Blockchain e criptovalute sono un panorama vasto e complesso. Molti ingranaggi entrano in questa macchina, incluso qualcosa noto come un albero di Merkle. Gli alberi Merkle svolgono un ruolo chiave nella funzionalità blockchain, ma cosa fa esattamente? Come funziona un albero Merkle e perché è così importante nella tecnologia blockchain?
Come funziona una Blockchain?
Prima di entrare nelle dinamiche dell'albero di Merkle, è importante capire come funzionano le blockchain.
In termini più semplici, una blockchain è una catena virtuale di blocchi, ciascuno contenente il proprio set di dati. Ogni blocco utilizza la crittografia, in particolare l'hashing, per proteggere i dati e tenerli fuori dalle mani di malintenzionati.
Le blockchain sono più comunemente utilizzate nel settore delle criptovalute, dove ogni singola transazione condotta con un determinato asset viene registrata sulla sua blockchain nativa. Inoltre, ogni transazione è registrata cronologicamente e visibile all'intera blockchain (visualizzabile utilizzando strumenti come un esploratore blockchain).
Le transazioni su una blockchain non possono essere modificate o cancellate. Invece, usando a processo chiamato hashing, i dati vengono codificati tramite algoritmi matematici. Questi algoritmi possono convertire qualsiasi lunghezza di caratteri in una lunghezza fissa e codificata.
Quando si registrano transazioni su una blockchain, gli alberi Merkle svolgono un ruolo cruciale. Ma come funziona un albero Merkle?
Cos'è un albero Merkle?
Il nome "Merkle tree" ha due origini. "Merkle" si riferisce a Ralph Merkle, un informatico e matematico americano che ha contribuito in modo massiccio alla crittografia a chiave pubblica. Merkle propose inizialmente alberi di hash binari nel 1987 in un documento intitolato "Una firma digitale basata su a Funzione di crittografia convenzionale." Merkle ha anche inventato l'hashing crittografico, che viene utilizzato nel Merkle albero.
La seconda parte di "Merkle tree" deriva dalla sua struttura. Un albero Merkle (o un albero hash binario) è una struttura di dati che assomiglia in qualche modo a un albero. Gli alberi Merkle contengono "rami" e "foglie", con ogni "foglia" o "ramo" contenente l'hash di un blocco di dati.
In breve, un albero Merkle semplifica il processo di archiviazione degli hash transazionali su una blockchain. Raggruppa tutte le transazioni all'interno di un singolo blocco e le codifica in modo efficiente per un'archiviazione più sicura e veloce sotto forma di un hash. Utilizzando un albero Merkle, la validità dei dati può essere rapidamente valutata attraverso un hash finale. Ciò semplifica il processo di archiviazione dei dati ma mantiene anche l'integrità della sicurezza.
Inoltre, gli alberi Merkle non richiedono molte risorse computazionali. In effetti, riducono lo spazio di archiviazione richiesto per i dati compilando più hash di transazione in uno solo. L'uso delle risorse è stato a lungo un punto di contesa nel settore delle criptovalute, poiché le reti blockchain possono essere un enorme consumo di spazio di archiviazione e potenza. Quindi, l'utilizzo degli alberi Merkle aiuta a mitigare questo problema. Anche l'archiviazione dei dati su catena può essere costosa, quindi l'utilizzo degli alberi Merkle per ridurre la quantità di dati può aiutare le piattaforme blockchain a risparmiare denaro.
Inoltre, il processo dell'albero Merkle non richiede molto tempo, il che è una buona notizia per quanto riguarda l'efficienza. Dopotutto, molte blockchain sono state programmate per i loro lunghi tempi di transazione (compreso Bitcoin), quindi qualsiasi processo che possa aiutare a risolvere questo problema è un vantaggio.
