Ceļvedis Merkles kokiem

Vai esat dzirdējuši par Merkles kokiem, apspriežot blokķēdes tehnoloģiju? Tas ir tāpēc, ka Merkles koks ir pašas tehnoloģijas pamatā.

Tātad, kas tas īsti ir?

Šajā rakstā mēs padziļināti iziesim cauri Merkles kokam un sapratīsim tā lomu blokķēdes tehnoloģijas panākumos.

merkles koks

Sāksim.

Kas ir Merkles koks?

Merkles koks ir datu struktūra, ko izmanto, lai droši pārbaudītu datus lielā satura pūlī. Tas ir arī efektīvs un konsekvents, kad runa ir par datu pārbaudi.

Gan Ethereum, gan Bitcoin izmanto Merkle Trees.

Problēma: Centralizētā tīkla pamatā datiem var piekļūt no vienas kopijas. Tas nozīmē, ka viņiem nav daudz jādara, lai uzglabātu vai piekļūtu datiem. Tomēr, kad runa ir par decentralizēto blokķēdes tīklu, lietas iet uz priekšu, jo visi dati tiek kopēti starp mezgliem. Tātad efektīvu piekļuvi datiem ir izaicinājums. Uzdevums ir arī izveidot datu kopiju un koplietot tos starp mezgliem. Papildus tam ir jāpārbauda koplietojamie dati par katru saņemošo mezglu.

Atrisinājums: Merkle Trees ļauj decentralizētām blokķēdēm dalīties ar datiem, tos pārbaudīt un padarīt tos uzticamus. Tas organizē datus tā, ka datu koplietošanai un pārbaudei nav nepieciešama liela apstrādes jauda. Tas arī atvieglo drošu darījumu, pateicoties hash funkciju un kriptogrāfijas izmantošanai.

Satoshi Nakamoto bija pirmā persona, kas ar Bitcoin palīdzību ieviesa Merkles kokus blokķēdes tehnoloģijā. Viņa izmantošana pavēra jaunu datorzinātņu nozari, kur nav vajadzīga centralizēta iestāde. Viņš arī pārmērīgi izmantoja Merkles kokus un izmantoja Fast Merkle kokus.

Tomēr pirmo reizi šo koncepciju ieviesa Ralfs Merkle, kurš to patentēja 1979. gadā. Tas tika nosaukts viņa vārdā.


Lasiet arī Hyperledger Cactus: New Hyperledger Framework

Kriptogrāfiskās jaukšanas funkcijas

Pirms mēs apspriežam Merkles kokus, mums labāk jāsaprot kriptogrāfiskās jaukšanas funkcija.

Hash funkcija ir atbildīga par jebkura veida jebkura garuma patvaļīgu datu kartēšanu uz fiksēta izmēra izvadi. Tā ir kriptogrāfijas funkcija, un tāpēc to plaši izmanto kriptogrāfijā.

Jaucējfunkcijas ir efektīvas un ir pazīstamas ar vienu īpašību, t.i., funkciju nevar mainīt. Tā ir vienvirziena funkcija, kas paredzēta darbam tikai šādā veidā.

Jaukšanai ir vairāki lietojumi, tostarp

  • Aizsardzība ar paroli
  • Failu integritātes pārbaudes un pārbaude
  • Kriptovalūta

Tur ir vairākas hash ģimenes, tostarp Message Direct (MD), Secure Hash Function (SHF) un RIPE Message Direct (RIPEMD).

Ja izmantojat SHA256 jaukšanas algoritmu un kā ievadi nododat 101Blockchains, jūs saņemsit šādu izvadi

fbffd63a60374a31aa9811cbc80b577e23925a5874e86a17f712bab874f33ac9

Apkopojot to, galvenās hash funkciju īpašības ir šādas:

  • Noteicošs
  • Pirms attēla izturīgs
  • Skaitļošanas ziņā efektīva
  • Nevar mainīt pretēji
  • Izturīgs pret sadursmi

Ja vēlaties uzzināt vairāk par kriptogrāfiskās jaukšanas funkcijām, skatiet detalizētos rakstus šeit:

Kā darbojas Merkles koki?

Tagad, kad mums ir nedaudz laba izpratne par Hash funkcijām, ir pienācis laiks uzzināt vairāk par Merkle Trees.

Tātad tehniski Merkles koki ir datu struktūras koki, kur ne-lapu mezgls ir definēts kā tā attiecīgo bērnu mezglu jaukšanas vērtība.

Tas arī nozīmē, ka Merkles koks ir apgriezts uz leju, kur lapu mezgli ir zemākais mezgls.

