Що таке Merkle Tree і як вони забезпечують Proof of Reserves?

Merkle Tree — це фундаментальна криптографічна структура, яка забезпечує прозорість та перевірку даних у блокчейн-технологіях, особливо в протоколах Proof of Reserves. У цій статті розглянуто, як працюють Merkle Tree, їхній ключовий компонент merkle root, а також роль цієї структури у гарантуванні безпеки та прозорості криптовалютних резервів.

Спершу, що таке «хеш»?

Хеш — це унікальна, незмінна послідовність цифр і літер, яка генерується з масиву даних будь-якого розміру. У блокчейн-технологіях цей масив може бути необмеженим. Хеш-функція є основою криптографічного захисту блокчейна.

Криптографічна хеш-функція забезпечує зв’язок кожного нового блоку в блокчейні з попереднім. Функція перетворює дані транзакції на унікальний текстовий рядок, який не можна змінити без зміни хешу попереднього блоку та всієї історії блокчейна. Такий механізм створює незмінний ланцюг, у якому зміна будь-якої частини даних змінює хеш.

Одностороння дія хеш-функцій означає, що після створення хешу відновити вихідні дані неможливо. Це криптографічна властивість, яка гарантує захист блокчейнів від фальсифікації та дешифрування. Кожен блок стає невід’ємно пов’язаним із попереднім і наступним, формуючи нерозривний ланцюг довіри.

Наприклад, Transaction Hash (Tx Hash) — це унікальний ідентифікатор, створений cryptocurrency транзакцією для підтвердження її верифікації та додавання до блокчейна. Цей ідентифікатор є частиною постійного запису, доступного для перевірки будь-якому учаснику мережі.

А що таке Merkle Tree?

Ральф Меркле запатентував Merkle Tree у 1979 році. Це ієрархічна хеш-структура, яка забезпечує ефективну перевірку цілісності даних у децентралізованих мережах. Коли транзакції здійснюються у peer-to-peer мережі, всі зміни мають узгоджуватися між усіма учасниками блокчейна.

Без хеш-функції для транзакцій мережі були б змушені постійно перевіряти всі операції, що створює суттєву неефективність. Merkle Tree вирішує цю проблему завдяки ієрархічній структурі.

Для кращого розуміння уявіть кав’ярню, яка підраховує щомісячний прибуток і збитки. Якщо знайдено помилку в платежі, паперова бухгалтерія потребує перерахунку всіх наступних записів. Криптографічна хеш-функція схожа на Excel чи бухгалтерське ПЗ, де зміна числових даних миттєво оновлює підсумки, без ручного перерахунку всього журналу.

Однак тут замість зміни чисел змінюється транзакційний хеш — на нову випадкову послідовність, що відображає зміни у блокчейн-транзакціях. Дані перетворюються на випадкову алфавітно-цифрову послідовність (хеш) і прив’язуються до відповідної транзакції, створюючи хеш-дерево — Merkle Tree.

Merkle Tree дозволяють швидко перевіряти дані, які передаються між комп’ютерами у peer-to-peer мережі, гарантуючи, що блоки залишаються неушкодженими. У крипто-системах Merkle Tree складається з листків (leaf nodes) — це хеші, які представляють блоки даних, наприклад, транзакції у блокчейні. Вузли, розташовані ближче до вершини, є хешами своїх дочірніх елементів.

Наприклад, Hash 1 — це комбінація двох нижніх хешів: Hash 1 = Hash(hash 1-0 + Hash 1-1). На вершині дерева розташований merkle root, також відомий як Top Hash. Merkle root дозволяє отримувати частину хеш-дерева з ненадійного джерела, наприклад, з peer-to-peer мережі.

Будь-яку отриману гілку, що є новою транзакцією у блокчейні, можна перевірити через довірений merkle root, щоб визначити, чи хеш не пошкоджений чи сфальсифікований. Замість передачі всього файлу достатньо надіслати лише його хеш і звірити з merkle root для перевірки цілісності. Це визначає криптовалюту як trustless-систему.

Що таке Proof of Reserves?

У класичному фінансовому обліку системи складаються з реєстрів, записів і балансів, які перевіряють незалежні аудитори. Децентралізовані платформи працюють без сторонніх аудиторів або ручної балансування транзакцій, що викликає питання довіри та перевірки.

Коли користувачі депонують криптовалюту на біржу, їм потрібна впевненість, що депозити зберігаються і не використовуються для інших цілей. Блокчейн-експлорери існують, але історія показала, що вони не завжди достатньо прозорі для захисту від зловмисників. Вирішення — поєднання Merkle Tree і протоколу Proof of Reserves.

Щоб зняти занепокоєння клієнтів щодо збереження коштів на централізованих платформах, біржі запроваджують протоколи Proof of Reserves. Proof of Reserves — це звіт про криптоактиви, який гарантує, що кастодіан зберігає ті активи, які декларує від імені користувачів.

Merkle Tree підтверджує це двома основними способами. По-перше, користувач може знайти свій баланс у дереві й переконатися, що його активи враховано у загальному балансі біржі. По-друге, загальний баланс біржі порівнюється з публічним балансом ончейн-гаманця для визначення Proof of Reserves.

За допомогою Merkle Tree можна показати незмінні дані транзакцій і довести, що вони не були підроблені, використовуючи криптографічне хешування та перевірку merkle root. Клієнти можуть бути впевнені, що їхні активи зберігаються у співвідношенні 1:1. Це створює прозору систему, де довіра ґрунтується на математиці, а не на сторонніх аудиторах.

Висновок

Merkle Tree — це революційна криптографічна структура, яка забезпечує прозору та ефективну перевірку даних у блокчейн-системах. Ієрархічна структура хешів із merkle root на вершині дозволяє швидко перевіряти цілісність даних без необхідності валідації всієї історії блокчейна. Merkle root є остаточною точкою перевірки, забезпечуючи trustless-підтвердження всіх транзакцій у дереві. У поєднанні з протоколами Proof of Reserves Merkle Tree дає користувачам криптовалют математичне підтвердження того, що їхні активи зберігаються у співвідношенні 1:1. Такий trustless-механізм змінює підхід до перевірки активів — від сліпої довіри централізованим установам до прозорої, криптографічно обґрунтованої гарантії через верифікацію merkle root. З розвитком криптовалютної екосистеми технології Merkle Tree, merkle root і Proof of Reserves залишаються ключовими інструментами для забезпечення прозорості, безпеки та довіри у децентралізованих фінансових системах.

FAQ

У чому різниця між Merkle Tree і Merkle Root?

Merkle Tree — це бінарна структура даних для ефективної перевірки, а Merkle Root — це єдиний хеш на вершині дерева, що використовується для верифікації всіх листків.

Як обчислити Merkle Root?

Захешуйте листки дерева, потім попарно хешуйте їх далі вверх, доки не залишиться один хеш. Це і є Merkle Root.

Для чого використовується Merkle?

Merkle використовується для ефективної перевірки даних у блокчейні та P2P-мережах, забезпечуючи цілісність і доведення включення даних у більші масиви.

Які концепції Merkle Root застосовують у блокчейнах?

Merkle Root у блокчейнах підсумовує дані блоку в один хеш, забезпечує цілісність і дає можливість ефективно перевірити вміст блоку без обробки всіх транзакцій.