Apa itu Filter Bloom di Blockchain?

Pengantar

Teknologi Blockchain dianalogikan dengan hutan yang tumbuh; setiap blok baru seperti tunas baru yang menembus tanah digital, meningkatkan ketinggian jaringan. Filter Bloom adalah mekanisme yang kurang dikenal namun sangat berpengaruh di jantung hutan digital ini. Filter Bloom berfungsi sebagai kompas saat kita menavigasi data yang padat, mengarahkan kita menuju efisiensi dan privasi.

Filter Bloom beroperasi di dalam blockchain, meningkatkan kemampuannya dalam mengelola data, seperti halnya kompas yang memerlukan medan magnet. Mereka adalah pahlawan tanpa tanda jasa dalam kisah blockchain, yang sering kali dibayangi oleh istilah-istilah yang lebih mencolok seperti mata uang kripto dan kontrak pintar. Memahami Bloom Filter, di sisi lain, dapat memberikan perspektif unik tentang cara kerja teknologi blockchain yang rumit dan mengapa teknologi ini dipuji sebagai kekuatan revolusioner di dunia digital.

Tujuan artikel ini adalah untuk membantu Anda memahami Filter Bloom. Apakah Anda seorang penggemar blockchain pemula atau hanya ingin tahu tentang teknologinya, artikel ini akan memberikan penjelasan menarik tentang apa itu Filter Bloom, bagaimana filter tersebut terhubung dengan blockchain, dan mengapa filter itu penting. Kita akan melihat inti dari Filter Bloom di bidang blockchain menggunakan penjelasan sederhana dan contoh dunia nyata.

Pada bagian berikut, kita akan mulai dengan pemahaman dasar tentang Filter Bloom, asal usulnya, dan mekanisme kerjanya (pada titik ini, diagram ilustrasi sederhana dapat digunakan). Kemudian, kita akan memperluas cakupan untuk melihat bagaimana Filter Bloom digunakan di luar blockchain (mungkin dalam tabel yang membandingkan berbagai aplikasi). Kita akan melihat bagaimana Filter Bloom terintegrasi saat kita masuk lebih jauh ke dalam hutan blockchain, dan kami akan mengilustrasikannya dengan contoh dunia nyata (gambar aplikasi Bloom Filter dalam proyek blockchain sebenarnya). Kami juga akan mempertimbangkan manfaat dan kelemahannya dan memeriksa bagaimana komunitas blockchain berkembang untuk mengatasi masalah ini (grafik perbandingan mungkin berguna di sini).

Jadi, saat kita berada di ambang eksplorasi digital ini, mari kita mengambil langkah pertama untuk memahami berkembangnya blok-blok blockchain melalui lensa Bloom Filters.

Memahami Filter Bloom

Sumber: https://ethereumclassic.org/

Filter Bloom adalah perpaduan menarik antara matematika dan ilmu komputer, berfungsi sebagai struktur data kompak untuk menguji apakah suatu elemen merupakan anggota suatu himpunan. Mereka seperti pustakawan yang teliti di dunia digital, membantu menemukan informasi yang Anda cari dengan cepat. Namun, ada kendala kecilnya — meskipun mereka dapat memberi tahu Anda dengan pasti jika suatu barang tidak ada di perpustakaan, terkadang mereka mungkin salah menaruhkan satu atau dua buku.

Definisi dan Penjelasan Sederhana

Bayangkan Anda memiliki sebuah kotak besar dengan banyak kompartemen, dan Anda memiliki sekumpulan bola berwarna berbeda. Setiap kali Anda mendapatkan bola baru, Anda mengikuti serangkaian aturan yang memberi tahu Anda di kompartemen mana untuk memasang stiker. Seiring waktu, semakin banyak bola yang Anda dapatkan, semakin banyak kompartemen yang mendapatkan stiker. Sekarang, jika seseorang memberi Anda sebuah bola dan bertanya apakah Anda pernah melihatnya sebelumnya, Anda memeriksa kompartemennya berdasarkan aturan warna tersebut. Jika semua kompartemen untuk warna tersebut memiliki stiker, Anda menjawab “mungkin ya.” Namun jika ada kompartemen yang kosong, Anda berkata “pasti tidak”.

