블록 체인에서 머클 트리를 이해하는 것은 분산 시스템에서 데이터 무결성과 효율이 어떻게 유지되는지를 파악하는 데 중요합니다. 1979 년에 특허를받은 Ralph Merkle의 이름을 딴 Merkle Tree는 블록 체인 기술의 기본 구성 요소, 특히 Bitcoin 및 기타 암호 화폐의 기본 구성 요소입니다. 대형 데이터 세트의 내용을 효율적이고 안전하게 검증하는 데이터 구조 역할을합니다.

머클 트리는 무엇입니까?

이진 해시 트리라고도하는 머 클 트리는 모든 잎 노드가 데이터 블록의 해시이고 모든 비 잎 노드가 어린이의 해시입니다. 이 구조는 대형 데이터 세트의 내용을 효율적이고 안전하게 검증 할 수 있습니다. 블록 체인의 맥락에서, 각 블록에는 해당 블록에 포함 된 모든 트랜잭션을 요약하는 머클 트리가 포함되어 있습니다.

머클 루트로 알려진 머클 트리의 뿌리는 블록 헤더에 저장됩니다. 이 루트는 블록의 모든 트랜잭션을 나타내는 단일 해시입니다. 이 구조를 사용하면 전체 블록을 다운로드 할 필요없이 특정 트랜잭션이 블록에 포함되어 있는지 확인할 수 있습니다.

머클 트리는 어떻게 작동합니까?

메르클 트리의 작동 방식을 이해하려면 프로세스를 단계별로 분석하겠습니다.

• 거래로 시작하십시오 : 블록에 포함되어야하는 일련의 트랜잭션으로 시작하십시오. 각 거래는 개별적으로 해시됩니다.
• 쌍과 해시 :이 트랜잭션의 해시는 쌍을 이루어 해시를하여 새로운 해시 세트를 형성합니다.
• 프로세스를 반복하십시오 :이 페어링과 해싱 프로세스는 하나의 해시 만 남아있을 때까지 계속됩니다.
• Merkle Path : 특정 트랜잭션을 확인하기 위해 Merkle Path (Merkle Proof라고도 함)가 사용됩니다. 이 경로는 해당 거래에서 머클 루트를 재구성하는 데 필요한 해시로 구성됩니다.

예를 들어, 트랜잭션 A를 확인하려면 메르클 루트를 재구성하려면 트리의 각 레벨에 형제 노드의 해시가 필요합니다. 재구성 된 루트가 블록 헤더에 저장된 루트와 일치하면 트랜잭션 A가 실제로 블록의 일부인지 확인할 수 있습니다.

블록 체인에 머클 나무를 사용하는 이점

블록 체인 기술에 머클 트리를 사용하면 몇 가지 중요한 이점이 있습니다.

• 효율성 : 머클 트리를 사용하면 대규모 데이터 세트를 빠르고 효율적으로 검증 할 수 있습니다. 전체 블록을 다운로드하는 대신 노드는 데이터의 작은 부분 만 사용하여 트랜잭션을 확인할 수 있습니다.
• 보안 : 머클 트리의 구조는 트랜잭션에 대한 변경으로 인해 다른 머클 루트가 발생할 수 있도록합니다. 이로 인해 감지되지 않고 트랜잭션을 조작하기가 매우 어렵습니다.
• 확장 성 : 블록의 트랜잭션 수가 증가함에 따라 머클 트리 구조는 여전히 효율적입니다. 데이터 크기가 증가함에 따라 확장되어 대규모 블록 체인 네트워크에 적합합니다.

Bitcoin의 Merkle Tree의 실용적인 예

Bitcoin에서 각 블록에는 해당 블록에 포함 된 모든 트랜잭션을 요약하는 머클 트리가 포함되어 있습니다. 실제로 작동하는 방법은 다음과 같습니다.

• 트랜잭션 해싱 : 블록의 각 트랜잭션은 SHA-256 알고리즘을 사용하여 해시됩니다.
• 나무 건축 :이 해시는 쌍을 이루어 해시되어 나무의 다음 단계를 형성합니다. 이 과정은 머클 뿌리가 형성 될 때까지 계속됩니다.
• 확인 : 트랜잭션을 확인하기 위해 노드는 해당 트랜잭션의 머클 경로를 요청합니다. 이 경로를 사용하여 노드는 머클 루트를 재구성하고 블록 헤더에 저장된 것과 비교할 수 있습니다.

예를 들어, 사용자가 Bitcoin 블록에서 트랜잭션을 확인하려면 전체 노드에서 머클 경로를 요청합니다. 전체 노드는 필요한 해시를 제공하고 사용자는 블록에 트랜잭션의 포함을 확인할 수 있습니다.