Gli alberi Merkle sono utilizzati in molte aree dell'informatica (in particolare crittografia e crittografia) ma sono spesso noti per la loro presenza nelle blockchain di criptovaluta. Bitcoin, Ethereum, Dogecoin e tutte le altre criptovalute utilizzano l'albero Merkle, quindi è senza dubbio un elemento importante.
Quindi, come funziona?
Come funziona un albero Merkle?
Di seguito è riportato un diagramma di come funziona un albero Merkle. Si noti che, in realtà, ci sarebbero molte più transazioni e hash per albero, ma questa immagine semplifica il processo in modo da poter avere un'idea dei passaggi coinvolti.
Guardando questo diagramma ad albero di Merkle, le cose sembrano un po' complesse. Ma il processo di hashing dell'albero Merkle è abbastanza semplice quando viene scomposto.
Ci sono un paio di passaggi che entrano nel processo dell'albero Merkle. Gli hash alla base dell'albero Merkle sono noti come foglie, mentre gli hash al centro dell'albero sono noti come rami. I rami sono talvolta indicati anche come nodi non fogliari. Nella parte inferiore del diagramma, hai i blocchi di dati (o transazioni) da cui emergerà l'hash.
Le transazioni iniziali da ciascun nodo vengono sottoposte ad hashing a coppie, con un hash rimanente come risultato. Quindi, coppia su coppia viene ripetutamente hash in una fino a quando non emerge un singolo hash, dove il processo termina. Se si verifica un numero dispari di transazioni all'interno di un blocco, una transazione verrà duplicata in modo che possa essere accoppiata con l'originale per l'hashing.
Sebbene l'hash finale appaia nella parte superiore del diagramma sopra, è noto come la "radice" dell'albero (l'hash radice). La radice è essenzialmente l'hash culminante di tutti i singoli hash delle transazioni memorizzate all'interno del blocco. È richiesto un albero Merkle per blocco, il che significa che ogni blocco ha un campo dati Merkle Root.
Se hai mai esaminato a fondo le blockchain, potresti aver sentito parlare di Merkle Root o Merkle Hash. All'interno di un blocco esiste qualcosa noto come hashMerkleRoot. Questi dati (l'hash finale alla fine dell'albero) sono conservati nell'intestazione del blocco di un dato blocco. UN il blocco blockchain contiene anche altri dati, come timestamp, numero di versione dell'asset e "nonce" (numero utilizzato solo una volta).
Le blockchain possono funzionare senza alberi Merkle?
Sebbene gli alberi Merkle non siano assolutamente necessari per l'esistenza di una blockchain, svolgono un ruolo incredibilmente importante nella protezione dei dati.
Senza alberi Merkle, le blockchain di criptovaluta richiedono più risorse e tempo per eseguire processi chiave. In primo luogo, ogni nodo all'interno della rete dovrebbe conservare la propria copia di ogni transazione condotta sulla blockchain. Su blockchain più grandi, centinaia di migliaia di transazioni possono avvenire nello spazio di una sola giorno, quindi l'aggiunta di un tale volume di dati alla copia di ciascun nodo consumerebbe senza dubbio molto risorse.
Inoltre, gli alberi Merkle svolgono un ruolo importante nella verifica dei dati. Tramite il singolo root hash alla fine dell'albero, i validatori e i minatori possono verificare se il blocco, nel suo insieme, è valido per essere aggiunto alla blockchain. Essere in grado di autenticare i dati senza vagliare ogni singola transazione è un vantaggio, risparmiando tempo e spazio di archiviazione.
Gli alberi Merkle sono fondamentali nella funzionalità Blockchain
Non si può negare che gli alberi Merkle offrano sicurezza ed efficienza blockchain senza occupare molto spazio. Questo ingegnoso processo crittografico consente alle blockchain di funzionare senza problemi senza la necessità di un uso eccessivo delle risorse. Gli alberi Merkle non sono essenziali ma estremamente utili quando si tratta di tempo, spazio di archiviazione e autenticazione dei dati.
