Що таке дерева Меркла і як вони забезпечують Proof of Reserves?

У сфері блокчейнтехнологій та криптовалют важливо розуміти базові механізми, що гарантують цілісність і захист даних. Два ключові поняття — дерева Меркла (у більш сучасних версіях також дерева Веркла) та Proof of Reserves — відіграють ключову роль у підтримці прозорості й довіри в децентралізованих системах. У цій статті розглядаються ці поняття, пояснюється їхня взаємодія для забезпечення перевірки наявності активів на криптовалютних платформах.

Що таке «хеш»?

Хеш — це фундаментальний компонент блокчейнтехнологій. Це унікальна незмінна послідовність цифр і літер, яку генерує набір даних будь-якої довжини. У блокчейні цей набір може бути теоретично нескінченним, тому хеші зручні для захисту інформації.

Процес відбувається через криптографічну хешфункцію, яка перетворює вхідні дані на рядок фіксованої довжини. Коли у блокчейн додають новий блок, його криптографічно зв’язують із попереднім через хешфункцію. Функція перетворює дані транзакції з блоку у унікальний текстовий рядок — хеш, який не можна змінити без зміни хешу попереднього блоку та всієї історії блокчейну.

Важлива властивість хешів — чутливість до змін. Зміна будь-якої частини набору даних повністю змінює хеш. Одностороннє перетворення означає, що після конвертації даних у хеш неможливо відновити початкові дані. Саме цей механізм робить блокчейни криптографічними і забезпечує захист даних від спроб дешифрування.

Криптографічна хешфункція — це основа незмінності та захисту від втручання. Кожен блок тісно пов’язаний із попередніми і наступними, формуючи непорушний ланцюг перевіреної інформації. На практиці транзакційний хеш (Tx Hash) — це унікальний ідентифікатор, створений криптовалютною транзакцією, що доводить її валідацію і додавання у блокчейн.

Що таке дерево Меркла?

Дерево Меркла, запатентоване Ральфом Мерклом у 1979 році, — це структура хеш-«дерева», яка змінила перевірку даних у розподілених системах. Інноваційна структура даних, що розвинулася у сучасні форми, такі як дерева Веркла, вирішує головне питання децентралізованих однорангових мереж: як ефективно перевіряти коректність транзакцій у всіх учасників мережі.

Без функції транзакційного хешу, як-от дерева Меркла або дерева Веркла, мережа мусила б постійно перевіряти всі транзакції у блокчейні, що було б неефективно при зростанні блокчейну. Для кращого розуміння розгляньте аналогію з роботою крамниці морозива. Під час підрахунку прибутку і збитку за січень на папері, знайдення помилки у записі за 5 січня означає необхідність перерахунку всіх наступних записів — це неефективно.

Криптографічна хешфункція у цій аналогії працює як Excel або бухгалтерське програмне забезпечення: оновлення будь-якого поля автоматично змінює підсумки без ручного коригування інших записів. Проте, замість зміни числових підсумків, змінюється транзакційний хеш (Tx Hash) — на нову випадкову послідовність, що відображає модифікації у транзакціях блокчейну.

Дерева Меркла і дерева Веркла функціонують як складні генератори паролів, перетворюючи дані у випадкові алфавітно-цифрові послідовності (хеші), які зв’язуються з відповідними транзакціями у блокчейні. Це створює ієрархічну структуру хеш-«дерева». Перевага дерев Меркла і дерев Веркла — у можливості швидко перевіряти дані, що передаються між комп’ютерами в одноранговій мережі, гарантуючи, що блоки приймаються без змін і пошкоджень.

Структура дерева Меркла складається з листів або листових вузлів — хешів, що представляють блоки даних, наприклад, окремі транзакції у блокчейні. Вузли ближче до вершини — це хеші дочірніх елементів. Наприклад, Hash 1 — це комбінація двох хешів нижче у дереві: Hash 1 = Хеш (хеш 1-0 + хеш 1-1). Ієрархічна структура продовжується догори до вершини дерева, де знаходиться Top Hash (корінь дерева).

