Cây Merkle: Cấu trúc dữ liệu không thể thiếu trong thế giới Blockchain

Tôi phải nói rằng, khi tôi lần đầu tiếp xúc với khái niệm Cây Merkle, tôi thực sự cảm thấy hơi bị rối. Cái gì cây không cây, nghe có vẻ như là một phép thuật toán học bí ẩn nào đó. Nhưng thực tế, cái này thực sự hữu ích hơn tôi tưởng rất nhiều!

Cây Merkle là một ý tưởng mà ông Ralph đã phát triển vào đầu những năm 80. Gã này là một nhân vật lớn trong giới mật mã, chuyên về mật mã khóa công khai. Cấu trúc mà ông tạo ra, nói một cách đơn giản, là một cách để chúng ta kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu một cách hiệu quả. Trong những mạng lưới ngang hàng mà mọi người đều cần chia sẻ và xác thực thông tin độc lập, chiêu này đặc biệt hiệu quả.

Vật này hoạt động như thế nào?

Hãy tưởng tượng, bạn đang tải xuống một tệp siêu lớn, chẳng hạn như một trò chơi 50GB. Nếu tải xuống bị lỗi giữa chừng, liệu có phải bắt đầu lại từ đầu không? Thật lãng phí thời gian phải không!

Cái hay của Cây Merkle nằm ở đây: bạn có thể chia tệp lớn này thành một trăm mảnh nhỏ, mỗi mảnh 0.5GB. Sau đó, tải xuống từng mảnh một - chẳng phải đây là cách chúng ta tải xuống tệp torrent sao?

Trong trường hợp này, người cung cấp tệp sẽ cung cấp cho bạn một giá trị băm được gọi là "Cây Merkle". Thứ này thực sự đại diện cho "dấu vân tay" của tất cả các khối dữ liệu trong toàn bộ tệp.

Đưa ra một ví dụ đơn giản, giả sử chúng ta có một tệp 8GB, được chia thành tám phần (A đến H). Chúng ta sẽ tạo một giá trị băm cho mỗi phần, sau đó ghép đôi thành từng cặp để tạo ra một giá trị băm mới, tiếp tục kết hợp cho đến khi cuối cùng nhận được một giá trị băm gốc - Cây Merkle.

Cấu trúc này trông giống như một cái cây lộn ngược, phần dưới là "lá", kết hợp lên trên tạo thành "nút", cuối cùng phần trên cùng là "gốc".

Nếu tệp mà bạn tải xuống hoàn toàn giống với tệp gốc, thì giá trị của Cây Merkle mà bạn tính toán ra sẽ giống hệt với giá trị mà nhà cung cấp đã cho bạn. Nếu có sự khác biệt, bạn sẽ biết rằng dữ liệu đã bị thay đổi. Và điều tuyệt vời hơn là bạn có thể nhanh chóng tìm ra phần nào đã có vấn đề! Bạn không cần phải tải xuống toàn bộ tệp một lần nữa, chỉ cần tải lại phần bị lỗi là được.

Tại sao không thể không sử dụng Bitcoin?

Thật lòng mà nói, Cây Merkle đóng vai trò quá quan trọng trong Bitcoin và các loại tiền điện tử khác, nếu không có nó, hiệu suất hoạt động của blockchain có thể thấp đến mức đáng sợ.

Trong khai thác, nó cho phép thợ mỏ không cần phải băm toàn bộ giao dịch trong khối mỗi lần thử (có thể có hàng ngàn giao dịch). Họ chỉ cần băm tiêu đề khối chứa gốc Merkle, điều này đã nâng cao hiệu quả rất nhiều.

Đối với nút nhẹ, lợi ích càng rõ ràng hơn. Hãy tưởng tượng, bạn đang chạy một ví Bitcoin trên điện thoại di động, nếu không có Cây Merkle, bạn có thể cần tải xuống toàn bộ chuỗi khối (hơn 300GB) để xác minh giao dịch của mình. Với chứng minh Merkle, bạn chỉ cần vài giá trị băm để xác nhận giao dịch của mình đã được ghi nhận trong chuỗi khối.

Tôi đã từng thử rút coin từ một nền tảng giao dịch đến ví cá nhân của mình, nếu không có cơ chế chứng minh hiệu quả như Cây Merkle, tôi có thể phải chờ đợi mãi mãi để xác nhận giao dịch thành công.

Nói thật, mặc dù các nguyên lý toán học đứng sau Cây Merkle có phần sâu sắc, nhưng vấn đề mà nó giải quyết lại rất thực tế. Trong một hệ thống như blockchain cần sự đồng thuận phân tán, nếu không có sự hỗ trợ của cấu trúc dữ liệu này, toàn bộ hệ thống có thể sẽ khó vận hành do hiệu suất kém.

Tuy nhiên, cũng có không ít người biết rất ít về công nghệ này, chỉ xem tiền điện tử như một công cụ đầu cơ. Tôi nghĩ rằng để thực sự hiểu ngành này, việc hiểu biết về các công nghệ cơ bản như Cây Merkle là rất cần thiết.