บล็อกเชนเป็นบัญชีแยกประเภทแบบกระจายอำนาจสำหรับการบันทึกข้อมูล เป็นเทคโนโลยีที่อยู่เบื้องหลัง cryptocurrencies แตกต่างจากบัญชีแยกประเภทด้วยตนเองตรงที่ blockchain ไม่สามารถเปลี่ยนรูปได้ บันทึกใด ๆ ใน blockchain ถือเป็นที่สิ้นสุดและไม่สามารถเสียหายได้ หนึ่งในคุณสมบัติที่เอื้อต่อความเป็นเอกลักษณ์ของบล็อกเชนคือ ต้นเมิร์กเคิลและรากเมิร์กเคิล

ต้นไม้ Merkle เป็นส่วนสำคัญของบล็อกเชน ช่วยให้ตรวจสอบธุรกรรมได้อย่างมีประสิทธิภาพและรักษาความสมบูรณ์ของข้อมูลที่จัดเก็บไว้ในบล็อกเชน ในเครือข่ายแบบกระจายอำนาจเช่น Bitcoin ซึ่งทุกคนมีสำเนาของข้อมูลเครือข่าย จำเป็นต้องตรวจสอบว่าข้อมูลดังกล่าวถูกต้องเพื่อให้แน่ใจว่ามีความสอดคล้องกัน มาดูกันว่า Merkle Tree และ Merkle Root นำไปใช้กับ Blockchain ได้อย่างไร

Merkle Tree คืออะไร?

ต้นไม้ Merkle เป็นโครงสร้างที่ใช้ในการตรวจสอบและรักษาความสมบูรณ์ของข้อมูลในชุดอย่างมีประสิทธิภาพและประสิทธิผล ประกอบด้วยแฮชธุรกรรมหลายรายการที่จัดเรียงในโครงสร้างแบบต้นไม้ ฟังก์ชันแฮชใช้ในบล็อกเชนเพื่อแสดงรายละเอียดธุรกรรมอย่างเรียบง่ายและสม่ำเสมอ กล่าวอีกนัยหนึ่ง การแฮชคือการรับอินพุตที่มีความยาวเท่าใดก็ได้และส่งคืนเอาต์พุตที่มีความยาวคงที่ การใช้ฟังก์ชันแฮชเพื่อแสดงข้อมูลช่วยอำนวยความสะดวกในการจัดการข้อมูลจำนวนมากอย่างมีประสิทธิภาพ

ต้น Merkle ได้รับการพัฒนาขึ้นในปี 1980 โดย Ralph Merkle ศาสตราจารย์แห่ง Stanford เขานำเสนอเทคโนโลยีในเอกสารของเขาเกี่ยวกับลายเซ็นดิจิทัลที่ชื่อว่า "ลายเซ็นดิจิทัลที่ผ่านการรับรอง" ต้นไม้ Merkle ส่วนใหญ่จะใช้ในเครือข่ายเพียร์ทูเพียร์ (P2P) ซึ่งมีการแบ่งปันข้อมูลและตรวจสอบความถูกต้องโดยอิสระ Merkle Tree ถูกใช้อย่างกว้างขวางในสกุลเงินดิจิทัล เช่น Bitcoin เพื่อตรวจสอบความถูกต้องของการทำธุรกรรม

บล็อกเชนตามชื่อหมายถึงประกอบด้วยบล็อกที่เชื่อมโยงเข้าด้วยกัน แต่ละบล็อกสามารถโฮสต์ข้อมูลธุรกรรมได้หลายพันรายการ การตรวจสอบการทำธุรกรรมบนเครือข่ายจะต้องใช้พื้นที่และพลังการประมวลผลจำนวนมาก แต่ด้วยความช่วยเหลือของ Merkle Tree ทำให้สามารถตรวจสอบธุรกรรมได้โดยไม่ต้องผ่านธุรกรรมหลายพันรายการบนเครือข่าย

ธุรกรรมถูกจัดกลุ่มเป็นคู่และพบแฮชของแต่ละคู่และจัดเก็บไว้ในโหนดหลัก โหนดพาเรนต์จะถูกจับคู่และแฮชของพวกมันจะถูกพบและเก็บไว้หนึ่งระดับขึ้นไป แนวโน้มยังคงดำเนินต่อไปจนกว่าเราจะไปถึงรากของต้นแฮช โดยสรุป มีโหนดสามประเภทบนต้นไม้เมิร์กเคิล

1. Leaf node: ทุกธุรกรรมในบล็อกมีค่าแฮช ค่าแฮชนี้ถูกเก็บไว้ในโหนดปลายสุด
2. โหนดที่ไม่ใช่ลีฟ: โหนดนี้ประกอบด้วยค่าแฮชจากโหนดลีฟที่แตกต่างกัน เป็นตัวกลางระหว่าง leaf node และ root node
3. รูทโหนด: นี่คือรูทของต้นไม้ Merkle และมีแฮชเดียวที่แสดงถึงธุรกรรมทั้งหมดในบล็อกซึ่งเก็บไว้ในส่วนหัวของบล็อก