머클 트리 구현

머클 트리를 구현하려면 다음을 따라갈 수 있습니다.

• 데이터 해시 : SHA-256과 같은 암호화 해시 함수를 사용하여 각 데이터 조각 (예 : 트랜잭션)을 해시하여 시작하십시오.
• 페어와 해시 : 해시를 페어링하고 해시를 함께하십시오. 홀수의 해시가 있으면 마지막 해시를 복제하여 짝수로 만듭니다.
• 계속 페어링 : 나무 상단에 도달 할 때까지 페어링과 해싱을 계속하십시오.
• 트리를 저장하십시오 : 모든 중간 해시를 포함한 머클 트리 구조를 저장하여 나중에 효율적으로 확인할 수 있습니다.

파이썬에서 머클 트리를 만드는 방법에 대한 간단한 예는 다음과 같습니다.

 import hashlib def hash_data (데이터) :

return hashlib.sha256(data.encode('utf-8')).hexdigest()
 def create_merkle_tree (트랜잭션) :
 
if len(transactions) == 0: return '0' * 64 # Return a hash of zeros for an empty tree while len(transactions) > 1: new_level = [] for i in range(0, len(transactions), 2): if i + 1 < len(transactions): combined_hash = hash_data(transactions[i] + transactions[i + 1]) else: combined_hash = hash_data(transactions[i] + transactions[i]) new_level.append(combined_hash) transactions = new_level return transactions[0] # The Merkle Root
 예제 사용
 트랜잭션 = [ 'tx1', 'tx2', 'tx3', 'tx4'] merkle_root = create_merkle_tree (트랜잭션) print (f'merkle root : {merkle_root} ')

머클 경로와의 트랜잭션 확인

머클 경로를 사용하여 거래를 확인하려면 다음 단계를 따르십시오.

• 메르클 경로를 요청하십시오 : 확인하려는 트랜잭션의 메르클 경로에 대한 전체 노드를 요청하십시오.
• 메르클 루트 재구성 : 메르클 경로를 사용하여 트랜잭션 해시에서 머클 루트를 재구성하십시오.
• 블록 헤더와 비교하십시오 : 재구성 된 머클 루트를 블록 헤더에 저장된 것과 비교하십시오. 일치하면 거래가 확인됩니다.

다음은 Python의 Merkle Path를 사용하여 거래를 확인하는 방법에 대한 간단한 예입니다.

 def verify_transaction(transaction_hash, merkle_path, merkle_root): current_hash = transaction_hash for hash in merkle_path: if current_hash < hash: current_hash = hash_data(current_hash + hash) else: current_hash = hash_data(hash + current_hash) return current_hash == merkle_root

예제 사용

transaction_hash = 'tx1_hash' merkle_path = [ 'hash1', 'hash2', 'hash3'] merkle_root = 'root_hash' is_verified = verify_transaction (transaction_hash, merkle_path, merkle_root) print (f'transaction verified : {is_verified} ')

자주 묻는 질문

Q : Merkle Trees는 블록 체인 외부의 다른 응용 분야에서 사용할 수 있습니까?

A : 그렇습니다. Merkle Trees는 다재다능하며 블록 체인 이외의 다양한 응용 분야에서 사용할 수 있습니다. 파일 공유, 데이터 동기화 프로토콜 및 효율적인 데이터 검증을위한 분산 시스템에서 P2P 피어 네트워크에서 사용됩니다.

Q : 머클 트리는 블록 체인의 보안에 어떻게 기여합니까?

A : Merkle Tree는 트랜잭션의 변경으로 인해 Merkle 루트가 다른지 확인하여 블록 체인 보안을 향상시킵니다. 변경된 머클 루트는 블록 헤더에 저장된 것과 일치하지 않기 때문에 감지되지 않고 트랜잭션을 조작하기가 매우 어렵습니다.

Q : 블록에 홀수 트랜잭션이 포함되어 있으면 어떻게됩니까?

A : 블록에 홀수 트랜잭션이 포함되어 있으면 메르클 트리의 각 레벨의 마지막 해시가 복제되어 페어링 프로세스가 계속 될 수 있습니다. 이 복제는 머클 트리의 무결성 또는 보안에 영향을 미치지 않습니다.

Q : 머클 트리의 크기가 효율성에 어떤 영향을 미칩니 까?

A : 머클 트리의 크기는 효율성에 크게 영향을 미치지 않습니다. 트리 구조의 로그 특성은 트랜잭션을 확인하는 데 필요한 해시의 수가 트랜잭션 수에 따라 느리게 성장하여 큰 데이터 세트의 경우에도 매우 효율적이라는 것을 의미합니다.