Merkle Tree là gì? Vì sao cây Merkle lại quan trọng trong Blockchain?

Merkle tree là kỹ thuật quan trọng trong việc xác minh làm rõ nhanh chóng, ổn định các giao dịch trong các block trên những hệ thống blockchain. Trong thông tin này, mọi người sẽ tham khảo kỹ thuật merkle tree là gì và tầm quan trọng của kỹ thuật merkle tree trong blockchain.

Merkle tree là gì?

Cây merkle là một kết cấu thông tin dạng cây trong đó mọi nút lá được gắn nhãn bằng trị giá băm của khối thông tin và mọi nút không phải là nút lá được đính nhãn bằng trị giá băm của nhãn của các nút con của chúng. Cây băm cho phép xác minh làm rõ hữu hiệu và ổn định thông tin của các kết cấu thông tin lớn. Cây băm là một dạng khái quát của danh mục băm và hệ thống băm.

Định nghĩa cây là một định nghĩa thông dụng trong khoa học máy tính, nhắc đến một kết cấu gồm các nút cha và các nút con phân nhánh từ các nút cha này. Nhìn bên trên hình ta thấy rằng nút lá hash 0-0 và hash 0-1 có nhãn là trị giá băm của hai khối thông tin l1 và l2, và nút không phải là nút lá hash 0 có nhãn là trị giá băm của hash 0-0 và hash 0-1.

Merkle tree là gì?

Với dạng cây băm merkle tree này, lượng phép tính hàm băm tỉ lệ với logarit của số nút là của cây. Nhưng với các danh mục băm thì lượng này tỉ lệ với lượng nút của nó. Chính điều đó khiến việc tính và xác minh làm rõ, kiếm tìm trị giá băm trên khối xảy ra nhanh hơn trên các khối thông tin lớn.

Cây merkle, theo cách hiểu nôm na, lấy rất nhiều thông tin, nén nó thành một dãy kí tự đơn giản có thể chứng tỏ tính xác nhận của thông tin được giữ trong đó, mà không bật mí thông tin đó là gì. Tương tự như một tệp nén (.Zip hoặc .Rar), nếu được lấy tên chuẩn xác theo một quy chuẩn nhất định, khách hàng có thể thấy thông tin mà không cần phải giải nén và mở các tệp chứa.

Dãy kí tự (title) này có tên là giá trị băm. Giá trị băm được tạo ra từ hàm băm là một hàm một chiều, chứng tỏ là nếu bạn đặt cùng một thông tin, chúng ta sẽ luôn nhận được cùng một trị giá băm, tuy nhiên bạn chẳng thể lấy trị giá băm đó và đưa ra được thông tin gốc.

Cách cây merkle hoạt động

Bên dưới là một ví dụ đơn giản giúp bạn tưởng tượng cách thức hoạt động của cây merkle:

Block xyz có a, b, c và d là bốn giao dịch, tất cả đều được làm trên cùng một block. Mỗi giao dịch về sau được hashed như sau:

Hash A.
Hash B.
Hash C.
Hash D.

Các hash được kết nối với nhau, mang tới:

Hash AB.
Hash CD.

Cách cây merkle hoạt động

Và vì lẽ đó, merkle tree của block được thành lập bằng cách cùng với hai hàm hash này – hash abcd. Trị giá hash sau cùng này là merkle root, nó cung cấp một bản thu gọn về toàn bộ các giao dịch mà nó chứa trong một block.
Xong thực tiễn, cây merkle phức tạp hơn cực kỳ nhiều (nổi bật là lúc mỗi id giao dịch dài 64 ký tự). Dẫu vậy, ví dụ này làm cho bạn có cái nhìn bao quát về cách thức hoạt động của các thuật toán và vì sao chúng lại hữu hiệu trong xác minh làm rõ tính đồng nhất của thông tin trong blockchain.

Tóm lại, một cây merkle được làm ra bằng cách chia thông tin thành nhiều phần, tiếp đó được băm (hash) nhiều lần để tạo nên merkle root. Kế tiếp, khách hàng có thể xác minh làm rõ một cách hữu hiệu xem có điều gì xảy đến với một phần thông tin hay không.

Xem thêm:

Những lợi ích của merkle tree

Việc dùng kết cấu merkle tree có thể làm giảm đáng kể lượng thông tin thiết yếu phải giữ vững cho mục tiêu xác minh làm rõ giao dịch hoặc nhìn nhận tính vẹn toàn của từng nội dung trong dữ liệu. Cây merkle có khả năng được tích trữ cục bộ hoặc trên những hệ thống chia nhỏ.

Merkle tree có ba lợi ích chính:

Merkle tree cung cấp một công cụ để minh chứng tính vẹn toàn và phù hợp của thông tin. Kết cấu của cây cho phép định vị các thay đổi cho dù nhỏ nhất đối với thông tin dễ dàng.
Yêu cầu ít dung lượng bộ nhớ hoặc sức chứa ổ đĩa vì các chứng cứ được suy tính thuận lợi và nhanh chóng. Nếu mọi người muốn biết sự chuyển biến thông tin đã diễn ra ở đâu thì chúng ta có thể điều tra xem thông tin có hợp với hash root hay không và tiến hành duyệt cây theo chiều rộng là có khả năng tìm được những địa chỉ mà thông tin bị thay đổi.
Chỉ yêu cầu một lượng nhỏ thông tin được chuyển tải qua các mạng.

Vì sao merkle tree lại cần thiết cho sự phát triển của blockchain?

Như mình có nói ở đầu thông tin, merkle tree là một kết cấu thông tin toán học được hợp thành từ các hàm băm (hash) của nhiều block thông tin khác nhau, nó thu gọn toàn bộ các giao dịch trong một block, từ đó merkle tree đồng ý xác minh làm rõ thông tin nhanh chóng và ổn định trên các bộ thông tin lớn và xác minh làm rõ tính đồng nhất của thông tin.

Vì sao merkle tree lại cần thiết cho sự phát triển của blockchain?

Hãy liên tưởng nếu bitcoin không dùng merkle trees, thì mọi node trên mạng internet buộc phải giữ lại một bản sao hoàn thiện của mọi giao dịch bitcoin từng được thực hành. Mọi người có thể hình dung lượng dữ liệu đó rất đồ sộ. Merkle trees là một phương án cho chuyện này, merkle tree tách thông tin chứng cứ (proof) khỏi chính thông tin gốc, từ đó giảm lượng dữ liệu phải gìn giữ nguyên lành trên blockchain.

Cây merkle là một thành phần bắt buộc phải có của blockchain. Merkle tree cho phép blockchain hoạt động hữu hiệu trong việc cam kết tính bất biến và chứng tỏ tính vẹn toàn của giao dịch. Thấu hiểu chức năng của chúng trong các mạng chia nhỏ và kỹ thuật căn bản của các hàm băm mật mã là cực kỳ quan trọng để am hiểu các khái niệm căn bản trong tiền mã hóa hay blockchain. Ngày nay các kiến trúc cây merkle vẫn đang tiếp tục được phát triển thành những hệ thống lớn hơn và phức tạp hơn, được sử dụng nhiều hơn trong những hệ thống blockchain trong thực tiễn.

Xem thêm: