درخت مرکل چیست ؟ بررسی Merkle Tree در بلاکچین + کاربرد ها و مزایا

درخت مرکل  ، Merkle tree ، مرکل‌ تری یا Hash Tree یکی از اصولی‌ ترین مفاهیم در بلاکچین است که به عنوان روشی برای اعتبارسنجی داده‌ ها و تراکنش‌ ها به کار می‌رود. مفهوم درخت مرکل در دهه هشتاد میلادی و توسط رالف مرکل ، یک دانشمند حوزه کامپیوتر، در زمان کار روی پروژه “رمز نگاری کلید عمومی” معرفی شد.

درخت مرکل ساختاری است که برای تایید کارآمدی و یکپارچگی داده‌ ها در یک مجموعه یا پایگاه داده استفاده می‌شود. درخت مرکل در بلاکچین همان قاعده مرحله به مرحله و شیوه مرتب‌ سازی داده‌ های بلوک‌ ها را تعریف می‌کند. عملکرد درخت مرکل در بلاکچین با استفاده از توابع هش و تشکیل یک ساختار متصل و متأثر از آنها تضمین می‌شود.

به ویژه، درخت مرکل یک رویکرد بهینه در سازماندهی و ساختارمند کردن مقادیر عظیم از داده و آماده سازی آنها برای پردازش توسط الگوریتم‌ های کامپیوتری است. بخصوص، درخت مرکل در بلاکچین ، وظیفه چیدمان اطلاعات یا داده‌ های مرتبط به هر تراکنش، با کمترین استفاده از فضا و زمان، را برعهده دارد.

 بیشتر بدانید : برای آشنایی بیشتر با ، فناوری Blockchain ، میتوانید مقاله بلاکچین چیست ، را در وب سایت مطالعه کنید .

درخت مرکل چیست؟

مرکل‌ تری یک درخت دو دویی است که در آن هر برگ با یک مقدار هش (hash) مشخص می‌شود. این درخت با استفاده از الگوریتم‌ های خاصی ساخته می‌شود تا بتواند به صورت سریع و مؤثر اطلاعاتی از داده‌ های بلاکچین را تأیید کند. هش، یک الگوریتم رمز نگاری است که با استفاده از یک مجموعه از داده‌ ها، یک مقدار رشته‌ ای با طول ثابت را تولید می‌کند. این مقدار رشته‌ ای، به عنوان هش داده شناخته می‌شود.

وقتی یک تراکنش رمز ارز در ساختار مرکل‌ تری ایجاد می‌شود، در واقع تراکنش هش گذاری می‌شود و یک مقدار هش به آن تعلق می‌گیرد. با اضافه شدن تراکنش‌ های بیشتر به درخت، مقادیر هش آنها با دیگر هش‌ها جفت می‌گردد و یک مرحله هش‌ گذاری اضافی اعمال می‌گردد تا یکپارچگی در داده‌ های بلوک به وجود آید.

Merkle Tree یک ساختار با دسترسی بسیار آسان به وجود می‌آورد که تمام رکورد های مرتبط به تراکنش‌ های بلاک‌ چین در آن ذخیره شده‌اند. بنابراین ، می‌توان هر نوع تغییر در داده‌ های یک بلوک از بلاکچین را به راحتی تشخیص داد و پیگیری کرد.

عملکرد دیگری از درخت مرکل در بلاکچین، تخصیص درست و استفاده بهینه از منابع است. اگر از Merkle tree  استفاده نشود، برای هر تأیید باید مقادیر زیادی از اطلاعات در رگه‌ های شبکه بلاکچین بازخوانی و پردازش شوند که خود یک فعالیت پر هزینه و زمان‌ بر است. در واقع این رویکرد ساده درخت مرکل در بلاکچین است که انجام سریع تراکنش‌ ها و تعداد بالا و لحظه‌ ای آن‌ها در یک بلاکچین را ممکن می‌سازد.

بیشتر بخوانید : برای آشنایی با نحوه محاسبه نرخ هش میتوانید مقاله مربوط به هش ریت چیست ، را در وب سایت مطالعه کنید

الگوریتم ساخت Merkle Tree

ساخت Merkle Tree به گونه‌ ای است که در هر مرحله، هر دو نود دو درجه در درخت به یک نود یک درجه تبدیل می‌شوند. این الگوریتم به طور معمول با استفاده از الگوریتم‌ های هش‌کردن انجام شده که معمولاً از الگوریتم SHA-256 استفاده می‌شود

