Το δέντρο Merkle είναι μια δομή δεδομένων που χρησιμοποιείται στην πληροφορική και στην κρυπτογραφία. Στην αγορά των κρυπτονομισμάτων, ο όρος δέντρο Merkle περιγράφει μια δομή δεδομένων που περιέχει τη σύνοψη των συναλλαγών οι οποίες καταγράφονται στο blockchain μέσω της συνάρτησης hash. Το δέντρο Merkle βοηθά ώστε τα μπλοκ συναλλαγών του blockchain να επαληθεύονται εύκολα και αποδοτικά. Σε αυτό το άρθρο θα βρείτε την απάντηση στο ερώτημα τι είναι το δέντρο Merkle.
Το δέντρο Merkle το ανακάλυψε ο Ralph Merkle. Κατοχύρωσε την ιδέα με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το 1979 και αναφέρθηκε στην έννοια του δέντρου Merkle στην εργασία του «Ψηφιακή υπογραφή βασισμένη σε συμβατική συνάρτηση κρυπτογράφησης», που δημοσιεύτηκε το 1987. Το δέντρο Merkle είναι μια δομή δεδομένων σε μορφή διαγράμματος, η οποία αποτελείται από τιμές hash. Οι κωδικοί hash των δεδομένων παρατάσσονται στο διάγραμμα από κάτω προς τα πάνω, ενώ η τιμή ενός hash σε ανώτερο επίπεδο προκύπτει από τη συνένωση των hash που βρίσκονται από κάτω του.
Η ακεραιότητα των δεδομένων στο σύστημα διασφαλίζεται ακριβώς με αυτόν τον τρόπο: τα hash τοποθετούνται οργανωμένα σε ένα διάγραμμα και αθροίζονται διαδοχικά από κάτω προς τα πάνω. Η δομή αυτή χρησιμοποιείται σε μεταφορές δεδομένων από άτομο σε άτομο, σε δίκτυα peer-to-peer, καθώς και για την επαλήθευση των δεδομένων που μεταφέρονται. Με το δέντρο Merkle μπορεί κανείς να διαπιστώσει αν τα δεδομένα ή τα μπλοκ δεδομένων που μεταφέρθηκαν έχουν αλλοιωθεί ή πλαστογραφηθεί. Έτσι επιβεβαιώνεται και η ορθότητα αυτών των μπλοκ.
Πώς λειτουργεί το δέντρο Merkle;
Τα δέντρα Merkle αποτελούνται από τις τιμές hash που βρίσκονται μέσα στα μπλοκ. Στη βάση του δέντρου Merkle βρίσκονται τα δεδομένα των συναλλαγών. Η τιμή hash (ο κωδικός hash) αυτών των δεδομένων προκύπτει με την εκτέλεση της συνάρτησης hash. Στη συνέχεια, οι τιμές στο κάτω μέρος του διαγράμματος συνενώνονται ανά δύο και το αποτέλεσμα καταχωρίζεται στη σειρά από πάνω. Επαναλαμβάνοντας τη διαδικασία, χτίζεται ολόκληρο το δέντρο Merkle. Στο τέλος, η τιμή hash στην κορυφή του διαγράμματος ονομάζεται root hash ή Merkle root. Το root hash που υπολογίζεται δείχνει αν υπάρχουν σφάλματα στα μπλοκ. Αν εντοπιστεί ασυμφωνία στις τιμές που το συνθέτουν, ο αλγόριθμος του συστήματος συνεχίζει να δουλεύει με συναρτήσεις hash μέχρι να παραγάγει ένα Merkle root χωρίς σφάλματα.
Γιατί χρησιμοποιείται το δέντρο Merkle στο Bitcoin;
Επειδή διευκολύνει τη δουλειά των miners που θέλουν να επαληθεύσουν μπλοκ στο blockchain του Bitcoin. Οι miners στο blockchain του Bitcoin επαληθεύουν τα μπλοκ εκτελώντας τη συνάρτηση hash. Στο blockchain του Bitcoin τα δεδομένα ταξινομούνται και τοποθετούνται στο δέντρο Merkle και έπειτα, με τη λειτουργία των συναρτήσεων hash του αλγορίθμου, προκύπτει το root hash. Το root hash που προκύπτει μπορεί να αξιοποιηθεί και σε επόμενες διαδικασίες mining. Έτσι, οι miners συνεχίζουν τη δουλειά τους κάνοντας hash μόνο το root hash, αντί να κάνουν hash όλα τα μπλοκ. Το δέντρο Merkle προσφέρει λύσεις και στα blockchain άλλων κρυπτονομισμάτων πέρα από το Bitcoin.