Merkle Tree là gì? Tìm hiểu cơ chế hoạt động Cây Merkle

Hash tree, còn được gọi là Merkle Tree, là một cây (tree) trong đó mỗi nút lá (leaf node) được gắn nhãn bằng băm mật mã (Cryptographic Hash) của khối dữ liệu và mỗi nút không phải được gắn nhãn bằng băm mật mã của nhãn các nút con của nó. Phần lớn các triển khai Hash Tree là nhị phân binary (mỗi nút có hai nút con), nhưng chúng cũng có thể có nhiều nút con hơn.

Nhưng Merkle Tree trong Blockchain thực sự là gì và nó được sử dụng như thế nào trong Blockchain? Vì vậy, nếu bạn muốn biết câu trả lời cho tất cả những câu hỏi này, thì bạn đã đến đúng nơi.

Merkle Tree là gì?

• Merkle Tree (Cây Merkle), còn được gọi là cây Băm nhị phân (Binary hash tree), là một loại cấu trúc dữ liệu (data structure) phổ biến trong khoa học máy tính.
• Trong bitcoin và các loại tiền điện tử Crypto khác, chúng được sử dụng để mã hóa (encrypt) dữ liệu blockchain một cách hiệu quả và an toàn hơn.
• Đó là một cấu trúc dữ liệu toán học được tạo thành từ các hàm băm (hash) của nhiều khối dữ liệu khác nhau tóm tắt tất cả các giao dịch trong một khối.
• Nó cũng cho phép xác minh nội dung nhanh chóng và an toàn trên các bộ dữ liệu lớn và xác minh tính nhất quán và nội dung của dữ liệu.

Merkle Root là gì?

• Merkle Root (Gốc Merkle) là một phương pháp toán học đơn giản để xác nhận các dữ kiện trên Merkle Tree.
• Chúng được sử dụng trong tiền điện tử Crypto để đảm bảo rằng các khối dữ liệu được gửi qua mạng ngang hàng (peer-to-peer network) là toàn bộ, không bị hư hại và không bị thay đổi.
• Chúng đóng một vai trò rất quan trọng trong việc tính toán cần thiết để giữ cho các loại tiền điện tử như bitcoin và ether hoạt động.

Hàm băm mật mã (Cryptographic Hash) là gì?

• Một hàm băm (hash) ánh xạ bất kỳ loại dữ liệu tùy ý có độ dài bất kỳ tới đầu ra có kích thước cố định. Nó thường được sử dụng trong mật mã hóa (cryptography) vì nó là một hàm mật mã.
• Chúng hiệu quả và nổi tiếng với một đặc tính: chúng không thể thay đổi được. Đó là một chức năng một chiều chỉ hoạt động theo một hướng.
• Một số họ băm sẵn có là Message Direct (MD), Secure Hash Function (SHF) và RIPE Message Direct (RIPEMD).

Bây giờ, hãy lấy một ví dụ, nếu bạn sử dụng thuật toán băm SHA256 và chuyển 101Blockchains làm đầu vào, bạn sẽ nhận được đầu ra sau

fbffd63a60374a31aa9811cbc80b577e23925a5874e86a17f712bab874f33ac9

Tóm lại, đây là những thuộc tính chính sau đây của hàm băm (hash):

• Xác định (Deterministic)
• Chống ảnh trước (Pre-Image Resistant)
• Tính toán hiệu quả (Computationally Efficient)
• Không thể được thiết kế đảo ngược (Cannot be Reversed Engineered)
• Chống va chạm (Collision Resistant)

Cách làm việc của Merkle Tree

Merkle Tree tổng hợp tất cả các giao dịch trong một khối (block) và tạo ra một dấu vân tay kỹ thuật số (digital fingerprint) của toàn bộ tập hợp các hoạt động, cho phép người dùng xác minh xem nó có bao gồm một giao dịch trong khối hay không.

• Merkle Tree được tạo ra bằng cách băm (hash) các cặp nút (node) lặp đi lặp lại cho đến khi chỉ còn lại một hàm băm (hash); băm này được gọi là Merkle Root hoặc Root Hash.
• Chúng được xây dựng từ phía dưới, sử dụng ID giao dịch (Transaction IDs), là mã băm của các giao dịch riêng lẻ.
• Mỗi nút không phải lá (non-leaf node) là một hàm băm của hàm băm trước đó của nó và mỗi nút lá (leaf node) là một hàm băm dữ liệu giao dịch.

Bây giờ, hãy xem một ví dụ nhỏ về Merkle Tree trong Blockchain để giúp bạn hiểu khái niệm.

Hãy xem xét tình huống sau: A, B, C và D là bốn giao dịch (transaction), tất cả đều được thực hiện trên cùng một khối (block). Mỗi giao dịch sau đó được băm (has), để lại cho bạn:

• Hash A
• Hash B
• Hash C
• Hash D

Các băm (Hash) được ghép nối với nhau, dẫn đến:

• Hash AB

và

• Hash CD

Và do đó, Merkle Root của bạn được hình thành bằng cách kết hợp hai hàm băm này: Hash ABCD.