کاربرد های درخت مرکل در بلاکچین

merkle tree به عنوان یک روش مهم برای تأیید صحت داده‌ ها در بلاکچین به کار می‌رود و همچنین در بسیاری از سیستم‌ ها و برنامه‌ های رمز نگاری دیگر نیز استفاده می‌شود. برخی از کاربرد های آن عبارتند از:

• تأیید صحت داده‌ ها در بلاکچین : از MerkleTree به عنوان یک روش تأیید صحت داده‌ ها در بلاکچین به کار می‌رود. با ساختن درخت مرکل برای تراکنش‌ های یک بلاک و اضافه کردن هش آنها به هش‌ های قبلی، می‌توان به راحتی تأیید کرد که آیا بلاک درست است یا نه. اگر هش بلاک با هش تراکنش‌ های آن مطابقت داشته باشد، بلاک به عنوان یک بلاک معتبر تأیید می‌شود.

• ذخیره‌ سازی امن داده‌ ها : merkle tree به عنوان یک روش امن برای ذخیره‌ سازی داده‌ ها در بسیاری از سیستم‌ ها و برنامه‌ های رمز نگاری استفاده می‌شود. با ساختن درخت مرکل، می‌توان اطمینان حاصل کرد که داده‌ ها توسط شخص دیگری دستکاری نشده‌اند. اگر هش داده‌ ها در درخت مرکل با هشی که قبلاً در دسترس است مطابقت داشته باشد، می‌توان از اعتبار داده‌ ها اطمینان حال کرد.

 

• استفاده در امنیت شبکه‌ های دانش محور (Knowledge-based networks) : درخت مرکل به عنوان یک روش برای امنیت شبکه‌ های مبتنی بر دانش نیز به کار می‌رود. با استفاده از Merkle Tree برای تأیید اطلاعات، می‌توان از کاربران برای ارائه اطلاعات در شبکه استفاده کرد. برای مثال، در شبکه بیت کوین، برای ارسال این رمز ارز از یک کیف پول به کیف پول دیگر، باید مبلغ مورد نظر و آدرس کیف پول مقصد وارد شود.

این اطلاعات به صورت کامل تبدیل به هش شده و به همراه سایر تراکنش‌ ها در یک بلاک جمع‌ آوری می‌شوند و سپس در Merkle Tree جهت تأیید صحت از آنها استفاده می‌شود. با این روش، کاربران مطمئن می‌شوند که تراکنش‌ هایشان به صورت امن و بدون تغییر در شبکه ثبت شده‌اند و هیچ گونه تلاشی برای تغییر تاریخچه تراکنش‌ ها انجام نشده است.

همچنین، Merkle Tree در این شبکه‌ ها به عنوان یک روش برای تأیید هویت کاربران نیز به کار می‌رود. با استفاده آن، می‌توان اطلاعات هویتی کاربران را به صورت امن در شبکه ذخیره کرد و درخواست تأیید هویت کاربران را به سادگی انجام داد. این امر می‌تواند به دلیل اهمیت بسیاری که هویت در دنیای دیجیتال دارد، بسیار مفید باشد.

بیشتر بخوانید: برای داشتن اطلاعات بیشتر در مورد دنیای رمز ارزها ، میتوانید مقاله ارز دیجیتال چیست را در وب سایت مطالعه کنید .

مزیت‌ های استفاده از درخت مرکل در بلاکچین

در ادامه اصلی‌ ترین مزایای Merkle Tree را در  چند مورد به شما معرفی می‌کنیم:

• کارایی بالا: استفاده از درخت مرکل در بلاکچین باعث بهبود کارایی می‌شود. به این صورت که با استفاده از هش‌های تراکنش‌ها، بررسی صحت تراکنش‌هایی که در بلاک موجود هستند، با سرعت بسیار بالاتری انجام می‌شود.

 

• امنیت : Merkle Tree از نظر امنیتی بسیار قوی است. با استفاده از الگوریتم هش، هرگونه تغییر در داده‌ های تراکنش موجود در بلاک، باعث تغییر در هش‌ های مربوط به آن تراکنش‌ ها می‌شود که بازتاب خود را در هش بلاک نشان می‌دهد. به عبارت دیگر، در صورت تغییر هر گونه تراکنش در بلاک، هش کل بلاک تغییر می‌کند که این باعث می‌شود هر گونه تلاش برای تغییر بلاک به صورت مخفیانه و بدون اطلاع‌ رسانی به کل شبکه بلاکچین، ناموفق باشد.

