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

Дерева Меркла — це ключова криптографічна структура, яка забезпечує захист і перевірку у блокчейн-технологіях. Для розуміння, як сучасні криптовалютні біржі підтверджують резерви та демонструють прозорість через механізм merkle proof, необхідно знати принципи роботи дерев Меркла.

Спочатку, що таке «хеш»?

Хеш — це базовий елемент захисту блокчейна і структур дерева Меркла. Хеш являє собою унікальну незмінну послідовність із цифр і літер, яку створює криптографічний алгоритм із набору даних будь-якого розміру. У блокчейні цей набір даних може бути теоретично нескінченним.

Криптографічна хеш-функція підтримує цілісність блокчейна. Коли до блокчейна додають новий блок, він зв’язується з попереднім блоком через хеш-функцію. Функція перетворює дані транзакції з кожного блоку на унікальний текстовий рядок, який неможливо змінити без одночасної зміни хеша попереднього блоку та всієї історії блокчейна.

Ця властивість формує основний принцип безпеки: зміна будь-якої частини даних завжди змінює відповідний хеш. Процес односторонній — після створення хеша даних неможливо відновити початкову інформацію. Механізм є основою криптографічної природи блокчейна, що захищає дані від несанкціонованого дешифрування.

Криптографічна хеш-функція забезпечує незмінність і захист блокчейна, оскільки кожен блок має зв’язки з попередніми і наступними блоками. У криптовалютних транзакціях Transaction Hash (Tx Hash) — це унікальний ідентифікатор, створений для кожної транзакції, який слугує криптографічним доказом підтвердження і незмінного запису в блокчейні.

А що таке дерево Меркла?

Дерево Меркла, запатентоване Ральфом Мерклом у 1979 році, — це інноваційна структура, що використовує хеш-функції для створення хеш-дерева. Такий підхід вирішує проблему ефективності у децентралізованих мережах.

Під час транзакцій у peer-to-peer мережах усі зміни у блокчейні мають бути перевірені на узгодженість між усіма учасниками. Без ефективної хеш-функції мережі змушені були б постійно перевіряти всі транзакції, що непрактично у великих масштабах.

Як приклад: якщо ви ведете магазин морозива і підраховуєте прибутки та збитки за січень, вручну фіксуєте витрати і доходи, а потім знаходите помилку щодо покупки вершків і цукру 5 січня, то для виправлення цієї транзакції потрібно перерахувати всі наступні дані до кінця місяця. Це дуже неефективно.

У цьому випадку криптографічна хеш-функція працює як Excel або бухгалтерське програмне забезпечення, дозволяючи автоматично оновлювати дані при зміні будь-якого входу без перерахунку всієї балансової книги. Замість зміни числа змінюється хеш транзакції (Tx Hash) — випадкова послідовність, яка відображає зміни у блокчейні. Це підкреслює практичну цінність хеш-функцій і структури дерева Меркла.

Як генератор складних паролів, дані перетворюються у випадкову буквено-цифрову послідовність (хеш) і зв’язуються з блокчейн-транзакцією, формуючи хеш-дерево або дерево Меркла. Дерева Меркла дозволяють швидко перевіряти дані, що передаються у peer-to-peer мережах, забезпечуючи передачу блоків без змін і пошкоджень.

У криптовалютних системах дерево Меркла складається з leaf nodes — це хеші, які представляють блоки даних, такі як блокчейн-транзакції. Вузли ближче до вершини — це хеші дочірніх вузлів. Наприклад, хеш 1 — це комбінація двох хешів нижче (Hash 1 = Hash(hash 1-0 + Hash 1-1)).

Угорі дерева розташований Top Hash, або корінь. Top Hash забезпечує прийом будь-якої частини хеш-дерева з ненадійних джерел, наприклад, з peer-to-peer мереж. Одержану гілку — нову блокчейн-транзакцію — перевіряють через top hash для визначення, чи не було хеш пошкоджено або підроблено. Така перевірка є merkle proof.

