Trước tốc độ phát triển ngày càng mạnh mẽ của hệ sinh thái tiền điện tử và blockchain, việc tìm hiểu về các công nghệ cung cấp năng lượng cho các nền tảng blockchain là vô cùng cần thiết. Một trong những cấu trúc quan trọng để duy trì tính toàn vẹn của các giao dịch là Merkle tree.
Merkle tree được đề xuất bởi nhà khoa học Ralph Merkle vào khoảng năm 1980. Trong vòng 5 năm qua, merkle tree trở nên phổ biến và được ứng dụng rộng rãi trên các nền tảng như Ethereum và Bitcoin.
Trong bài viết sau đây, Ecoinomic.io sẽ cung cấp cho bạn cái nhìn tổng quan về các hoạt động và vai trò của cấu trúc này trong mạng lưới blockchain.
Merkle Tree là gì?
Merkle tree hay hash tree là cấu trúc dữ liệu phổ biến trong khoa học máy tính và mật mã để xác định tính toàn vẹn của dữ liệu.
Trong thị trường tiền điện tử, merkle tree được cấu thành từ các hash của các khối dữ liệu khác nhau. Merkle tree không chỉ tóm tắt tất cả giao dịch trong một khối mà còn cho phép xác minh các bộ dữ liệu lớn một cách an toàn, nhanh chóng, đảm bảo tính nhất quán của dữ liệu.
Merkle tree thường được sử dụng trên nền tảng P2P vì các thông tin được chia sẻ và xác nhận độc lập. Bất kỳ thay đổi nào về dữ liệu giao dịch trong hệ thống Merkle tree sẽ khiến một merkle root tương ứng hoàn toàn khác. Điều đó giúp việc kiểm tra sự thay đổi hoặc giả mạo của các dữ liệu trong khối trở nên dễ dàng hơn.
>>> Xem thêm: [Giảm 20% phí giao dịch]: Hướng dẫn Đăng ký Binance đầy đủ nhất update 2022
Các loại node trong cấu trúc merkle tree
Cấu trúc merkle tree bao gồm 3 node:
- Leaf node: bao gồm các giá trị hash cho dữ liệu giao dịch. Mọi giao dịch trong khối đều được mã hóa dữ liệu bởi hàm hash, sau đó được lưu trữ trong các leaf node.
- Non-leaf node: bao gồm các giá trị hash trung gian được sử dụng trong quá trình từ leaf-node đến root-node.
- Root node: lưu trữ trực tiếp các dữ liệu được tóm tắt cuối cùng.
Quá trình hoạt động của merkle tree
Merkle tree có thể được chia thành các phần dữ liệu nhỏ để xác minh, sau đó, các giao dịch được kết hợp với nhau theo từng cặp. Mỗi cặp có một hàm hash tính toán được lưu trữ trực tiếp trong các node. Các node này được kết nối thành từng cặp, sau đó hàm hash của chúng được lưu trữ ở cấp độ tiếp theo.
Quá trình ghép nối các giá trị hash này được lặp lại cho đến khi tạo ra giá trị hash cuối cùng. Giá trị hash cuối cùng cung cấp một bản tóm tắt về tất cả các giao dịch có trong block.
Giả sử rằng một khối bao gồm bốn giao dịch T1, T2, T3, T4. Mỗi giao dịch được hash trước khi lưu trữ trực tiếp trên leaf node thành H1, H2, H3, H4.
Các hash được ghép đôi với nhau, tạo ra hash H12, H34. Sau đó, merkle tree sẽ kết hợp hai hàm hash này tạo thành hash H1234, được gọi là merkle root, chịu trách nhiệm tóm tắt và lưu trữ dữ liệu có trong các giao dịch cụ thể.
Quy trình này có thể được sử dụng với các tập dữ liệu mở rộng.
Lợi ích của merkle tree
Merkle tree đóng vai trò quan trọng đối với hệ sinh thái tiền điện tử, đặc biệt là Bitcoin:
-
Xác thực tính toàn vẹn của dữ liệu
Bất kỳ sự thay đổi nào trong thứ tự giao dịch hay nội dung chi tiết của từng giao dịch đơn lẻ đều được phản ánh trong hàm hash của giao dịch đó. Điều đó sẽ thay đổi giá trị của Merkle root và do đó làm mất hiệu lực của khối.
Dữ liệu trong Merkle tree được sắp xếp chia nhỏ giúp việc xác minh trở nên dễ dàng, cho phép kiểm tra nhanh chóng và đơn giản xem một giao dịch cụ thể có nằm trong tập hợp hay không.
-
Tiết kiếm bộ nhớ
Khi một giao dịch tiền điện tử được thực hiện theo cấu trúc Merkle Tree, nó sẽ được hash và sau đó đưa ra một giá trị hash tương đương. Sau đó, các giá trị hash sẽ được ghép nối theo cặp, quá trình tiếp tục lặp lại cho đến khi tạo hash cuối cùng để tóm tắt dữ liệu trong một khối.
Khi truyền tải các thông tin qua các mạng, Merkle Tree chỉ yêu cầu một lượng nhỏ thông tin, vì vậy chiếm ít dung lượng hơn so với các cấu trúc dữ liệu khác.
-
Tốc độ xác minh nhanh chóng
Quá trình định dạng và xác minh tính toàn vẹn của dữ liệu chỉ mất vài phút.
>>> Xem thêm: IPFS là gì? Tương lai của IPFS trong blockchain
Vai trò của merkle tree cho sự phát triển của Blockchain
Công nghệ blockchain gồm hàng nghìn khối riêng biệt khác nhau, mỗi khối có thể lưu trữ dữ liệu cho hàng nghìn giao dịch khác nhau. Với số lượng lớn các giao dịch lưu trữ trên một khối duy nhất, việc xử lý các yêu cầu về sức mạnh tính toán và dung lượng bộ nhớ có thể là một thách thức lớn.
Merkle tree được thiết kế để chia nhỏ các phần dữ liệu lớn thành các phần nhỏ hơn, đảm bảo rằng tất cả các giao dịch có thể được xác minh một cách kịp thời. Merkle tree tóm tắt các giao dịch, giúp người dùng dễ dàng xác minh tính khả dụng của các giao dịch trong một khối.
Merkle tree cho phép xác minh các giao dịch mà không cần sử dụng nhiều dữ liệu, giúp giảm tốc độ xử lý của CPU đồng thời tạo điều kiện tăng cường bảo mật.
Tổng kết
Merkle tree đóng vai trò quan trọng trong ứng dụng khoa học máy tính nói chung và trong hệ sinh thái blockchain nói riêng. Nó không chỉ mang đến giải pháp tối ưu để xác thực tính toàn vẹn của dữ liệu mà còn giúp quá trình xác minh trở nên nhanh chóng, tốn ít dung lượng lưu trữ.
Hy vọng bài viết trên đã mang đến cho bạn cái nhìn tổng quan về merkle tree và tiềm năng ứng dụng của cấu trúc này trên nền tảng blockchain.