Top Hash важливий, бо дозволяє отримувати будь-яку частину хеш-дерева з недовірених джерел, зокрема з однорангових мереж. Коли у блокчейні відбувається нова транзакція, її перевіряють за довіреним Top Hash, щоб визначити, чи хеш пошкоджено або підроблено зловмисником. Замість передачі файлів мережею, системи передають тільки хеш файлу і звіряють його з Top Hash для перевірки цілісності. Частково цей механізм визначає криптовалюту як «trustless» систему — перевірка не потребує віри у центральний орган. Дерева Веркла підвищують ефективність, зменшуючи розміри доказів і прискорюючи верифікацію.

Що таке Proof of Reserves?

У традиційному фінансовому обліку системи записів — реєстри, документи, баланси — перевіряють сторонні аудитори. Якщо виявляють розбіжності, їх фіксують і усувають перед підтвердженням аудитором. Децентралізовані платформи працюють без сторонніх аудиторів чи ручного балансу транзакцій, тому виникають питання довіри і прозорості.

Для користувача, який вносить криптовалюту на торгову платформу, виникає питання: Як пересвідчитись, що депозит все ще на платформі через дні, місяці чи роки? Як переконатися, що платформа не використовує ці кошти для інших цілей? І хоча існують блокчейн-оглядачі, досвід показує, що вони не завжди достатньо прозорі проти недобросовісних дій.

Бажання зменшити занепокоєння клієнтів щодо коштів на централізованих платформах спонукало провідні криптовалютні біржі запускати протоколи Proof of Reserves. Proof of Reserves — це звіт про криптоактиви, який підтверджує, що платформа володіє активами, які декларує від імені користувачів.

Для підтвердження використовують дерево Меркла (хеш-дерево), включаючи вдосконалені реалізації — дерева Веркла — у двох напрямках. По-перше, окремий користувач знаходить свій баланс у дереві і переконується, що активи враховані у загальному балансі платформи. Це дозволяє перевірити власний депозит. По-друге, загальний баланс платформи звіряють із публічним балансом на ланцюжковому гаманці для Proof of Reserves, забезпечуючи перевірку для всієї системи.

Застосування дерев Меркла і дерев Веркла для демонстрації незмінних транзакційних даних і підтвердження їхньої цілісності криптографічними хеш-механізмами гарантує клієнтам, що їхні активи зберігаються на платформі у співвідношенні 1:1. Це означає, що кожна одиниця криптовалюти на балансі користувача має еквівалент у резерві платформи.

Висновок

Дерева Меркла, дерева Веркла і Proof of Reserves — ключові інновації для захисту і прозорості криптовалюти. Хеші забезпечують базову криптографічну безпеку, що робить блокчейни незмінними і захищеними від втручань, а дерева Меркла і дерева Веркла дають ефективний спосіб перевірки цілісності даних у розподілених мережах без постійної перевірки всіх транзакцій. Proof of Reserves дає користувачам криптовалюти гарантію, що торгові платформи дійсно володіють активами, які заявляють від імені клієнтів. Разом ці механізми вирішують питання довіри у децентралізованих фінансах, перетворюючи криптоплатформи із систем, що вимагали сліпої віри, на прозорі й перевірені рішення, де користувач самостійно підтверджує безпеку і доступність активів. З розвитком криптоіндустрії такі механізми прозорості стають дедалі важливішими для формування і підтримки довіри користувачів у сфері цифрових активів.

FAQ

Що таке дерево Веркла?

Дерево Веркла — це сучасна структура даних у блокчейні, яка ефективно керує і перевіряє великі обсяги транзакційних даних. Воно вдосконалює дерева Меркла, забезпечуючи кращу масштабованість і захист блокчейнмереж.

Яка різниця між деревом Меркла і деревом Веркла?

Дерева Меркла забезпечують цілісність даних, а дерева Веркла підвищують масштабованість блокчейну, скорочуючи обчислювальні і ресурсні витрати.

Як ще називають хеш-дерево?

Хеш-дерево також називають деревом Меркла. Це структура даних для ефективної перевірки великих масивів даних.

Для чого використовують дерево Меркла?

Дерева Меркла застосовують для ефективної перевірки даних у великих наборах, забезпечення цілісності даних у блокчейнмережах і оптимізації синхронізації в розподілених системах.