Blockchain en cryptocurrencies zijn een enorm en complex landschap. Er gaan veel tandwielen in deze machine, waaronder iets dat bekend staat als een Merkle-boom. Merkle-bomen spelen een sleutelrol in blockchain-functionaliteit, maar wat doet het precies? Hoe werkt een Merkle-boom en waarom is deze zo belangrijk in blockchain-technologie?
Hoe werkt een blockchain?
Voordat we ingaan op de dynamiek van de Merkle-boom, is het belangrijk om het te begrijpen hoe blockchains werken.
In de eenvoudigste bewoordingen is een blockchain een virtuele keten van blokken, elk met zijn eigen set gegevens. Elk blok maakt gebruik van cryptografie, met name hashing, om gegevens te beveiligen en uit de handen van kwaadwillende actoren te houden.
Blockchains worden het meest gebruikt in de cryptocurrency-industrie, waar elke transactie die met een bepaald activum wordt uitgevoerd, wordt vastgelegd op de eigen blockchain. Bovendien wordt elke transactie chronologisch geregistreerd en zichtbaar voor de hele blockchain (zichtbaar met behulp van tools zoals een blockchain-verkenner).
Transacties op een blockchain kunnen niet worden gewijzigd of verwijderd. Gebruik in plaats daarvan een proces genaamd hashen, gegevens worden gecodeerd door middel van wiskundige algoritmen. Deze algoritmen kunnen tekens van elke lengte omzetten in een vaste, gecodeerde lengte.
Bij het vastleggen van transacties op een blockchain spelen Merkle-bomen een cruciale rol. Maar hoe werkt een Merkle-boom?
Wat is een Merkle-boom?
De naam "Merkle-boom" heeft twee oorsprongen. "Merkle" verwijst naar Ralph Merkle, een Amerikaanse computerwetenschapper en wiskundige die enorm heeft bijgedragen aan cryptografie met openbare sleutels. Merkle stelde aanvankelijk binaire hash-bomen voor in 1987 in een paper met de titel "A Digital Signature Based on a Conventionele versleutelingsfunctie." Merkle vond ook cryptografische hashing uit, die wordt gebruikt in de Merkle boom.
Het tweede deel van "Merkle tree" komt voort uit zijn structuur. Een Merkle-boom (of een binaire hash-boom) is een gegevensstructuur die enigszins op een boom lijkt. Merkle-bomen bevatten "takken" en "bladeren", waarbij elk "blad" of "tak" de hash van een gegevensblok bevat.
Kortom, een Merkle-boom stroomlijnt het proces van het opslaan van transactionele hashes op een blockchain. Het groepeert alle transacties binnen een enkel blok en codeert ze efficiënt voor veiligere en snellere opslag in de vorm van één hash. Met behulp van een Merkle-boom kan de validiteit van de gegevens snel worden beoordeeld door middel van een laatste hash. Dit vereenvoudigt het gegevensopslagproces, maar handhaaft ook de beveiligingsintegriteit.
Merkle-bomen hebben ook niet veel rekenkracht nodig. In feite verminderen ze de opslagruimte die nodig is voor gegevens door meerdere transactie-hashes samen te voegen tot slechts één. Het gebruik van middelen is al lang een twistpunt in de crypto-industrie, omdat blockchain-netwerken een enorm beslag kunnen leggen op opslagruimte en stroom. Het gebruik van Merkle-bomen helpt dit probleem dus te verminderen. On-chain gegevensopslag kan ook prijzig zijn, dus het gebruik van Merkle-bomen om de hoeveelheid gegevens te verminderen, kan blockchain-platforms helpen geld te besparen.
Bovendien duurt het Merkle-boomproces niet erg lang, wat goed nieuws is met betrekking tot efficiëntie. Veel blockchains zijn tenslotte gepland vanwege hun lange transactietijden (inclusief Bitcoin), dus elk proces dat kan helpen bij dit probleem is een pluspunt.
