Категории
Все монеты
Курсы
Криптобот 💎
Калькулятор
Прогнозы
Отзывы о криптовалютах
По странам
На русском языке
Белорусские
Украинские
Американские
Японские
Корейские
Китайские
Турецкие
Казахстанские
Турниры по трейдингу
Мониторинг обменников
Криптокарты 💎
Приложения для обмена
Другие рейтинги
Раздача крипты
Инфографика
NFT
DeFi
Мероприятия
Регулирование
Криптопроекты
Безопасность
Институциональные инвесторы
Майнинг
Эксперты
Инвестирование
Интервью
Биткоин
Эфириум
Эксперимент
Купить оборудование для майнинга
Онлайн-калькулятор доходности майнинга
Доходность асиков и цена
Майнинговые компании
Пулы для майнинга лайткоина (LTC)
Пулы для майнинга Монеро (XMR)
Индекс страха и жадности
Календарь листинга криптовалют на биржах
Календарь ICO
Рейтинг IDO-площадок
Халвинг Биткоина
Академия криптовалют
Телеграм-каналы про криптовалюту
Аккаунты о крипте в Twitter
Вопросы и ответы
Закон
Обратная связь
Редакция
Книга о криптовалюте
Пожаловаться на биржу
Комьюнити
Блоги
Форум
Топ-100 СМИ
Дерево Меркла
Основные достоинства блокчейна — безопасность хранения и неизменность данных внутри сети. Они достигаются за счет соединения ячеек в цепочку и криптошифрования. Однако модель такой связи родилась до реализации первой блокчейн-сети. В материале читатели узнают, как устроено дерево Меркла и в какой степени оно участвует в криптотехнологии. Расскажем о формах концепции, разработанных за 30 лет с момента создания, а также об основных сильных и слабых сторонах такой модели.
Что такое дерево Меркла
Это способ организации данных, который помогает легко проверить точность и обеспечить безопасность цифровых сведений. В структуре Меркла каждый массив исследуется, сжимается и шифруется. Ему присваивается код, который называют хешем. Такие значения уникальны и тесно связаны с данными, записанными в массив.
Кто придумал концепцию
Разработка схем связи началась в 1950-х гг. Тогда они обрели вид перевернутого дерева. Важным этапом в создании концепции признан 1979 год, когда американский ученый и инженер Ральф Меркл (Ralph Merkle) представил свою структуру связи данных. Модель получила название по фамилии автора — дерево Меркла (в англоязычном варианте — Merkle Tree). Позднее концепция стала основой блокчейн-технологии.
С 1990-х хеш-дерево применяют в структуре криптографических протоколов — а именно в качестве ключевого элемента в генерации цифровых подписей и подтверждения подлинности транзакций. Их также разрабатывал Ральф Меркл.
Зачем нужны хеш-деревья
Безопасность цифровой информации — основная особенность такого вида связи. За 30 лет с момента внедрения концепция остается актуальной. Она успешно применяется в различных областях информационных систем. На ее основе построены интернет-соединения, алгоритмы криптографического шифрования и большая часть блокчейн-технологий.
Структура
С развитием информационных возможностей и компьютеров данных стало слишком много. Большие массивы сложно обрабатывать, поэтому требовалось сократить их объемы. Для сжатия сведений созданы хеш-функции.
Ральф Меркл предложил универсальную схему соединения полученных значений. В верхней части структуры расположен главный хеш-код — идентификатор цепочки. Другое его название — корень Меркла. Каждый узел в схеме также получает свой хеш, а «листья» соответствуют отдельным блокам.
Принцип работы
Сначала каждый массив информации собирается в единый блок. Для него создается «заголовок» фиксированной длины (хеш-код).
Затем фразы кодируются попарно, и для каждой связки вычисляется новое значение. Процесс повторяется для всех блоков в структуре — один раз и до тех пор, пока не получится единый корневой итог (хеш «дерева»).
В такой концепции есть важное свойство: данные нельзя подделать. Если это произойдет, то корень в блоке изменится. Сначала сгенерируется обновленный заголовок, затем по цепочке поменяются коды следующих ячеек.
Схему Меркла используют для транзакций, формирования блоков и построения сети. В последовательных цепочках подтверждать подлинность нужно для каждой ячейки. В то же время Merkle Tree использует только корень. Анализировать каждое «дерево» целиком становится не нужно. Главное значение выступает гарантией проверки информации внутри структуры.
