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

У сфері блокчейнтехнологій та криптовалют важливо розуміти основні механізми, які гарантують безпеку та прозорість. Ця стаття пояснює, що таке мерклеве дерево і чому воно є ключовим для реалізації Proof of Reserves, забезпечуючи користувачам упевненість у зберіганні їхніх цифрових активів.

Спочатку: що таке «хеш»?

Хеш — це основа безпеки блокчейну і базове поняття для розуміння складніших механізмів, зокрема мерклевих дерев. Хеш — це унікальна, незмінна послідовність цифр і літер, яка створюється із набору даних будь-якого розміру. У блокчейнпроектах обсяг даних може бути необмеженим, тому хеші надзвичайно універсальні.

Хеш генерується криптографічною хешфункцією, яка перетворює вхідні дані у рядок фіксованої довжини. У блокчейнмережах кожен новий блок зв’язується з попереднім через хешування. Так утворюється нерозривний ланцюг, де кожен блок містить хеш попереднього, що гарантує цілісність всієї історії блокчейну.

Головна властивість хешфункцій — чутливість до змін. Зміна будь-якої частини набору даних змінює і хеш, і результат буде зовсім іншим. Це односпрямоване, незворотне перетворення: після хешування відновити початкові дані неможливо. Завдяки цьому блокчейни є криптографічними і мають високий захист від несанкціонованих змін.

Криптографічна хешфункція — це основа незмінності і захищеності блокчейну. Кожен блок нерозривно пов’язаний із сусідніми, тому будь-яка спроба змінити історичні дані вимагатиме перерахунку всіх наступних хешів, і шахрайські зміни залишаються непоміченими практично неможливо.

Хеш транзакції (Tx Hash) — це приклад практичного застосування. Це унікальний ідентифікатор, який створюють для кожної криптовалютної транзакції. Він слугує доказом криптографічної перевірки, що транзакцію підтвердили і додали до блокчейнреєстру.

А що таке мерклеве дерево?

Щоб зрозуміти, як працює перевірка у блокчейні, потрібно знати, що таке мерклеве дерево. Мерклеве дерево, запатентоване Ральфом Меркле у 1979 році, — це елегантне рішення для ефективної перевірки великих обсягів даних у децентралізованих мережах. Фактично, мерклеве дерево — це хешова деревоподібна структура, яка забезпечує швидку перевірку даних блокчейну.

У децентралізованих однорангових мережах важливо підтримувати узгодженість між усіма учасниками. Без ефективної системи перевірки мережа мала б постійно перевіряти кожну транзакцію, що зростає блокчейн, і це було б надзвичайно неефективно.

Уявіть, що ви власник магазину морозива і підраховуєте фінансові підсумки за січень. Ви вручну записуєте витрати (наприклад, зарплату) і доходи (наприклад, платежі клієнтів) на папері, і знаходите помилку у платежі за вершки і цукор 5 січня. Щоб виправити одну помилку, доведеться перерахувати всі наступні записи — це складно і неефективно.

Якщо порівнювати з бухгалтерською програмою або Excel, криптографічна хешфункція працює так, що зміни у будь-якому полі автоматично оновлюють всі пов’язані розрахунки без ручного перерахунку. Але замість числових підсумків змінюється хеш транзакції (Tx Hash) — формується нова випадкова послідовність, яка відображає зміни у блокчейнтранзакціях. Саме це і є цінністю хешфункції, тобто мерклевого дерева.

Дані перетворюються у випадкову алфавітно-цифрову послідовність (хеш) і зв’язуються з відповідною транзакцією у блокчейні, формуючи ієрархічну хешдеревоподібну структуру — мерклеве дерево. Мерклеві дерева швидко перевіряють дані, що передаються між комп’ютерами у одноранговій мережі, і гарантують, що блоки надходять без змін і пошкоджень.

Структура мерклевого дерева — це листки або вузли-листки, тобто хеші, що представляють блоки даних, наприклад, окремі транзакції. Вузли, розташовані вище, — це хеші, отримані шляхом об’єднання дочірніх вузлів. Наприклад, хеш 1 — це поєднання двох нижчих хешів на дереві, тобто Hash 1 = Hash(hash 1-0 + Hash 1-1).

