Merkle-Baum
Ein Merkle-Baum bietet die Möglichkeit, große Datenmengen zu organisieren und zu strukturieren, um ihre Verarbeitung zu vereinfachen. Im Falle von
Kryptowährungen und
Blockchains wird der Merkle-Baum verwendet, um Transaktionsdaten so zu strukturieren, dass sie weniger Ressourcen beanspruchen.
Kryptotransaktion in einer Merkle-Baum-Struktur abgewickelt, wird sie gehasht und erhält einen entsprechenden Hash-Wert. Nachdem jede Transaktion im Merkle-Baum gehasht wurde, wird jeder erzeugte Hash-Wert mit einem anderen Hash-Wert gepaart und dann erneut gehasht. Beispielsweise werden die Hash-Werte „AB“ und „AC“ zu „ABC“ kombiniert.
Dieser Prozess der Paarbildung von Hash-Werten wird wiederholt, bis ein endgültiger Hash-Wert erzeugt wird. Der endgültige Hash-Wert, die sogenannte Merkle-Wurzel, liefert eine Zusammenfassung aller darin enthaltenen Transaktionen und wird in den Blockkopf eingefügt.
Datensicherheit
Eine Merkle-Baum-Struktur ermöglicht eine leicht zugängliche Aufzeichnung der Transaktionen in einem
Block. Es ist also sehr einfach zu überprüfen, ob die Daten in einem Block geändert oder manipuliert wurden. Denn jede Änderung einer Transaktion (oder anderer damit verbundener Daten) im Merkle-Baum würde zu einer völlig anderen Merkle-Wurzel führen.
Effiziente Ressourcennutzung
Würden
Kryptowährungen keine Merkle-Bäume verwenden, müssten bei jeder Verifizierungsanfrage enorme Mengen an Daten über das Netzwerk gesendet werden. Die Strukturierung der Transaktionsdaten in einem Merkle-Baum stellt eine weitaus effizientere Nutzung der verfügbaren Ressourcen dar. Für die Validierung einer Transaktion ist keine vollständige Kopie des Ledgers erforderlich. Es können einfach die gehashten Transaktionsdaten einer Merkle-Wurzel verifiziert werden, sodass viel weniger Daten über die Knoten gesendet werden müssen und somit weniger Rechenleistung für die Analyse der gesamten Datenintegrität erforderlich ist.
Merkle-Bäume werden für den Nachweis von Reserven (Proof of Reserves, PoR) verwendet. Bei einer PoR-Prüfung stellen Prüfer sicher, dass Verwahrstellen wie Kryptobörsen die Mittel ihrer Kunden in vollem Umfang halten. Der Prüfer erstellt einen Snapshot aller Kontoguthaben einer Kryptobörse und überträgt die Daten dann in einen Merkle-Baum.
Merkle-Bäume können auch auf andere Weise verwendet werden, z.B. um zu überprüfen, ob eine einzelne Transaktion in einen Block aufgenommen wurde, ohne die gesamte Blockchain herunterladen zu müssen. Sie sind ein wichtiges Instrument, um Transaktionsdaten zu organisieren und so effizient wie möglich zu funktionieren. Ohne Merkle-Bäume würde der höhere Ressourcenbedarf wahrscheinlich dazu führen, dass weniger
Knoten am Netzwerk teilnehmen.