ด้วยโครงสร้างข้างต้น การตรวจสอบจะต้องตรวจสอบส่วนหัวของบล็อกเท่านั้น แทนที่จะตรวจสอบทั้งระบบ ต้นไม้ Merkle ได้รับการกล่าวขานว่าเป็นเลขฐานสอง ซึ่งหมายความว่าสำหรับการสร้างต้นเมิร์เคิลที่เหมาะสม จำนวนของโหนดใบไม้ควรจะเท่ากัน แต่ในสถานการณ์ที่เรามีโหนดลีฟเป็นจำนวนคี่ โหนดสุดท้ายจะถูกจำลองซ้ำเพื่อให้เป็นเลขคู่

Merkle Root คืออะไร?

ราก Merkle คือแฮชของธุรกรรมทั้งหมดใน Merkle Tree เมื่อธุรกรรมจับคู่และแฮชสำเร็จแล้ว ผลลัพธ์คือ Merkle Root การเปลี่ยนแปลงข้อมูลใด ๆ จะนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในราก Merkle ดังนั้น Merkle Root จะทำให้แน่ใจว่าไม่มีการเปลี่ยนแปลงข้อมูลบนเครือข่าย

Merkle Tree ทำงานอย่างไร

ต้นไม้ Merkle แบ่งข้อมูลจำนวนมากออกเป็นหน่วยเล็ก ๆ ที่สามารถจัดการได้ง่าย รวมข้อมูลการทำธุรกรรมทั้งหมดไว้ในบล็อกเพื่อสร้างลายนิ้วมือดิจิทัลเดียว ดังนั้นการตรวจสอบธุรกรรมจึงง่ายและรวดเร็วขึ้น

Merkle tree เกิดจากการรวมและแฮชคู่ของโหนดต่างๆ ผลที่ได้คือรากเมิร์กเคิล โครงสร้างของต้นเมิร์กเคิลเริ่มจากล่างขึ้นบน (รากถึงใบ) ธุรกรรมที่แตกต่างจากโหนดลีฟจะถูกจับคู่เพื่อสร้างโหนดที่ไม่ใช่ลีฟจนกว่าเราจะไปถึงรูทโหนด

เพื่อความเข้าใจที่ชัดเจนยิ่งขึ้นเกี่ยวกับต้นเมิร์กเคิล ให้พิจารณาบล็อกที่มีธุรกรรมที่แตกต่างกัน 8 รายการ ได้แก่ T1, T2, T3, T4, T5, T6, T7 และ T8 แต่ละธุรกรรมถูกแฮชเพื่อสร้าง H1, H2, H3, H4, H5, H6, H7 และ H8 แฮชจะถูกจับคู่และแฮชอีกครั้งเพื่อให้ได้ H(12), H(34), H(56) และ (H78) ผลลัพธ์จะถูกจับคู่อีกครั้งและแฮชเพื่อให้ H(1234) และ H(5678) ขั้นตอนต่อไปจะให้ H (12345678) เป็นรากของ Merkle แผนภาพด้านล่างแสดงต้นไม้ Merkle ที่สร้างขึ้นจากธุรกรรมที่แตกต่างกัน 8 รายการในบล็อก

คำอธิบายข้างต้นช่วยให้คุณเข้าใจแนวคิดของต้นไม้ Merkle แม้ว่ามันจะซับซ้อนกว่าที่เรามี รากของ Merkle ที่สร้างขึ้นในตอนท้ายจะถูกเก็บไว้ในส่วนหัวของบล็อกและใช้ในระหว่างกระบวนการขุด ตัวอย่างเช่น ในเครือข่าย Bitcoin ส่วนหัวของบล็อกจะถูกแฮชแทนที่จะจัดการกับธุรกรรมแยกต่างหาก ด้วย Merkle Root ที่อยู่ในส่วนหัวของบล็อก การเปลี่ยนแปลงใด ๆ ในข้อมูลเริ่มต้นจะถูกตรวจจับได้ง่าย สิ่งนี้ทำให้ระบบป้องกันการปลอมแปลงทั้งหมด

ข้อดีของ Merkle Tree

การใช้ Merkle Tree และ Merkle Root ใน Blockchain มีข้อดีมากมาย โดดเด่นในหมู่พวกเขาคือ:

กระบวนการตรวจสอบข้อมูลที่มีประสิทธิภาพ

Merkle tree เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการตรวจสอบการทำธุรกรรมโดยไม่ต้องใช้พลังการประมวลผลมากนัก

ความจุหน่วยความจำน้อย

การยืนยันธุรกรรมโดยใช้ Merkle Tree ไม่จำเป็นต้องดาวน์โหลดบล็อกเชนทั้งหมด ดังนั้นการคำนวณจึงต้องการพื้นที่น้อยกว่าเมื่อเทียบกับโครงสร้างข้อมูลอื่นๆ