Merkle-bomen worden op veel computergebieden gebruikt (met name cryptografie en codering), maar staan vaak bekend om hun aanwezigheid in blockchains voor cryptocurrency. Bitcoin, Ethereum, Dogecoin en alle andere cryptocurrencies gebruiken de Merkle-boom, dus het is ongetwijfeld een belangrijk element.
Hoe werkt het?
Hoe werkt een Merkle-boom?
Hieronder ziet u een diagram van hoe een Merkle-boom werkt. Merk op dat er in werkelijkheid veel meer transacties en hashes per boom zouden zijn, maar deze afbeelding vereenvoudigt het proces zodat u een idee krijgt van de betrokken stappen.
Als we naar dit Merkle-boomdiagram kijken, zien de dingen er een beetje ingewikkeld uit. Maar het proces van Merkle-boomhashing is vrij eenvoudig wanneer het wordt afgebroken.
Er zijn een aantal stappen in het Merkle-boomproces. De hasj aan de onderkant van de Merkle-boom staat bekend als bladeren, terwijl de hasj in het midden van de boom bekend staat als takken. De takken worden ook wel niet-bladknopen genoemd. Helemaal onderaan het diagram staan de datablokken (of transacties) waaruit de hash tevoorschijn komt.
De initiële transacties van elk knooppunt worden in paren gehasht, waarbij één hash overblijft als uitkomst. Vervolgens worden paar na paar herhaaldelijk tot één gehasht totdat er een enkele hash ontstaat, waar het proces eindigt. Als er een oneven aantal transacties binnen een blok is, wordt één transactie gedupliceerd zodat deze kan worden gekoppeld aan het origineel voor hashing.
Hoewel de uiteindelijke hash bovenaan het bovenstaande diagram verschijnt, staat deze bekend als de "root" van de boom (de root-hash). De root is in wezen de culminatie-hash van alle individuele hashes van transacties die in het blok zijn opgeslagen. Per blok is één Merkle-boom vereist, wat betekent dat elk blok één Merkle Root-gegevensveld heeft.
Als je ooit diepgaand naar blockchains hebt gekeken, heb je misschien gehoord van de Merkle Root of Merkle Hash. Binnen een blok bestaat iets dat bekend staat als een hashMerkleRoot. Deze gegevens (de laatste hash aan het einde van de boom) worden bewaard in de blokkop van een bepaald blok. A blockchain-blok bevat ook andere gegevens, zoals een tijdstempel, het versienummer van het item en de "nonce" (nummer dat maar één keer wordt gebruikt).
Kunnen Blockchains functioneren zonder Merkle Trees?
Hoewel Merkle-bomen niet absoluut nodig zijn om een blockchain te laten bestaan, spelen ze een ongelooflijk belangrijke rol bij het beveiligen van gegevens.
Zonder Merkle-bomen hebben cryptocurrency-blockchains meer middelen en tijd nodig om belangrijke processen uit te voeren. Ten eerste zou elk knooppunt binnen het netwerk zijn eigen kopie moeten bewaren van elke transactie die op de blockchain wordt uitgevoerd. Op grotere blockchains kunnen honderdduizenden transacties plaatsvinden in de ruimte van slechts één dag, dus het toevoegen van zo'n hoeveelheid gegevens aan de kopie van elk knooppunt zou ongetwijfeld veel verbruiken bronnen.
Bovendien spelen Merkle-bomen een grote rol bij gegevensverificatie. Via de enkele root-hash aan het einde van de boom kunnen validators en miners verifiëren of het blok als geheel geldig is om aan de blockchain te worden toegevoegd. Het is een pluspunt om gegevens te kunnen authenticeren zonder elke afzonderlijke transactie te doorzoeken, wat tijd en opslagruimte bespaart.
Merkle Trees zijn de sleutel in Blockchain-functionaliteit
Het valt niet te ontkennen dat Merkle-bomen blockchains veiligheid en efficiëntie bieden zonder veel ruimte in beslag te nemen. Dit handige cryptografische proces zorgt ervoor dat blockchains naadloos kunnen werken zonder dat er overmatig gebruik van bronnen nodig is. Merkle-bomen zijn niet essentieel, maar enorm voordelig als het gaat om tijd, opslagruimte en gegevensauthenticatie.