Lai labāk izprastu to, ko es cenšos nodot, apskatīsim Merkles koka piemēru:

Merkles koki

Avots: Wikipedia

Merkles koku kodolā mums jāiemācās trīs svarīgi termini. Tie ir šādi:

  • Merkle Sakne
  • Lapu mezgli
  • Ne-lapu mezgli

Ja paskatās uz Merkles koku kopumā, tas ir apgriezts koks. Koks pats spēj apkopot veselu darījumu kopumu. Tas nozīmē, ka lietotājs var pārbaudīt, vai darījums ir daļa no bloka vai nav.

Lai Merkles koki darbotos, tiek izmantota jaukšana. Vienkārši atkārtoti veic mezglu pāru sajaukšanu, līdz paliek tikai viena jaukšanas vērtība. Kreisās jaukšanas vērtības nosaukums ir Merkles sakne jeb sakņu maiss. Koks tiek izveidots no apakšas uz augšu, izmantojot atsevišķu darījumu jaukšanas iespējas. Atsevišķos darījumu jaukšanas variantus sauc arī par darījumu ID.

Lapu mezgli ir mezgli, kas satur darījumu datu jaucējus. Mezglu, kas nav lapu lapas, gadījumā tie glabā divu iepriekšējo jaukumu hash.

Vēl viena svarīga Merkles koku īpašība ir tā, ka tai ir binārs raksturs. Tas nozīmē, ka tas prasa, lai lapu mezgli būtu vienmērīgi, lai tas darbotos. Gadījumā, ja ir nepāra skaits lapu mezglu, tas vienkārši dublēs pēdējo jaucēju un padarīs to vienmērīgu.

Piemērs

Mēģināsim to saprast, ņemot piemēru.

merkles-koka piemērs

Merkles koka piemērs

Šeit mēs redzam, ka blokā ir notikuši četri darījumi. Šie darījumi tiek nosaukti par X, Y, Z un W. Pēc tam darījumi tiek sajaukti un pēc tam saglabāti lapu mezglos, kurus mēs saucam par Hash X, Hash Y, Hash Z un Hash W.

Kad tas ir izdarīts, Hash X, Y, Z un W lapu mezgli atkal tiek sajaukti un izveidoti kombinētā XY un ZW hashā. Visbeidzot, šie divi jaucēji tiek izmantoti, lai izveidotu Merkle sakni vai sakņu maisu.

Visu jaukšanas procesu var veikt ar ļoti lielu datu kopu, kas padara Merkle Trees datu struktūru noderīgu decentralizētu tīklu gadījumā.

Kā mēs iepriekš apspriedām, jaukšanas algoritmu izmantošana ir atkarīga no ieviešanas. Tomēr viena no visbiežāk izmantotajām jaucējfunkcijām ietver SHA-2 kriptogrāfiskās jaukšanas funkciju.

Tātad darījumu var pārbaudīt, ja iepriekšējie darījumi ir pārbaudāmi, pateicoties hash vērtībām.

Kas par datu integritāti?

Merkles koks ir ideāls datu integritātei. Tāpat nav nepieciešams iziet visu darījumu, lai redzētu tā pārbaudāmību. Darījumus var pārbaudīt, izmantojot bloka galvenē saglabāto informāciju. Merkles saknes vērtība tiek mainīta arī atkarībā no iepriekšējiem darījumiem.

Tas arī nozīmē, ka saknes vērtības tiek bieži mainītas un tās var izmantot, lai gandrīz uzreiz pārbaudītu darījumus.

Tas viss var izklausīties nedaudz līdzīgs hash-list, tomēr tā nav taisnība. Lai iegūtu hash sarakstu, jums ir jālejupielādē pilns saraksts, lai pārbaudītu darījumus vai datus.

Merkles koka gadījumā jūs varat lejupielādēt filiāli un pēc tam izmantot to, lai pārbaudītu darījumus.

Lai pārbaudītu darījumus, nav nepieciešams lejupielādēt visu koku. Tas arī nozīmē, ka visu koku var sadalīt mazos datu blokos, kurus var izmantot, lai pārbaudītu darījumus visā tīklā. Jēdziens ir pazīstams kā Merkle pierāda.

Varat arī pārbaudīt Merkle koka pitonu – Merkles koka ieviešanu Python rakstu.

Kā Merkles koki darbojas Bitcoin

Bitcoin bija pirmā kriptonauda, ​​kas efektīvi izmantoja Merkles kokus. Lai nodrošinātu, ka jaukšanas vērtības ir aizsargātas un tās nevar viegli mainīt, tā izmanto slaveno drošās jaukšanas algoritmu SHA-256. Tas arī nozīmē, ka jaukšanas vērtību izvade ir 256 biti. Būtībā Merkles koki tiek izmantoti datu glabāšanai un arī darījumu apgriešanai.

