ブロックチェーンは、データを記録するための分散型台帳です。 それは暗号通貨の背後にある技術です。 手動の台帳とは異なり、ブロックチェーンは不変であり、ブロックチェーン上の記録は最終的なものであり、破損することはありません。 ブロックチェーンの独自性に貢献する機能の中には、マークルツリーとマークルルートがあります。

マークルツリーはブロックチェーンの不可欠な部分です。 トランザクションを効果的に検証し、ブロックチェーンに保存されている情報の整合性を維持するのに役立ちます。 ビットコインのような分散型ネットワークでは、誰もがネットワークデータのコピーを持っているため、一貫性を確保するために、そのようなデータが有効であることを確認する必要があります。 マークルツリーとマークルルートがブロックチェーンにどのように適用できるかを見てみましょう。

マークルツリーとは何ですか?

マークルツリーは、セット内のデータの整合性を効果的かつ効率的に検証および維持するために使用される構造です。 これは、ツリーのような構造に配置された複数のトランザクションハッシュで構成されています。 ハッシュ関数は、トランザクションの詳細を簡単かつ一貫して表すためにブロックチェーンで使用されます。 つまり、ハッシュとは、任意の長さの入力を受け取り、固定長の出力を返すことです。 ハッシュ関数を使用して情報を表すと、大量の情報を効率的に処理できます。

マークルツリーは、1980年にスタンフォード大学のラルフマークル教授によって開発されました。 彼は 、「認定されたデジタル署名」というタイトルのデジタル署名に関する論文でこの技術を発表しました。 マークルツリーは主に、情報が共有され、独立して検証されるピアツーピアネットワーク(P2P)で使用されます。 マークルツリーは、トランザクションの有効性を検証するためにビットコインなどの暗号通貨で広く使用されています。

名前が示すように、ブロックチェーンは互いにリンクされたブロックで構成されています。 各ブロックは、何千ものトランザクションデータをホストできます。 ネットワーク上のトランザクションを検証するには、多くのスペースと処理能力が必要になります。 しかし、マークルツリーを使用すると、ネットワーク上の何千ものトランザクションを必ずしも通過することなく、トランザクションを検証できます。

トランザクションはペアでグループ化され、各ペアのハッシュが検出され、親ノードに格納されます。 親ノードもペアになり、それらのハッシュが検出され、1 つ上のレベルに格納されます。 この傾向は、ハッシュツリーのルートに到達するまで続きます。 要約すると、マークルツリーには3種類のノードがあります。

1. リーフノード:ブロック内のすべてのトランザクションにはハッシュ値があります。 このハッシュ値はリーフ ノードに格納されます。
2. 非リーフ ノード: このノードは、異なるリーフ ノードからのハッシュ値で構成されます。 これは、リーフ ノードとルート ノードの間の仲介者です。
3. ルートノード:これはマークルツリーのルートであり、ブロックヘッダーに格納されているブロック内のすべてのトランザクションを表す単一のハッシュが含まれています。

上記の構造では、検証に必要なのはシステム全体ではなく、ブロックヘッダーのチェックだけです。 マークルツリーはバイナリであると言われています。 これは、マークルツリーを適切に構築するために、リーフノードの数が偶数である必要があることを意味します。 しかし、奇数のリーフノードがある状況では、最後のノードが複製されて偶数になります。

マークルルートとは何ですか?

マークルルートは、マークルツリー内のトランザクションのすべてのハッシュのハッシュです。 トランザクションが正常にペア化およびハッシュされると、結果はマークルルートになります。 データを変更すると、マークルルートも変更されます。 したがって、マークルルートは、ネットワーク上のデータが変更されないようにします。

マークルツリーはどのように機能しますか?

マークルツリーは、バルクデータを簡単に処理できる小さな単位に分割します。 すべてのトランザクションデータをブロックに結合して、単一のデジタル指紋を生成します。 したがって、トランザクションの検証がより簡単かつ迅速になります。

マークルツリーは、ノードの異なるペアを組み合わせてハッシュすることによって形成されます。 結果はマークルルートです。 マークルの木の構造は下から上(根から葉まで)に走っています。 リーフノードからの異なるトランザクションがペアになり、ルートノードに到達するまで非リーフノードが形成されます。

