Merkle Tree là gì?
Merkle Tree (hay Cây Merkle) là một cấu trúc dữ liệu được sử dụng trong các ứng dụng khoa học máy tính. Đó là một cấu trúc dữ liệu toán học được tạo thành từ các hàm băm của nhiều block dữ liệu khác nhau tóm tắt tất cả các giao dịch trong một block. Nó cũng cho phép xác minh nội dung nhanh chóng, an toàn và nhất quán trên các bộ dữ liệu lớn.
Trong Bitcoin và các loại Cryptocurrency khác, Merkle tree được dùng để mã hóa dữ liệu blockchain một cách hiệu quả và an toàn hơn vì cấu trúc Merkle tree cung cấp một bản ghi dễ dàng truy cập về các giao dịch trong một block.
Vì vậy, rất đơn giản để kiểm tra xem dữ liệu trong một block có bị thay đổi hoặc giả mạo hay không. Điều này đúng vì bất kỳ thay đổi nào đối với giao dịch (hoặc bất kỳ dữ liệu liên quan nào khác) trong Merkle tree sẽ dẫn đến một Merkle root tương ứng hoàn toàn khác.
Cách cây Merkle hoạt động
Dưới đây là một ví dụ đơn giản giúp bạn hình dung cách hoạt động của cây Merkle:
Block xyz có A, B, C và D là bốn giao dịch, tất cả đều được thực hiện trên cùng một block. Mỗi giao dịch sau đó được hashed như sau:
- Hash A.
- Hash B.
- Hash C.
- Hash D.
Các hash được ghép nối với nhau, dẫn đến:
- Hash AB.
- Hash CD.
Và do đó, Merkle Tree của block được hình thành bằng cách kết hợp hai hàm hash này – hash ABCD. Giá trị hash cuối cùng này gọi là Merkle root, nó cung cấp một bản tóm tắt về tất cả các giao dịch mà nó chứa trong một block.
Trong thực tế, cây Merkle phức tạp hơn rất 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 trong xác minh tính nhất quán của dữ liệu trong Blockchain.
Tóm lại, một cây Merkle được tạo ra bằng cách chia dữ liệu thành nhiều phần, sau đó được băm (hash) nhiều lần để tạo thành Merkle Root. Tiếp đó, người dùng có thể xác minh một cách hiệu quả xem có vấn đề gì xảy ra với một phần dữ liệu hay không.
Tại sao Merkle Tree lại cần thiết cho sự phát triển của Blockchain?
Như mình có nói ở đầu bài viết, Merkle Tree là một cấu trúc dữ liệu toán học được tạo thành từ các hàm băm (hash) của nhiều block dữ liệu khác nhau, nó tóm tắt tất cả các giao dịch trong một block, từ đó Merkle Tree cho phép xác minh nội dung nhanh chóng và an toàn trên các bộ dữ liệu lớn và xác minh tính nhất quán của dữ liệu.
Hãy hình dung nếu Bitcoin không sử dụng Merkle Trees, thì mọi node trên mạng sẽ phải giữ lại một bản sao hoàn chỉnh của mọi giao dịch Bitcoin từng được thực hiện. Các bạn có thể tưởng tượng lượng thông tin đó rất khổng lồ. Merkle Trees là một giải pháp cho vấn đề này, Merkle Tree tách dữ liệu bằng chứng (proof) khỏi chính dữ liệu gốc, từ đó giảm tải lượng thông tin phải lưu giữ trên Blockchain.
Ích lợi của Merkle Tree trong Blockchain
Cây Merkle có nhiều cách sử dụng khác nhau, trong bài viết này, mình sẽ tập trung vào tầm quan trọng của cấu trúc này đối với các blockchain. Cây Merkle rất quan trọng đối với Bitcoin và nhiều loại cryptocurrency khác.
Cây Merkle cung cấp bốn lợi thế đáng kể:
- Xác thực tính toàn vẹn của dữ liệu: Merkle Tree có thể được sử dụng để xác thực tính toàn vẹn của dữ liệu một cách hiệu quả.
- Tốn ít dung lượng lưu trữ: 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 mỗi giao dịch được hash trong Merkle tree, các giá trị hash được tạo ra sẽ được ghép nối với một giá trị hash khác và sau đó được hash lại. So với các cấu trúc dữ liệu khác, cấu trúc Merkle Tree chiếm rất ít dung lượng lưu trữ.
- Dữ liệu được sắp xếp và cấu trúc để xác minh dễ dàng: Cây Merkle có thể được chia thành các phần dữ liệu nhỏ để xác minh. các giá trị Hash ‘AB’ và ‘AC’ được kết hợp để tạo ra ‘ABC’. 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.
- Xác minh hiệu quả: Định dạng dữ liệu hiệu quả và việc xác minh tính toàn vẹn của dữ liệu chỉ mất vài phút.
Tổng kết
Công nghệ Merkle Tree rất hữu ích hữu ích trong một loạt các ứng dụng khoa học máy tính đặc biệt trong lĩnh vực blockchain vì trong các hệ thống phân tán, Merkle tree cho phép dễ dàng xác minh thông tin mà không làm ngập mạng lưới với dữ liệu không cần thiết. Nếu không có Merkle tree và Merkle root, Bitcoin và các block của các loại cryptocurrency khác khó mà nhỏ gọn như ngày nay.
