Деревья Меркла в Bitcoin: Практическое руководство с реализацией на TypeScript

"Деревья Меркла являются фундаментальной структурой данных в блокчейне Bitcoin, которая обеспечивает целостность транзакций путем эффективного обобщения и проверки больших наборов данных. Дерево Меркла представляет собой хеш-структуру данных, в которой отдельные хеши транзакций повторно объединяются и хешируются до тех пор, пока не останется один корень Меркла, гарантируя, что любое изменение транзакции делает всю дерево недействительным. Это позволяет узлам Bitcoin проверять транзакции без хранения всего блокчейна, повышая безопасность и производительность. Реализация деревьев Меркла в Bitcoin включает в себя вычисление корня Меркла дерева путем рекурсивного объединения пар узлов, при этом каждый нелистовой узел является хешем своих двух дочерних узлов. Функция getMerkleRoot вычисляет корень Меркла дерева, принимая массив узлов и функцию, которая определяет, как объединить два узла в их родительский узел путем хеширования их вместе. Функция toBitcoinMerkleNode реализует специфический метод Bitcoin для вычисления родительских узлов в дереве Меркла, который включает в себя обратное хеширование, конкатенацию, применение SHA-256 дважды и, наконец, обратное преобразование результата. Этот процесс соответствует внутреннему соглашению о хешировании Bitcoin, гарантируя, что вычисленный корень Меркла будет соответствовать значению блокчейна. Доказательства Меркла используются для проверки того, что одна транзакция действительно принадлежит дереву Меркла, предоставляя только необходимые промежуточные хеши для отслеживания пути от конкретной транзакции к корню Меркла. Функция getMerkleProof генерирует доказательство Меркла для конкретной транзакции путем сбора необходимых хешей-сестер по пути от листа к корню. Функция verifyMerkleProof проверяет, что транзакция действительно является частью блока, восстанавливая путь к корню Меркла, используя только хеши доказательства. Этот процесс эффективно "поднимается" по дереву Меркла от транзакции к корню, используя только log₂(n) хешей вместо полного набора транзакций. В заключение, деревья Меркла являются важнейшим компонентом блокчейна Bitcoin, позволяющим эффективно проверять историю транзакций и обеспечивать целостность блокчейна. Реализация деревьев Меркла в Bitcoin демонстрирует, как эта элегантная структура данных обеспечивает безопасную и эффективную проверку транзакций, делая ее краеугольным камнем технологии блокчейна."