Dalam istilah teknis, Filter Bloom adalah struktur data yang digunakan untuk menguji apakah suatu elemen merupakan anggota suatu himpunan. Ini sangat hemat ruang namun mengorbankan keakuratan — ini tidak akan pernah memberikan hasil negatif palsu (jika dikatakan suatu item tidak ada dalam set, itu benar), namun ada kemungkinan positif palsu (dapat dikatakan suatu item ada di set padahal tidak).

Latar Belakang Sejarah dan Mekanisme Kerja Dasar

Filter Bloom diperkenalkan oleh Burton Howard Bloom pada tahun 1970. Kejeniusan di balik desain Bloom terletak pada kesederhanaan dan efisiensinya dalam menjawab pertanyaan mengenai keanggotaan.

Inti dari Filter Bloom adalah dua komponen utama: array bit dan beberapa fungsi hash. Bit array adalah struktur data sederhana yang terdiri dari array bit (0 dan 1). Awalnya, semua bit dalam array diatur ke 0. Fungsi hash, sebaliknya, adalah algoritma matematika yang mengambil input (atau 'pesan') dan mengembalikan string byte berukuran tetap. Outputnya, biasanya berupa 'intisari', bersifat unik untuk setiap input unik.

Sekarang, ketika item ditambahkan ke Filter Bloom, fungsi hash ini menghitung posisi atau indeks dalam array bit, dan mengalihkan bit pada posisi ini ke 1. Untuk memverifikasi apakah suatu item merupakan bagian dari himpunan, fungsi hash yang sama digunakan untuk menghitung indeks, dan bit pada indeks ini diperiksa. Jika ada bit yang bernilai 0, item tersebut pasti tidak ada dalam set. Namun, jika semua bit adalah 1, item tersebut mungkin ada di dalam set, namun ada juga kemungkinan positif palsu, yang berarti item tersebut sebenarnya tidak ada dalam set tetapi bit yang dicentang menunjukkan sebaliknya.

Mekanisme ini memungkinkan cara yang cepat dan hemat ruang untuk memeriksa keanggotaan suatu item, meskipun dengan kemungkinan kesalahan yang kecil dalam bentuk positif palsu.

Sumber: https://devopedia.org/bloom-filter

Keanggunan Filter Bloom terletak pada kemampuannya untuk melakukan operasi ini dengan cepat dan hemat ruang, menjadikannya alat yang berharga di banyak bidang ilmu komputer dan, seperti yang akan kita lihat, dalam blockchain.

Contoh Dunia Nyata

Filter Bloom memainkan peran penting dalam ekosistem blockchain, terutama untuk klien ringan atau SPV (Verifikasi Pembayaran Sederhana). Misalnya, dalam ekosistem Bitcoin, BIP37 memperkenalkan Filter Bloom untuk klien SPV, yang memungkinkan node penuh meminta transaksi untuk alamat tertentu. Ini tidak hanya menghemat bandwidth tetapi juga melindungi privasi klien. Demikian pula, Ethereum menggunakan Filter Bloom untuk mengambil entri log atau peristiwa penting untuk interaksi kontrak pintar, secara signifikan mengoptimalkan proses pengambilan entri log yang relevan, mempercepat interaksi, dan meningkatkan efisiensi jaringan. Implementasi ini menunjukkan kemampuan beradaptasi dan kegunaan Filter Bloom dalam meningkatkan efisiensi penanganan data dan menjaga privasi dalam proyek-proyek blockchain.