ธุรกรรมที่รวดเร็ว

เมื่อธุรกรรมถูกจับคู่และสร้างแฮชเดียว การถ่ายโอนข้อมูลผ่านเครือข่ายจะเร็วขึ้น นั่นเป็นหนึ่งในเหตุผลหลักที่การถ่ายโอน cryptocurrencies นั้นรวดเร็วมาก

การตรวจจับการงัดแงะ

ต้นไม้ Merkle ทำให้สามารถตรวจจับได้เมื่อธุรกรรมถูกดัดแปลง เมื่อธุรกรรมถูกแฮชและจัดเก็บไว้ในบล็อกเชน การเปลี่ยนแปลงข้อมูลเริ่มต้นจะทำให้แฮชเปลี่ยนไปด้วย สามารถตรวจจับได้โดยการเปรียบเทียบแฮชปัจจุบันกับแฮชที่เก็บไว้ในส่วนหัวของบล็อก

ทำไม Merkle Trees และ Merkle Roots จึงมีความสำคัญใน Blockchain

Blockchain ประกอบด้วยโซ่ของบล็อก บล็อกเดียวสามารถรองรับธุรกรรมที่แตกต่างกันได้มากถึงพันรายการ แฮชรูตที่ได้รับในตอนท้ายของ Merkle Tree จะสรุปธุรกรรมทั้งหมดที่อยู่ในบล็อกนั้น สิ่งนี้ทำให้กระบวนการตรวจสอบมีประสิทธิภาพและตรวจพบการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ได้อย่างง่ายดาย

ในสถานการณ์ที่ไม่ได้ใช้ Merkle Tree ทุกโหนดบนเครือข่ายจะมีสำเนาของบัญชีแยกประเภท การตรวจสอบธุรกรรมในระบบดังกล่าวจะต้องผ่านสำเนาทั้งหมดของโหนดและทำการเปรียบเทียบ การเปรียบเทียบเวอร์ชันต่างๆ ของบัญชีแยกประเภทจะต้องใช้พลังการประมวลผลและพื้นที่หน่วยความจำจำนวนมาก แต่ด้วยความช่วยเหลือของ Merkle Tree กระบวนการนี้จะถูกข้ามไปและการตรวจสอบทำได้โดยใช้กำลังการคำนวณน้อยที่สุด

การประยุกต์ใช้ Merkle Trees และ Merkle Roots ใน Blockchain

ต้น Merkle และราก Merkle มีความสำคัญมากใน blockchain ในเครือข่าย Bitcoin และสกุลเงินดิจิทัลอื่น ๆ สิ่งเหล่านี้มีความสำคัญในกระบวนการขุดและการตรวจสอบ

ขุดเหมือง

ต้นไม้ Merkle เป็นส่วนสำคัญของเครือข่าย Bitcoin ในการตรวจสอบธุรกรรมและเพิ่มบล็อกใหม่ นักขุดบนเครือข่ายจะได้รับมอบหมายให้แฮชข้อมูลเพื่อสร้างเอาต์พุตที่เป็นไปตามเงื่อนไขเฉพาะ การดำเนินการนี้อาจต้องใช้ความพยายามหลายล้านล้านครั้งก่อนที่จะค้นพบผลลัพธ์ที่ถูกต้อง ในการทำเช่นนี้ นักขุดจะต้องเดาตัวเลขสุ่มเพื่อให้ได้ผลลัพธ์

กระบวนการขุดนั้นง่ายขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้นโดยใช้รูทแฮช สิ่งที่จำเป็นคือสร้าง Merkle Tree ที่เหมาะสมโดยใช้ธุรกรรมต่างๆ จากนั้นวางรูทแฮชในส่วนหัวของบล็อก ดังนั้นในระหว่างการขุด คุณจะต้องแฮชส่วนหัวของบล็อกแทนที่จะเป็นทั้งบล็อก

การยืนยัน

เมื่อรันโหนดบนอุปกรณ์ที่มีกำลังประมวลผลจำกัด การดาวน์โหลดและแฮชธุรกรรมทั้งหมดในบล็อกนั้นเป็นไปไม่ได้ สิ่งที่จำเป็นในที่นี้คือหลักฐาน Merkle (หลักฐานว่ามีธุรกรรมเฉพาะอยู่ในบล็อก) ซึ่งช่วยลดจำนวนการแฮชที่ต้องทำ ดังนั้นธุรกรรมจึงสามารถตรวจสอบได้โดยใช้อุปกรณ์

บทสรุป

ต้น Merkle และราก Merkle ได้รับการออกแบบมาเพื่อเพิ่มการตรวจสอบข้อมูลใน blockchain เครื่องมือเหล่านี้ช่วยรับรองความถูกต้องของการทำธุรกรรมโดยไม่จำเป็นต้องดาวน์โหลดทั้งเครือข่าย พวกเขาเป็นสมองที่อยู่เบื้องหลังกระเป๋าเงินมือถือในปัจจุบัน ผู้ใช้สามารถโต้ตอบกับบล็อกเชนได้โดยไม่จำเป็นต้องมีสำเนาทั้งหมดของบัญชีแยกประเภท