است.

در حالی که درک ساختارهای مختلف بلاک چین جایی است که درختان مرکل وارد می شوند. به عنوان یک مفهوم در سال 1980 توسط رالف مرکل از دانشگاه استنفورد توسعه یافت. درخت مرکل معمولاً در شبکه های همتا به همتا (P2P) برای مقابله با قدرت محاسباتی و فضای حافظه مورد نیاز استفاده می شود. اغراق نیست اگر بگوییم درختان مرکل باعث موفقیت بزرگی در فناوری بلاک چین شدند. پس بیایید به معنای پشت درخت مرکل و نحوه عملکرد آن بپردازیم.

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

مروری بر درخت مرکل

به زبان ساده، درخت Merkle نحوه ساختار داده‌ها را به صورت هدفمند نشان می‌دهد. این امکان تأیید سریع و کارآمد حجم گسترده ای از اطلاعات در یک بلاک چین را فراهم می کند. همانطور که قبلا ذکر شد، رالف مرکل ناخودآگاه آن را به عنوان یک مفهوم در مقاله ای با عنوان "یک امضای دیجیتال تایید شده" ایجاد کرد. اما هیچ کس انتظار نداشت که در آینده به جزء اصلی یک دفتر کل غیرمتمرکز تبدیل شود.

درخت مرکل از زمان پیدایش دنیای رمزنگاری را بهبود بخشیده است. اما پس از اینکه خالق مرموز بیت کوین از آن در کد اصلی بیت کوین استفاده کرد، برای ارزهای دیجیتال حیاتی شد. پس از آن، اتریوم و سایر ارزهای دیجیتال نیز درختان مرکل را پذیرفتند.

در مورد شبکه بیت کوین، درختان مرکل یک مؤلفه کارآمد هستند که به جای فایل اطلاعاتی با اندازه بزرگ برای تأیید داده ها از هش استفاده می کند. درخت مرکل از اصطلاحات توصیفی منحصر به فرد برای توصیف روابط بین گره ها و سطوح آنها استفاده می کند.

هر بلوک منفرد در بلاک چین شامل تعدادی تراکنش است. ذخیره همه آن تراکنش ها و یافتن اینکه کدام تراکنش های خاص به کدام بلوک تعلق دارند می تواند کارهای ناامیدکننده ای گران باشد. علاوه بر این، می تواند تأثیر منفی بر کارایی یک بلاک چین داشته باشد. با این حال، با درختان Merkle، همه تراکنش ها به طور موثر مرتب می شوند، در نتیجه از داده های کمتری برای تأیید استفاده می شود و پردازش CPU کاهش می یابد.

درک نحوه عملکرد درخت مرکل در زنجیره بلوکی

در اینجا یک مثال ساده برای روشن شدن این مفهوم آورده شده است: 

یک بلوک داده مانند آنچه در بالا نشان داده شده است را تصور کنید که دارای 4 تراکنش است: L1، L2، L3 و L4. برای ذخیره این تراکنش ها، می توانیم با محاسبه هش هر تراکنش، مفهوم درخت مرکل را پیاده سازی کنیم. بعد از محاسبه، هش L1، Hash L2، Hash L3 و Hash L4 را دریافت می کنیم.

این هش‌های هر تراکنش در یک گره که معمولاً گره برگ نامیده می‌شود، از درخت مرکل ذخیره می‌شوند. اما کار ما ادامه دارد، زیرا باید با جفت کردن گره های برگ، گره های غیربرگی را تشکیل دهیم. پس از محاسبه، هش 0 و هش 1 را دریافت می کنیم که به آنها گره های والد یا گره های غیر برگ هش های L1، L2، L3 و L4 می گویند.

در نهایت هش هش 1 و هش 2 با جفت شدن آنها با یکدیگر محاسبه می شود و به گره ریشه می رسیم که ریشه مرکل است. از طریق این مثال، ما متوجه می شویم که درختان Merkle با هش کردن گره های فرزند به طور مکرر کار می کنند تا زمانی که یک هش منفرد در ساختار باقی بماند.

