ما هي شجرة Merkle في Blockchain وكيف تعمل؟

الوجبات الرئيسية:

• • شجرة ميركل هي نوع من شجرة التجزئة الثنائية التي تحتوي على 3 أنواع من العقد: العقد الورقية ، والعقد غير الورقية ، والعقد الجذرية.
• تعد شجرة Merkle مفيدة للتحقق من سلامة المعاملات والحفاظ عليها في أي دفتر أستاذ لامركزي.
• تظهر شجرة Merkle في Bitcoin وكذلك Ethereum.

المُقدّمة

العملات الرقمية لم تعد موضوعًا غير معروف ، ولا هي كذلك سلسلة كتلة، التكنولوجيا وراء أصلهم. بالنسبة لأي متحمس للعملات المشفرة ، فإن فهم هياكل blockchain وكيفية عملها هو الخطوة الأولى لإدراك الطبيعة الحقيقية للعملات المشفرة.

في حين أن فهم هياكل blockchain المختلفة هو المكان الذي تظهر فيه أشجار Merkle. تم تطويره كمفهوم في عام 1980 بواسطة رالف ميركل من جامعة ستانفورد ، شجرة ميركل يستخدم بشكل شائع في شبكات نظير إلى نظير (P2P) للتعامل مع قوة الحوسبة ومتطلبات مساحة الذاكرة. لن يكون من المبالغة القول إن أشجار Merkle حققت نجاحًا كبيرًا في تقنية blockchain. لذلك دعونا نتعمق في المعنى الكامن وراء شجرة Merkle وكيف تعمل.

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

نظرة عامة على شجرة ميركل

ببساطة ، تمثل شجرة Merkle الطريقة التي يتم بها تنظيم البيانات بشكل هادف. يسمح بالتحقق السريع والفعال من كمية كبيرة من المعلومات على blockchain. كما ذكرنا سابقًا ، ابتكرها رالف ميركل دون قصد كمفهوم في ورقة بعنوان "توقيع رقمي معتمد". لكن لم يتوقع أحد أن يصبح مكونًا رئيسيًا في دفتر الأستاذ اللامركزي في المستقبل.

عملت شجرة Merkle على تحسين عالم التشفير منذ نشأتها. لكنه أصبح أمرًا حيويًا للعملات المشفرة بعد أن استخدمها منشئ Bitcoin الغامض في الكود التأسيسي لـ BTC. بعد ذلك ، اعتمدت Ethereum والعملات المشفرة الأخرى أيضًا أشجار Merkle.

في حالة شبكة Bitcoin ، تعد أشجار Merkle مكونًا فعالًا يستخدم التجزئة بدلاً من ملف المعلومات كبير الحجم للتحقق من البيانات. تستخدم شجرة Merkle مصطلحات وصفية فريدة لوصف العلاقات بين العقد ومستوياتها.

تحتوي كل كتلة واحدة داخل blockchain على عدد من المعاملات. يمكن أن يكون تخزين كل تلك المعاملات والعثور على المعاملات الخاصة التي تنتمي إلى أي كتلة مهامًا باهظة الثمن بشكل محبط. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يؤثر سلبًا على كفاءة blockchain. ومع ذلك ، مع أشجار Merkle ، يتم ترتيب جميع المعاملات بكفاءة ، مما يؤدي إلى استخدام بيانات أقل للتحقق وتقليل معالجة وحدة المعالجة المركزية.

فهم كيفية عمل شجرة Merkle في blockchain

إليك مثال بسيط لتوضيح هذا المفهوم: 

تخيل كتلة بيانات مثل الكتلة الموضحة أعلاه تحتوي على 4 معاملات: L1 و L2 و L3 و L4. لتخزين هذه المعاملات ، يمكننا تنفيذ مفهوم شجرة Merkle عن طريق حساب تجزئة كل معاملة. بعد، بعدما حساب، نتلقى Hash L1 و Hash L2 و Hash L3 و Hash L4.

يتم تخزين تجزئات كل معاملة في عقدة ، تسمى عادةً العقدة الورقية ، من شجرة Merkle. لكن عملنا مستمر ، حيث يجب أن نشكل عقدًا غير ورقية عن طريق إقران العقد الورقية. بعد الحساب ، نحصل على Hash 0 و Hash 1 ، والتي تسمى العقد الأصلية أو العقد غير الورقية لتجزئة L1 و L2 و L3 و L4.