Lasiet arī rakstu Kā sākt darbu ar Blockchain

Bitcoin, katrs bloks ir savienots ar iepriekšējiem blokiem, izmantojot hash vērtības. Tā tiek izveidota visa blokķēde. Blokā ir bloka galvenes, kas satur svarīgu informāciju, piemēram:

  • Merkle Root Hash
  • Bloķēt versijas numuru
  • Laika zīmogs
  • Nonce
  • Kalnrūpniecības grūtības mērķis
  • Iepriekšējais Bloķēt Hash

Lai labāk izprastu, ieskatīsimies zemāk redzamajā diagrammā. Tas ir ņemts no Bitcoin baltā grāmata pati.

merkle-koks-bitcoin

Paraksts: Merkles koki Bitcoin

Kā redzat, kalnračiem ir jāiekļauj darījumi blokā. Kad tas izdarīts, tas tiek sajaukts un kļūst par Merkles koka daļu.

Merkles koku izmantošana šādā veidā var dot vairākas priekšrocības. Tas ietver vienu ievērojamu ieguvumu, t.i., vienkāršu maksājumu pārbaudi (SPV). Šie SVP ir mezgli, kurus var saukt arī par viegliem klientiem. Tātad, ko viņi dara? Viņi vienkārši lejupielādē garākās ķēdes bloka galvenes, un tāpēc viņiem nav jāielādē visa bloku ķēde. Lai tos visus paveiktu, viņiem jāpārbauda, ​​vai tajā ir saglabātas bloka galvenes garākajai ķēdei. Tas ir tas, kā Merkles koka ieviešana tiek veikta bitcoin.

Galu galā SPV pēc tam var izmantot Merkle Mapof Proof un pārbaudīt darījumu, izmantojot Merkle koka saknes jaucēju.

Kā Merkle koki tiek izmantoti Ethereum

Ethereum blokķēdē tiek izmantoti arī Merkles koki. Tomēr pieeja šeit atšķiras no tā, kā bitcoīns to izmantoja. Ethereum tiek izmantots Merkle Patricia Tree, kas ir sarežģīta Merkle koka versija. Tas ir iespējams, jo Ethereum ir pabeigts Turingā.

Ja vēlaties uzzināt vairāk par to, kā Merkle koki darbojas Ethereum, skatiet detalizētu ziņu šeit.

Citu Merkle koku ieviešana: lietojuma gadījumi

Protams, tur ir arī citi Merkles koki. Viens no populārākajiem ir Git – izplatīta versiju vadības sistēma. To izmanto programmētāji no visas pasaules, lai pārvaldītu savus projektus.

Vēl viena noderīga ieviešana ir redzama Starpplanētu failu sistēma – vienādranga izplatīts protokols. Tas ir arī atvērtā koda un ļauj skaitļošanas ierīcēm pievienoties un izmantot visuresošu failu sistēmu.

Pat sertifikātu iestādes savā labā izmanto Merkles kokus. Viņi to izmanto mehānismā, lai izveidotu pārbaudāmus sertifikātu pārredzamības žurnālus. Tā kā žurnāls ir milzīgs, Merkles koki ļauj datoriem to pārbaudīt, netērējot pārāk daudz laika un pūļu.

Pēdējais izmantošanas gadījums, kuru mēs apspriedīsim, ir tādas datu bāzes sistēmas kā Amazon DynamoDB un Apache Cassandra. Šīs bez SQL izplatītās datubāzes pārrauga nekonsekvences, izmantojot Merkles kokus datu replikācijas procesā. Ja rodas kādas problēmas, tā var atjaunināt vai labot datus, izmantojot anti-entropijas labošanas procesu.

Īsāk sakot, Merkles koku gadījumu izmantošana ietver

  • Datu sinhronizācija
  • Datu pārbaude
  • Konsekvences pārbaude

Merkle Trees ieguvumi

Šajā sadaļā mēs ātri apskatīsim Merkle koka priekšrocības.

  • Apstiprināt datu integritāti: To var efektīvi izmantot, lai pārbaudītu datu integritāti.
  • Aizņem maz vietas diskā: Merkles koks aizņem maz vietas diskā, salīdzinot ar citām datu struktūrām.
  • Sīkāka informācija tīklos: Merkles kokus pārbaudei var iedalīt sīkā informācijā.
  • Efektīva pārbaude: Datu struktūra ir efektīva, un datu integritātes pārbaude prasa tikai kādu laiku.

Secinājums

Merkles koks ir viens no svarīgākajiem datorzinātņu jēdzieniem. To plaši izmanto daudzos lietošanas gadījumos, un tā izmantošana kriptovalūtā ir radījusi revolucionāru tehnoloģiju,.

Tātad, ko jūs zināt par Merkles kokiem? Komentējiet zemāk un informējiet mūs.

Mike Owergreen Administrator
Sorry! The Author has not filled his profile.
follow me
Like this post? Please share to your friends:
Adblock
detector
map