Trong thực tế, Merkle Tree phức tạp hơn nhiều (đặc biệt là khi mỗi ID giao dịch dài 64 ký tự). Tuy nhiên, ví dụ này giúp bạn có cái nhìn tổng quan về cách hoạt động của các thuật toán và tại sao chúng lại hiệu quả như vậy.

Lợi ích của Merkle Tree trong Blockchain

Merkle Tree cung cấp bốn lợi thế đáng kể:

• Xác thực tính toàn vẹn của dữ liệu: Nó có thể được sử dụng để xác thực tính toàn vẹn của dữ liệu một cách hiệu quả.
• Tốn ít dung lượng đĩa: So với các cấu trúc dữ liệu khác, Merkle Tree chiếm rất ít dung lượng đĩa.
• Thông tin nhỏ trên các mạng: Merkle Tree có thể được chia thành các phần dữ liệu nhỏ để xác minh.
• Xác minh hiệu quả: Định dạng dữ liệu hiệu quả và việc xác minh tính toàn vẹn của dữ liệu chỉ mất vài phút.

Tại sao Merkle Tree lại cần thiết cho Blockchain?

Hãy nghĩ về một blockchain không có Merkle Tree để hiểu được tầm quan trọng của chúng đối với công nghệ blockchain. Hãy có một trong số Bitcoin vì việc sử dụng Merkle Trees của nó là điều cần thiết cho tiền điện tử và dễ nắm bắt hơn.

• Nếu Bitcoin không bao gồm Merkle Trees, thì mọi nút (node) trên mạng sẽ phải giữ lại một bản sao hoàn chỉnh của mọi giao dịch Bitcoin từng được thực hiện. Người ta có thể tưởng tượng lượng thông tin đó sẽ là bao nhiêu.
• Bất kỳ yêu cầu xác thực nào trên Bitcoin sẽ yêu cầu một lượng lớn dữ liệu được chuyển qua mạng: do đó, bạn sẽ cần phải tự mình xác thực dữ liệu.
• Để xác nhận rằng không có sửa đổi nào, một máy tính được sử dụng để xác nhận sẽ cần rất nhiều sức mạnh tính toán để so sánh các sổ cái.

Merkle Trees là một giải pháp cho vấn đề này. Họ băm (hash) các bản ghi trong kế toán, do đó tách dữ liệu bằng chứng khỏi chính dữ liệu.

• Chứng minh rằng việc cung cấp một lượng nhỏ thông tin trên toàn mạng là tất cả những gì cần thiết để một giao dịch hợp lệ.
• Hơn nữa, nó cho phép bạn chứng minh rằng cả hai biến thể sổ cái đều giống nhau về sức mạnh máy tính danh nghĩa và băng thông mạng.

Các trường hợp sử dụng của Merkle Tree trong Blockchain

Có nhiều triển khai Merkle Tree hơn ở đó.

• Git, một hệ thống kiểm soát phiên bản phân tán, là một trong những hệ thống được sử dụng rộng rãi nhất. Nó được sử dụng để xử lý các dự án của các lập trình viên từ khắp nơi trên thế giới.
• Interplanetary File System, một giao thức phân tán ngang hàng, là một cách triển khai phù hợp khác. Nó cũng là mã nguồn mở, cho phép các máy tính tham gia và sử dụng hệ thống tệp tập trung.
• Đó là một phần của kỹ thuật tạo nhật ký tính minh bạch của chứng chỉ có thể xác minh được.
• Amazon DynamoDB và Apache Cassandra sử dụng nó trong quá trình sao chép dữ liệu. Các cơ sở dữ liệu phân tán No-SQL này sử dụng Merkle Tree để kiểm soát sự khác biệt.

Sự kết luận về Merkle Tree

Merkle Tree là một nền tảng thiết yếu của công nghệ Blockchain, cho phép nó phát triển trong Thế giới CNTT. Khóa đào tạo về chứng chỉ Blockchain của Simplilearn được thiết kế cho các nhà phát triển muốn giải mã cơn sốt toàn cầu xung quanh Blockchain, Bitcoin, tiền điện tử và nhiều công nghệ khác như Merkle Tree.

Bạn sẽ tìm hiểu cấu trúc cốt lõi và cơ chế kỹ thuật của các nền tảng Bitcoin, Ethereum , Hyperledger, Dogecoin và Multichain Blockchain cũng như các công nghệ cơ bản của chúng.

Theo: simplilearn

Khuyến cáo: Thông tin trên bài viết này chỉ mang tính tham khảo, không có bất kỳ lời khuyên nào về mua bán, đầu tư. Bạn hãy tự nghiên cứu trước khi thực hiện bất kỳ hình thức đầu tư nào.

Nội dung đề xuất