У классической концепции Меркла есть доработанная версия — с несколькими хеш-функциями. В таком алгоритме используют разные способы шифрования. Например, самый популярный из видов кодирования SHA-256 усиливают дополнительной хеш-функцией SHA-3, BLAKE2 или другими.
Существует еще один вариант хеш-дерева Меркла — Merkle Patricia Tree (MPT), который подходит для поиска сведений внутри древовидной структуры. Традиционная Merkle Tree в первую очередь используется в сверке подлинности информации, записанной в дереве. Структуры также задействуют одновременно — например, в сети Ethereum.
Основной способ заработка на обмене цифровых активов ― спекулятивная торговля. Трейдеры...
Initial Coin Offering или первичное предложение монет — удобный способ сбора средств для запуска и...
Монета Bitcoin, созданная в 2009 году, стала первым успешным цифровым активом. Появление...
Аналоги
Способ связи Меркла не единственный вид организации данных. Существуют десятки хеш-деревьев. Одни помогают увеличивать скорость поиска необходимых сведений. Другие — сортируют информацию по выбранному условию. Деревья помогают организовать хранение данных и создавать системы индексации на основе определенных элементов строк.
Среди концепций существуют следующие виды:
- Бинарное или двоичное дерево (Binary Tree). В этом способе каждый узел включает не более двух потомков (левого и правого). Концепция применятся для реализации структур данных.
- Бинарное дерево поиска (Binary Search Tree, BST). Усложненная версия предыдущего способа. В ней узлы создают условия для сортировки (ключи), по которым выполняют поиск элементов. Способ также дает возможность удалять или вставлять новую информацию.
- AVL-дерево. Название получено по первым буквам фамилий авторов. Ими стали советские ученые Адельсон-Вельский и Ландис. Разработанная ими схема построена на BST-структуре. Здесь в каждом узле ограничивается высота. Параметр используют для поиска и обновления данных в структуре.
- Красно-черное дерево. Очередное сбалансированное — двоичная схема, в которой корень и листья черные. Красные узлы составляются на основе пар значений противоположного цвета.
- Префиксное и суффиксное деревья. Хеши в них создаются с учетом начала или окончания строк. Модель Меркла стала продолжением связи на основе префиксного варианта.
- B-дерево. Такая концепция создает ключи в каждом узле, а также делит данные на несколько блоков. Хеш-деревья организуют информацию во внешних носителях с последовательным доступом — например, на жестких дисках.
Влияние на криптоиндустрию
Первые блокчейн-цепочки — например, сети Bitcoin, Ethereum — построены на основе дерева Меркла. Благодаря ему создается цепочка, в которой нельзя подменить данные в уже существующих ячейках. Функции, унаследованные блокчейном из концепции Меркла, представлены в таблице.
| Особенность | Комментарий |
|---|---|
| Каждый блок содержит хеш-сумму транзакций и коды предыдущих ячеек. Это делает цепочки устойчивыми к изменениям. | |
| При анализе записей узлам необходимо сравнить небольшое количество информации — например, только хеш-заголовки ячеек. Это особенно важно в майнинге, здесь узлы соревнуются за добавление новых решений в блокчейн. | |
| Изменение информации в одной ячейке приводит к генерации новой хеш-суммы, в том числе в последующих элементах цепочки. Это усложняет подделку или удаление транзакций. | |
| Хранение сжатых и зашифрованных данных помогает быстрее проводить записи в сети. Однако в современных блокчейн-цепях такой скорости недостаточно. Для решения проблемы создают сайдчейн-сети. | |
| Проверка транзакций в алгоритме также построена на основе этой модели |
Как дерево Меркла применяется в блокчейне
Данная структура стала фундаментом одного из главных криптопроцессов — майнинга. По концепции Меркла выполняются все транзакции и создаются блокчейны. Пользователи ищут хеши и получают за это награду в цифровых валютах. Со стороны действия сети структура дает быстрое подтверждение подлинности — верификацию.
Майнинг
Первые блокчейны создавались на системе доказательства работы — Proof-of-Work (PoW). Чтобы получить хеш-значение, нужно решить задачу с использованием оборудования. Когда результат найден, блок считается закрытым, выплачивается награда в криптовалюте. Технику (и владельцев оборудования) называют майнерами, а процесс — добычей цифровых активов.
По сути данные о транзакциях организуются в блоке по типу дерева Меркла. Полученный результат, который закрывает ячейку, становится корневым хешем.