Filter Bloom Melampaui Blockchain

Sumber: https://devopedia.org/bloom-filter

Filter Bloom berguna dalam berbagai bidang selain blockchain. Mereka sangat penting dalam lingkungan database, karena mempercepat permintaan keanggotaan, yang diperlukan untuk pengambilan data dengan cepat. Mereka membantu dalam perutean paket yang efisien, meminimalkan latensi, dan memastikan komunikasi jaringan yang lebih lancar di domain jaringan. Filter Bloom digunakan oleh browser web seperti Google Chrome untuk meningkatkan keamanan pengguna dengan menyaring URL berbahaya. Filter Bloom semakin mendapat perhatian di bidang data besar, yang mengalami peningkatan signifikan sejak pertengahan tahun 2000-an, karena sifatnya yang hemat ruang, terutama ketika menangani kumpulan data yang besar. Mereka berfungsi sebagai struktur data yang kompak dan probabilistik yang mendukung kueri keanggotaan yang ditetapkan. Fitur ini sangat berguna dalam situasi di mana penyimpanan dan kecepatan sangat penting.

Selain itu, Filter Bloom menemukan penerapannya di jaringan peer-to-peer, membantu dalam perutean sumber daya dan kolaborasi. Jaringan Pengiriman Konten (CDN) menggunakan Filter Bloom untuk menghindari penyimpanan file dalam cache yang tidak diperlukan, sehingga memastikan pengiriman data yang efisien kepada pengguna. Dalam aplikasi streaming, mereka digunakan untuk menghapus duplikat peristiwa dalam skala besar, menunjukkan kemampuan mereka untuk menangani aliran data throughput tinggi. Misalnya, Medium menggunakan Filter Bloom untuk menghapus duplikat rekomendasi, menyoroti kegunaan praktisnya dalam aplikasi dunia nyata. Fleksibilitas Filter Bloom inilah yang menjadikannya alat yang sangat diperlukan dalam sistem digital modern, melampaui penerapannya dalam teknologi blockchain.

Manfaat, Tantangan dan Solusi

Manfaat

• Efisiensi Ruang: Filter Bloom unggul dalam efisiensi ruang, memerlukan sebagian kecil memori dibandingkan dengan struktur data lainnya, yang sangat penting dalam lingkungan dengan keterbatasan memori.
• Peningkatan Privasi: Kemampuan mereka untuk mengaburkan data yang sebenarnya berkontribusi pada peningkatan privasi pengguna, sebuah landasan dalam lingkungan blockchain di mana privasi adalah perhatian utama.
• Kecepatan: Dengan memungkinkan kueri keanggotaan yang cepat, mereka secara signifikan meningkatkan kecepatan pengambilan data, yang sangat penting untuk mempertahankan tingkat kinerja tinggi dalam sistem digital.

Tantangan dan Solusi

• Positif Palsu: Tantangan yang melekat pada positif palsu di Filter Bloom dapat dikurangi dengan mengoptimalkan parameter seperti jumlah fungsi hash dan ukuran bit array. Pertukaran antara konsumsi memori dan kemungkinan kesalahan positif harus seimbang untuk memastikan efektivitas.
• Pemilihan Parameter: Memilih parameter yang tepat - ukuran filter (m), jumlah fungsi hash (k), dan jumlah elemen yang akan disimpan (n) sangatlah penting. Pemilihan parameter yang tidak tepat dapat menyebabkan peningkatan kesalahan positif, atau dalam skenario terburuk, memungkinkan penyerang merusak filter dengan masukan yang dipilih dengan baik. Keseimbangan antara parameter-parameter ini sangat penting untuk memastikan tingkat positif palsu yang diinginkan sekaligus menjaga efisiensi.

Kesimpulan

Eksplorasi Bloom Filters menjelaskan peran penting mereka dalam memperkuat efisiensi dan privasi blockchain. Integrasi mereka dalam lingkungan blockchain seperti Bitcoin dan Ethereum menunjukkan dampak besarnya. Seiring dengan terus berkembangnya teknologi blockchain, penggabungan Filter Bloom dan variannya tidak diragukan lagi akan berkontribusi pada peningkatan manajemen data, privasi, dan efisiensi jaringan secara keseluruhan. Hal ini, pada gilirannya, membuka jalan bagi jaringan blockchain yang lebih kuat dan ramah pengguna, mencerminkan perpaduan kesederhanaan dan efektivitas yang dibawa oleh Bloom Filters ke dunia digital.