أخيرًا ، يتم حساب تجزئة Hash 1 و Hash 2 عن طريق إقرانهما معًا ، ونصل إلى عقدة الجذر ، وهي جذر Merkle. من خلال هذا المثال ، نفهم أن أشجار Merkle تعمل عن طريق تجزئة العقد الفرعية بشكل متكرر حتى تظل التجزئة المفردة داخل الهيكل.

بهذه الطريقة ، تخبرك شجرة Merkle بالضبط ما إذا كانت المعاملة قد أثرت على الشجرة عن طريق التحقق فقط من جذر الشجرة. يتم تخزين جذر Merkle في رأس الكتلة ، مما يجعله مقاومًا للعبث ويعزز الثقة والنزاهة داخل دفتر الأستاذ اللامركزي. من المهم ملاحظة أن أشجار Merkle تستخدم دالة تجزئة أحادية الاتجاه وستستمر حتى يفصل هذا التجزئة إثبات البيانات عن البيانات.

ضرورة وجود أشجار Merkle من أجل blockchain

الآن بعد أن ناقشنا ماهية شجرة Merkle وكيف تعمل ، فإن الشيء الوحيد المتبقي هو فهم سبب أهميتها بالنسبة إلى blockchain. المزايا العديدة لشجرة Merkle تجعلها ضرورة لتكنولوجيا blockchain وحتى منصات التشفير. بعض هذه الفوائد هي:

عندما يتعلق الأمر بنقل البيانات وحوسبتها وعبورها ، لا يُسمح بالتأخير. هذا هو السبب في أن العديد من blockchain تستخدم شجرة Merkle للحفاظ على الشبكة خالية من أي نوع من التأخير أثناء نقل البيانات. من خلال تقليل مقدار الذاكرة المطلوبة لإثبات سلامة البيانات وصلاحيتها ، تصبح أشجار Merkle جزءًا أساسيًا من blockchain.

في Bitcoin blockchain ، وهو P2P موزع ، يمكن أن يكون هناك تناقضات أو حتى تلاعب بالبيانات لأن نفس البيانات موجودة على كل كمبيوتر متصل بشبكة P2P. في هذه الحالة ، تسهل شجرة Merkle على عمال المناجم تحديد أي نوع من عدم الاتساق أو التلاعب بالمعاملات.

بدون استخدام هذا المفهوم ، يجب نقل جميع البيانات عبر الشبكة ، مما يؤدي إلى تباطؤ الشبكة وتقليل الكفاءة والنفقات غير الضرورية. يمكن تجنب مثل هذا السيناريو بمساعدة أشجار Merkle ، والتي تسمح بالتحقق السريع من البيانات بقوة حسابية عملية وعرض النطاق الترددي.

الأفكار النهائية

تبدو أشجار Merkle وكأنها مفهوم معقد ، لكنها عنصر حاسم في تقنية blockchain والعملات المشفرة. بدون وجود هذا المفهوم ، لن يكون هناك نظام غير موثوق به مستخدم في Bitcoin و Ethereum والتعدين.

الأسئلة الأكثر شيوعا:

س 1. تم تصميم أشجار ميركل لتحقيق ماذا؟
تم تصميم شجرة Merkle كعملية للتحقق من البيانات للسماح لأجهزة الكمبيوتر بالعمل بشكل أسرع.
س 2. ما هي العلاقة بين شجرة Merkle و Ethereum؟
Merkle tree هي نوع من هياكل blockchain التي لا تقف وراء Ethereum فحسب ، بل أيضًا عن Bitcoin وعملية تعدين العملة المشفرة. ومع ذلك ، يستخدم Ethereum نسخة معدلة من شجرة Merkle ، والمعروفة باسم شجرة Merkle Patricia.
س 3. كيفية تنفيذ شجرة ميركل
لتنفيذ أشجار Merkle ، يحتاج المرء أن يبدأ بالأشجار الثنائية ، حيث تكون كل عقدة غير ورقية هي تجزئة عقدتين فرعيتين. يمكن أن تحتوي هذه الأوراق على البيانات أو ملف تجزئة البيانات.
س 4. ما هي بعض فوائد شجرة ميركل؟
نظرًا لكونها بنية خفيفة تزيد من قابلية التوسع داخل blockchain ، يمكن لشجرة Merkle التخلص من البيانات غير الضرورية وبالتالي تحسين الكفاءة. يمكن لكل من المعدنين والمستخدمين الاستفادة من شجرة Merkle ، حيث تتحقق من الأجزاء الفردية للكتل ، وتتحقق من المعاملات باستخدام التجزئة ، وتحسب أيضًا التجزئة أثناء تلقي المعاملات.