マークルツリーをより明確に理解するには、T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、およびT8の8つの異なるトランザクションを持つブロックを考えてみましょう。 各トランザクションはハッシュ化され、H1、H2、H3、H4、H5、H6、H7、および H8 が生成されます。 次に、ハッシュがペアになり、再度ハッシュされて、H(12)、H(34)、H(56)、および(H78)が得られます。 結果はもう一度ペアになり、ハッシュされてH(1234)とH(5678)が得られます。 さらに一歩進むと、マークル根としてH(12345678)が得られます。 次の図は、ブロック内の 8 つの異なるトランザクションから構築されたマークル ツリーを表しています。

上記の説明は、マークルツリーの概念についての洞察を提供しますが、それは私たちが持っているものよりも複雑です。 最後に生成されたマークルルートはブロックヘッダーに保存され、マイニングプロセス中に使用されます。 たとえば、ビットコインネットワークでは、ブロックヘッダーは個別のトランザクションを処理するのではなく、ハッシュされます。 マークルルートがブロックヘッダーに存在すると、初期データの変更を簡単に検出できます。 これにより、システム全体が改ざん防止されます。

マークルツリーの利点

ブロックチェーンでマークルツリーとマークルルートを使用すると、非常に多くの利点があります。 その中で著名なものは次のとおりです。

効率的なデータ検証プロセス

マークルツリーは、処理能力をあまり消費することなくトランザクションを検証する効率的な手段を提供します。

メモリ容量が少ない

マークルツリーを使用してトランザクションを検証する場合、ブロックチェーン全体をダウンロードする必要はありません。 したがって、計算は他のデータ構造と比較してより少ないスペースを必要とします。

迅速な取引

トランザクションがペアになり、単一のハッシュが生成されると、ネットワークを介した情報の転送が高速になります。 これが、暗号通貨の転送が非常に高速である主な理由の1つです。

改ざん検出

マークルツリーを使用すると、トランザクションが改ざんされたことを検出できます。 トランザクションがハッシュ化されてブロックチェーンに保存されると、初期情報の変更によってハッシュも変更されます。 これは、現在のハッシュとブロックヘッダーに格納されているハッシュを比較することで検出できます。

マークルツリーとマークルルートがブロックチェーンに不可欠なのはなぜですか

ブロックチェーンはブロックのチェーンで構成されています。 1つのブロックで最大数千の異なるトランザクションを保持できます。 マークルツリーの最後に取得されたルートハッシュは、そのブロックに含まれるすべてのトランザクションを合計します。 これにより、検証プロセスが効率的になり、変更を簡単に検出できます。

マークルツリーが使用されていない状況では、ネットワーク上のすべてのノードに台帳のコピーがあります。 このようなシステムでトランザクションを検証するには、ノードのすべてのコピーを調べて比較する必要があります。 台帳の異なるバージョンを比較するには、多くの計算能力とメモリスペースが必要になります。 しかし、マークルツリーの助けを借りて、このプロセスはバイパスされ、最小限の計算能力で検証が可能になります。

ブロックチェーンにおけるマークルツリーとマークルルートの応用

マークルツリーとマークルルートはブロックチェーンにおいて非常に重要です。 ビットコインネットワークやその他の暗号通貨では、マイニングと検証のプロセスに不可欠です。

マイニング

マークルツリーは、ビットコインネットワークの不可欠な部分です。 トランザクションを検証し、新しいブロックを追加するために、ネットワーク上のマイナーは、データをハッシュして特定の条件に準拠した出力を生成する任務を負っています。 これは、有効な出力を見つける前に何兆もの試行を要する可能性があります。 これを行うために、鉱夫は出力を得るために乱数を推測し続けます。

マイニングプロセスは、ルートハッシュを使用してより簡単かつ効率的になります。 必要なのは、さまざまなトランザクションを使用して適切なマークルツリーを構築することだけです。 次に、ルートハッシュをブロックヘッダーに配置します。 したがって、マイニング中は、ブロック全体ではなくブロックヘッダーをハッシュするだけで済みます。

検証

処理能力が制限されているデバイスでノードを実行する場合。 ブロック内のすべてのトランザクションをダウンロードしてハッシュすることは不可能です。 ここで必要なのは、マークル証明(特定のトランザクションがブロックに存在することの証明)です。 これにより、実行するハッシュの数が減り、デバイスを使用してトランザクションを検証できます。

結論

マークルツリーとマークルルートは、ブロックチェーン内のデータの検証を強化するように設計されています。 これらのツールは、ネットワーク全体をダウンロードすることなく、トランザクションの有効性を確保するのに役立ちます。 彼らは今日のモバイルウォレットの背後にある頭脳です。 ユーザーは、元帳のコピー全体を必要とせずにブロックチェーンと対話できます。