به این ترتیب، درخت Merkle دقیقاً به شما می گوید که آیا یک تراکنش تنها با بررسی ریشه درخت بر درخت تأثیر گذاشته است یا خیر. ریشه Merkle در هدر بلوک ذخیره می شود و آن را ضد دستکاری می کند و اعتماد و یکپارچگی را در یک دفتر کل غیرمتمرکز افزایش می دهد. توجه به این نکته مهم است که درختان Merkle از یک تابع هش یک طرفه استفاده می کنند و تا زمانی که این هش اثبات داده ها را از داده ها جدا کند، ادامه می یابد.

ضرورت درختان مرکل برای بلاک چین

اکنون که درباره چیستی درخت مرکل و نحوه عملکرد آن بحث کردیم، تنها کاری که باید انجام دهیم این است که بفهمیم چرا برای بلاک چین مهم است. مزایای فراوان درخت مرکل آن را برای فناوری بلاک چین و حتی پلتفرم های رمزنگاری ضروری می کند. برخی از این مزایا عبارتند از:

وقتی صحبت از انتقال، محاسبات و پیمایش داده ها می شود، تأخیر مجاز نیست. به همین دلیل است که بسیاری از بلاک چین ها از درخت مرکل استفاده می کنند تا شبکه را از هر نوع تاخیر در هنگام انتقال داده ها دور نگه دارند. با کاهش مقدار حافظه مورد نیاز برای اثبات یکپارچگی و اعتبار داده ها، درختان مرکل به بخشی ضروری از بلاک چین تبدیل می شوند.

در بلاک چین بیت کوین، که یک P2P توزیع شده است، ممکن است ناسازگاری یا حتی دستکاری داده ها وجود داشته باشد، زیرا همان داده ها در هر رایانه متصل به شبکه P2P وجود دارد. در این مورد، درخت مرکل تشخیص هر نوع ناسازگاری یا دستکاری در تراکنش‌ها را برای ماینرها آسان می‌کند.

بدون استفاده از این مفهوم، تمام داده ها نیاز به انتقال به سراسر شبکه دارند که منجر به کندی شبکه، کاهش کارایی و هزینه های غیر ضروری می شود. از چنین سناریویی می توان با کمک درختان مرکل جلوگیری کرد که امکان تأیید سریع داده ها با قدرت محاسباتی و پهنای باند عملی را فراهم می کند.

افکار نهایی

درختان مرکل مفهومی پیچیده به نظر می رسند، اما جزء حیاتی فناوری بلاک چین و ارزهای دیجیتال هستند. بدون وجود این مفهوم، هیچ سیستم قابل اعتمادی در بیت کوین، اتریوم و استخراج وجود نخواهد داشت.

سوالات متداول:

Q1. درختان مرکل برای رسیدن به چه چیزی طراحی شده اند؟
درخت مرکل به‌عنوان فرآیندی برای تأیید داده‌ها طراحی شد تا به رایانه‌ها اجازه دهد سریع‌تر کار کنند.
Q2. ارتباط بین درخت مرکل و اتریوم چیست؟
درخت مرکل نوعی ساختار بلاک چین است که نه تنها اتریوم بلکه بیت کوین و فرآیند استخراج کریپتو را نیز پشت سر می گذارد. با این حال، اتریوم از نسخه اصلاح شده درخت Merkle استفاده می کند که معمولاً به عنوان درخت Merkle Patricia شناخته می شود.
Q3. نحوه اجرای درخت مرکل
برای پیاده سازی درختان مرکل، باید با درخت های باینری شروع کرد، که در آن هر گره غیر برگ، هش دو گره فرزند است. این برگ‌ها می‌توانند شامل داده‌ها یا حاوی اطلاعات باشند هش داده ها.
Q4. برخی از مزایای درخت مرکل چیست؟
درخت مرکل که یک ساختار سبک است که مقیاس پذیری را در بلاک چین افزایش می دهد، می تواند از شر داده های غیر ضروری خلاص شود و در نتیجه کارایی را بهبود بخشد. هم ماینرها و هم کاربران می‌توانند از درخت Merkle بهره ببرند، زیرا بخش‌های جداگانه بلوک‌ها را تأیید می‌کند، تراکنش‌ها را با استفاده از هش بررسی می‌کند، و همچنین هنگام دریافت تراکنش، هش‌ها را محاسبه می‌کند.