На вершині дерева — головний хеш, або корінь. Головний хеш дозволяє отримати будь-яку частину дерева хешів із недовіреного джерела, наприклад, від учасників однорангової мережі. Коли надходить нова гілка (нова транзакція), її перевіряють за довіреним головним хешем, щоб визначити, чи був хеш пошкоджений або підроблений.

Замість передачі всього файлу по мережі можна просто надіслати його хеш і перевірити за головним хешем — це підтверджує цілісність даних. Такий механізм лежить в основі «недовіреної» системи криптовалют: перевірка не потребує довіри до жодної сторони.

У класичному фінансовому обліку використовують систему реєстрів, записів і балансових звітів, як у магазині морозива. Дані перевіряє незалежний аудитор, який знаходить невідповідності і підтверджує правильність звітності лише при коректних балансах.

А як щодо централізованих бірж, які працюють без аудиторів чи людського контролю над операціями? Якщо ви вносите один ETH на біржу, як переконатися, що ваш депозит зберігається? Чи впевнені ви, що біржа не використовує ваші кошти для інших цілей? Баланс на екрані не завжди гарантує безпеку — і це виправдано.

Блокчейнексплорери існують, але практика показує, що вони не завжди достатньо прозорі для захисту від недобросовісних дій. Потрібне ефективне рішення, яке працює на користь власників токенів, а не тільки бірж. Саме тут мерклеве дерево і Proof of Reserves дають відповідь.

Що таке Proof of Reserves?

Щоб знизити занепокоєння клієнтів щодо активів на централізованих біржах, багато платформ впровадили протоколи Proof of Reserves, використовуючи можливості мерклевих дерев для підтвердження прозорості.

Proof of Reserves — це детальний звіт про криптоактиви, який підтверджує, що кастодіан реально володіє активами, які декларує для користувачів. Біржі застосовують мерклеве дерево (дерево хешів) для підтвердження цього двома способами:

Перший спосіб — користувач знаходить свій баланс у дереві і переконується, що його активи враховані у загальному балансі біржі. Це дозволяє перевірити свої активи незалежно, не розкриваючи дані інших користувачів.

Другий спосіб — порівняння загального балансу біржі із загальнодоступним балансом блокчейн-адреси для визначення Proof of Reserves. Таке порівняння підтверджує, що біржа має достатньо активів для покриття всіх клієнтських балансів.

Мерклеве дерево дозволяє відображати незмінні дані про транзакції і підтверджувати їх цілісність криптографічним хешуванням. Клієнти біржі можуть бути впевнені, що їхні активи зберігаються на основі принципу 1:1, тобто кожен токен у балансі користувача реально резервується біржею.

Висновки

Знання про мерклеве дерево — це основа для розуміння механізмів безпеки і прозорості у блокчейнтехнологіях. Мерклеві дерева — базова інновація, що забезпечує ефективну перевірку великих наборів даних без втрати захищеності. Криптографічні хешфункції створюють незмінний запис, який можна швидко перевірити у децентралізованих мережах. Застосування мерклевих дерев у Proof of Reserves вирішує критичну задачу криптоекосистеми — надання прозорого, перевіреного підтвердження того, що централізовані біржі реально резервують активи для користувачів. Ця технологія змінює відносини між біржами і клієнтами — замість сліпої довіри діє криптографічна перевірка, що реалізує принципи прозорості і недовіреності, які лежать в основі криптовалют. У міру розвитку галузі механізми Proof of Reserves з використанням мерклевих дерев набувають дедалі більшої ваги для зміцнення довіри і захисту цифрових активів.

FAQ

Що означає Merkle?

Merkle — німецьке прізвище, що означає «вартовий кордону». У криптоіндустрії це — назва мерклевого дерева, структури для ефективної перевірки даних у блокчейнтехнологіях.

Для чого використовують Merkle?

Мерклеве дерево застосовують для ефективної перевірки і синхронізації даних у розподілених системах, забезпечуючи цілісність інформації.

Яка різниця між мерклевими і хешдеревами?

Мерклеві дерева мають ієрархію з log n рівнями, тоді як хешдерева — це простіші дво-рівневі структури. Мерклеві дерева дозволяють більш ефективно перевіряти цілісність даних.