Gần đây tôi đã đọc lại các nguyên lý của blockchain và nhận ra rằng nhiều người chưa hiểu rõ cách kiểm tra tính toàn vẹn của dữ liệu trong tiền mã hóa hoạt động chính xác như thế nào. Tất cả đều quy về một cấu trúc tinh tế mà Ralph Merkle đã nghĩ ra từ đầu những năm 80.

Hãy tưởng tượng bạn tải xuống một tệp lớn, ví dụ, 50 gigabyte. Thường thì các nhà phát triển cung cấp cho bạn một hàm băm của tệp đó để bạn có thể kiểm tra xem mình đã tải đúng thứ cần hay không. Nhưng nếu tệp bị hỏng trong quá trình tải xuống, bạn phải bắt đầu lại từ đầu. Chính lúc này cây Merkle xuất hiện - hệ thống chia nhỏ dữ liệu lớn thành các phần và tạo ra một biểu diễn ngắn gọn của toàn bộ tệp.

Nó hoạt động như thế nào? Giả sử có một tệp gồm tám phần (gọi chúng là A, B, C, D, E, F, G, H). Mỗi phần được đưa qua hàm băm, tạo ra tám hàm băm. Sau đó, lấy từng cặp hàm băm, kết hợp và băm lại lần nữa. Ta được bốn hàm băm. Tiếp tục quá trình này - còn lại hai hàm băm. Băm chúng cùng nhau và ta có được gốc Merkle cuối cùng. Cấu trúc này giống như một cây đảo ngược, với các lá ở dưới và một gốc ở trên.

Điều gì làm nó đặc biệt? Nếu chỉ một bit dữ liệu thay đổi, gốc Merkle sẽ hoàn toàn khác. Điều này cung cấp cho chúng ta một phương pháp kiểm tra mạnh mẽ - chỉ một hàm băm duy nhất đại diện cho toàn bộ dữ liệu. Và nếu có gì đó sai sót, chúng ta có thể nhanh chóng xác định phần nào bị hỏng mà không cần phải kiểm tra tất cả mọi thứ.

Bây giờ nói về blockchain. Bitcoin và các tiền mã hóa khác sử dụng cây Merkle trong mỗi khối. Hãy tưởng tượng khối như một container chứa hàng nghìn giao dịch. Thay vì phải băm tất cả các giao dịch mỗi lần, các thợ mỏ tính toán gốc Merkle một lần và đặt nó vào tiêu đề của khối. Khi đào, chỉ cần băm tiêu đề ngắn gọn này, chứ không phải toàn bộ khối chứa hàng nghìn giao dịch. Điều này tiết kiệm rất nhiều tài nguyên tính toán.

Còn một điểm nữa - kiểm tra thanh toán đơn giản hơn. Nếu bạn dùng khách nhẹ trên điện thoại, bạn không cần tải xuống toàn bộ blockchain. Bạn có thể yêu cầu chứng minh Merkle - một bằng chứng đặc biệt cho thấy giao dịch của bạn thực sự nằm trong khối đó. Để làm điều này, chỉ cần một vài hàm băm, chứ không phải tất cả dữ liệu.

Nói chung, cây Merkle là một trong những công nghệ giúp blockchain trở nên khả thi trong thực tế. Nếu không có nó, các khối sẽ lớn hơn nhiều, mạng chậm hơn, và các khách nhẹ sẽ không thể kiểm tra các giao dịch. Đó là một cấu trúc dữ liệu đơn giản nhưng vô cùng sáng tạo, nằm ở nền tảng của mật mã trong blockchain.