Замість передачі всього файлу достатньо передати лише його хеш, який потім можна звірити з Top Hash для перевірки цілісності. Такий механізм визначає криптовалюту як «trustless» систему, де немає потреби у посередницькій довірі.

Що таке Proof of Reserves?

Традиційна фінансова звітність використовує журнали, реєстри і баланси — як у прикладі з магазином морозива. Усі фінансові записи перевіряють незалежні аудитори, які підтверджують книги після вирішення всіх невідповідностей.

Децентралізовані платформи працюють без аудиторів чи людських посередників, що балансують транзакції. Тому виникає питання: якщо ви вносите один ETH на централізовану платформу, як переконатися, що ваш депозит збережений? Як бути впевненим, що платформа не використовує ваші кошти для інших цілей? Баланс на екрані не гарантує безпеки — і це логічно.

Попри наявність багатьох блокчейн-оглядачів, вони не завжди забезпечують прозорість для захисту від шахрайства. Довгострокове рішення для захисту власників токенів — впровадження дерев Меркла і Proof of Reserves з перевіркою через merkle proof.

Багато бірж запустили Proof of Reserves, щоб зменшити занепокоєння клієнтів щодо активів на централізованих платформах. Proof of Reserves — це звіт, що підтверджує, що кастодіан дійсно володіє заявленими активами для користувачів.

Платформи використовують структуру дерева Меркла для підтвердження двома способами. Користувач може знайти свій баланс у дереві і довести, що його активи входять у загальний баланс через merkle proof. Загальний баланс порівнюють з публічним on-chain wallet балансом для остаточного Proof of Reserves.

Дерево Меркла дозволяє показати незмінні дані транзакцій і підтвердити їх цілісність через криптографічний захист і merkle proof, забезпечуючи користувачам впевненість у збереженні активів у співвідношенні 1:1 з повною прозорістю та перевірюваною безпекою.

Висновок

Дерева Меркла — це основна технологія прозорості і довіри у криптовалютних системах. Через криптографічні хеш-функції та merkle proof ці структури ефективно перевіряють цілісність даних у децентралізованих мережах без постійної верифікації всієї історії блокчейна. Впровадження дерев Меркла у Proof of Reserves вирішує питання довіри на централізованих платформах, дозволяючи користувачам самостійно перевіряти, що їхні активи зберігаються належним чином через merkle proof. У міру розвитку криптовалютної екосистеми дерева Меркла, перевірка merkle proof та Proof of Reserves залишаються ключовими інструментами для прозорості, безпеки і впевненості користувачів у рішенні щодо зберігання цифрових активів.

FAQ

Як створити merkle proof?

Сформуйте дерево Меркла, захешуйте листки даних, далі рекурсивно хешуйте пари догори до кореня. Для proof зберіть хеші сусідніх вузлів по шляху від цільового листка до кореня.

Що таке merkle proof of inclusion?

Merkle proof of inclusion підтверджує, що певний елемент даних входить до дерева Меркла, надаючи хеш-зв’язки до кореня. Це дозволяє гарантувати цілісність і наявність даних без розкриття самих даних, і широко використовується у блокчейнах для перевірки транзакцій.

Що означає Merkle?

Merkle — це криптографічна структура дерева, яку застосовують у блокчейні для ефективної перевірки великих масивів даних. Вона організує інформацію у хеш-дерево, дозволяючи швидко перевіряти цілісність через один кореневий хеш. Названа на честь Ральфа Меркла, є основою безпеки блокчейна та дає змогу SPV wallet.

Для чого використовують Merkle?

Дерева Меркла дозволяють ефективно перевіряти цілісність даних, об’єднуючи багато елементів у один хеш. Вони забезпечують швидку перевірку транзакцій і даних без перегляду всіх елементів, тому є незамінними для блокчейн-технологій.