Однако в связи блоков также есть элементы Merkle Tree. Например, в каждой следующей ячейке используется конец предыдущего корня. Так концепция участвует на разных этапах создания цепочки.
Верификация
Дерево Меркла помогает работать с существующей связью блоков. Можно оценить подлинность записанных данных — иными словами, выполнить верификацию. Для этого сверяются главные значения — хеш-коды блоков и корня. Если они совпадают, то транзакции признаются подлинными и следующий блок присоединяется к концу цепочки.
Пройди опрос и получи в подарок скидку на торговую комиссию и книгу о криптовалюте
Более сбалансированный вариант Merkle Patricia Tree (MPT) оптимизирует поиск информации в блокчейне. Для этого алгоритм использует в структуре ключи. По ним узлы (ноды) быстро находят нужную транзакцию или сведения в дереве. В таком способе анализируются выбранные хеши. Не нужно перебирать каждый код, указанный в блоке.
В части случаев подтверждение выполняется на основе целостности данных о транзакциях. Например, можно оценивать только последние корневые хеши в сети.
Преимущества и недостатки хеш-деревьев
У концепции есть как сильные, так и слабые стороны. Для сравнения они перечислены в таблице.
| Преимущества | Недостатки |
|---|---|
| Инвариантность данных. Хеш-деревья усложняют подделку информации. Корневое значение будет сигнализировать об этом. | Затраты на создание блока (дерева). Для добычи хеша в криптосети требуется производительное оборудование. Однако сложность поиска постоянно растет, поэтому вычислительные ресурсы нужно регулярно увеличивать. |
| Скорость работы. С помощью связи Меркла делаются выводы на основе хешей и без затрат ресурсов на анализ массива. | Односторонняя структура. Защита от изменения данных в цепочке считается и преимуществом, и недостатком. Отменить ошибочно созданную транзакцию нельзя. |
| Экономия места. Хеш-деревья уменьшают размер блоков, так как они хранят только корень структуры. | Отсутствие гарантии. Возможна небольшая вероятность поиска одинаковых хеш-значений для разных блоков. Это называется коллизией. Поэтому 100%-ной гарантии надежности дать нельзя. |
| Быстрый доступ к данным. Концепция помогает дополнительно индексировать транзакции. | Ограничения по размеру. Сведения в дереве Меркла хранятся в сжатом виде. Однако информации образуется много, и это замедляет работу с ней. Поэтому требуются дополнительные методы оптимизации: новые алгоритмы шифрования, хардфорки сетей и не только. Такие изменения помогают сжимать данные, ускорять добычу блока и повышать объем ячеек. |
| Безопасность. Хеш-деревья построены на криптографических алгоритмах шифрования. Это защищает сети против атак и фальсификации данных. | Зависимость со структурой. Эффективность хеш-деревьев связана с правильной схемой построения и организацией массива. Такую концепцию сложно внедрить в уже существующую сеть с большими объемами информации. |
Упрощенная проверка оплаты
Часть анализа целостности данных проводится по заголовкам блоков. Такой сценарий участвует в упрощенной проверке оплаты (SPV). В первую очередь он повышает пропускную способность криптографических и традиционных сетей.
Узлы проверяют операции в схеме Меркла и экономят ресурсы при обмене данных. Другими словами, чем меньше объем информации при передаче, тем быстрее проводится подтверждение. SPV делает более эффективными и легкими операции на устройствах с недостаточно производительными ресурсами — например, мобильных телефонах.
Часто задаваемые вопросы
Это процесс сбора информации в блок и создание зашифрованного кода. В майнинге по сути выполняется хеширование транзакций за выплату вознаграждения.
По такой структуре созданы репозитории — например, ресурс GitHub. На нем можно найти исходный код как для блокчейн-продуктов, так и для классических приложений и сайтов.
Это возможность восстановления в структуре Меркла. Например, при необходимости есть опция загрузить прежнюю версию данных или выбрать в схеме более подходящую.
Иначе их называют алгоритмами хеширования или майнинга. Существуют уже несколько десятков таких способов. Самые популярные SHA-256, Ethash и Scrypt.
Простые алгоритмические функции можно раскодировать. Однако, если использовалось криптошифрование, разгадать хеш очень сложно. Потребуются десятки лет. Если применить комбинацию из нескольких алгоритмов криптографии, декодирование может занять миллионы лет.
Монеты
Обменники
Вход/регистрация
Обучение
Форум