 

• مقاومت در برابر حملات: درخت مرکل از حملات مختلفی مانند حملات تایم‌ جکینگ یا زمان‌ ربایی (time-jacking)، سیبل اتک (Sybil attacks)، حملات جعلی هش (hash-flooding attacks)، و حمله مرد میانی  (man-in-the-middle attacks) مقاوم است. بنابراین، استفاده از درخت مرکل در بلاکچین باعث می‌شود سیستم بلاکچین در برابر حملات مختلفی مقاوم باشد.

 

• سرعت بالا : استفاده از درخت مرکل به سرعت بررسی صحت تراکنش‌ های بلاک را افزایش می‌دهد. با استفاده از هش‌ های موجود در Merkle Tree، بررسی صحت تراکنش‌ ها با سرعت بسیار بالا انجام می‌شود.

مثال کاربردی درخت مرکل در بلاکچین

برای بررسی کاربردی Merkle Tree در بلاکچین، فرض کنید یک بلاک با دو تراکنش A و B وجود دارد. هش تراکنش آ، a_hash و هش تراکنش بی ، b_hash است. در این صورت، درخت مرکل برای این دو تراکنش به صورت زیر خواهد بود :

block hash

|

(abcd)

\      /

a_hash   b_hash

در این مثال ، هش تراکنش آ (a_hash) و هش تراکنش بی  (b_hash) در سطح پایین‌ تر Merkle Tree قرار دارند و در سطح بالاتر، هش کل بلاک (block hash) قرار دارد. در این روش، با مقایسه هش تراکنش A با هش‌های قبلی و هش کل بلاک، می‌توان صحت تراکنش را تأیید کرد.

 بیشتر بدانید : برای آشنایی بیشتر با رمز ارز Bitcoin، میتوانید مقاله بیت کوین چیست را در وب سایت مطالعه کنید .

جایگزین درخت مرکل چیست؟

درخت ورکل یا Verkle Tree یک رویکرد جایگزین برای Merkle Tree است که برخی از معایب شیوه مرکل را پوشش می‌دهد. Verkle Tree یک ساختار داده‌ای است که مشابه عملکرد درخت مرکل در بلاکچین، برای اضافه کردن تراکنش‌ ها، ترتیب هش‌ گذاری و ساخت بلوک‌ های جدید به کار می‌رود.

در رویکرد ورکل، نیاز به بازخوانی داده با کاهش نیاز اعضاء شبکه به بارگذاری تمام اطلاعات برطرف می‌شود. در این روش، به جای ذخیره تمام شبکه در حافظه‌ های محلی، از یک شاهد به عنوان نماینده تأیید کنندگان استفاده می‌شود که درخت مرکل در بلاکچین از آن بی‌ بهره بود. این شاهد، شبیه یک هاب در شبکه است که زیر مجموعه‌ هایی از اعضاء را پوشش می‌دهد و نیاز به بار گذاری داده توسط آن‌ ها را به حداقل می‌رساند.

نتیجه‌ گیری

درخت مرکل (Merkle Tree) یکی از مفاهیم پایه در بلاکچین است که به عنوان یک روش برای تأیید صحت داده‌ ها و کاهش حجم داده‌ های بلاکچین استفاده می‌شود. در این روش، تمام داده‌ ها در بلاکچین با استفاده از تابع هش، به هش‌ ها تبدیل می‌شوند و سپس هش‌های این داده‌ ها در درخت مرکل ساخته می‌شوند. با استفاده از درخت مرکل، می‌توان با سرعت بیشتر و بازدهی بهتری صحت داده‌ ها را تأیید و همچنین حجم داده‌ های بلاکچین را کاهش داد.

سوالات متداول

1- درخت مرکل به چه منظوری در بلاکچین استفاده می‌شود؟

مرکل تری برای تأیید صحت داده‌ ها در بلاکچین استفاده می‌شود. با ساختن درخت مرکل، می‌توان به فرآيند تایید داده‌ ها سرعت داد، بازدهی آن را بهتر و حجم داده‌ ها در بلاکچین را نیز کاهش داد.

2 – آیا درخت مرکل به تنهایی می‌تواند از تقلب در بلاکچین جلوگیری کند؟

Merkle Tree به تنهایی نمی‌تواند از تقلب در بلاکچین جلوگیری کند، اما با ترکیب آن با سایر روش‌های امنیتی، می‌توان به بهبود قابل توجه امنیت کمک کند.

3 – چگونه می‌توان با استفاده از درخت مرکل در بلاکچین صحت یک تراکنش را تأیید کرد؟

برای تأیید صحت یک تراکنش با استفاده از Merkle Tree، هش تراکنش با هش‌های قبلی و هش کل بلاک مقایسه می‌شود. اگر تمامی هش‌ها با هم تطابق داشته باشند، تراکنش صحیح تلقی می‌شود.