Merkle tree, merkle ağacı olarak Türkçede kullanılan, bir kriptografi kavramıdır. Hash ağacı olarak da ifade edilebilen merkle ağacı, bir veri blokunda alt düğümlerde yer alan özet verileri daha erişilebilir hale getirmektedir. Büyük veri yapılarında, doğrulama sisteminin daha güvenli olmasını sağlayan merkle tree, veri zincirlerinin daha genel hale getirilmiş bir halidir. İlk kez 1979 yılında, Ralph Merkle tarafından ortaya atılan bu kavram, aynı yıl Merkle tarafından patentlenmiştir. 

Merkle ağacı kavramının, kriptografi ve bilgisayar biliminde kullanılması, bilgisayarlar arasında veri transferi noktasında devreye girmiştir. P2P, yani eşler arası veri transferinde gönderilen verinin doğrulanmış olup olmadığı, değiştirilip değiştirilmediği merkle ağacı yardımı ile anlaşılabilmektedir. Kripto para piyasasında merkle ağacı yapısının önemi, hash fonksiyonlarının özetini doğrulanmış bir şekilde sunmasından kaynaklanmaktadır. Kripto paralarda merkle tree kavramı, kriptografik veri işlenme sürecinde ön plana çıkmaktadır. Satoshi Nakamoto, Bitcoin’in teknik dökümanında da merkle ağacının bir yorumunu barındırmaktadır. 

Merkle Tree (Merkle Ağacı) Nedir?

Ralph Merkle’ın 1987 yılında kaleme aldığı, “Geleneksel Şifreleme Fonksiyonuna Dayalı Dijital İmza” makalesinde, merkle ağacı ilk kez gündeme gelmiştir. Karma olarak da ifade edilen ve kriptografinin odak noktası olan terimlerden biri olan hash yapılarında, özeti bir şema halinde sunan merkle ağacı, bir veri yapısı olarak ifade edilebilir. Merkle ağacında, hash verileri ağaç içinde, özet kodlar ile aşağıdan yukarıya aktarılmaktadır. Altta yer alan hash’lerin kodları ise en üstteki hash’lerin değişken kodlarını belirler. 

Merkle Tree yapısında, verilerin bir sistem içinde aşağıdan yukarıya sıralı bir şekilde verilmesi, sistemdeki veri yapısının bütünlük içinde erişilebilmesini sağlamaktadır. Kripto para blokzincirinde, bir varlık transferinin doğrulanmasının yanı sıra, blokların yapısı merkle ağacı ile doğrulanabilmektedir. 

Merkle Tree Nasıl Çalışır?

Merkle tree çalışma mantığını anlamak için, merkle kökünün bir şema olarak nasıl bir anlam barındırdığını anlamak önemlidir. Blockchain merkle tree ilişkisinde ya da kriptografi merkle tree ilişkisinde, ağaç yapısının hash değerleri ile olan ilişkisi anlaşılmalıdır. Merkle ağacının en altında yer alan işlem verisi, hash fonksiyonunun çalışması ile elde edilmiştir. Şemadaki tüm veriler birbiri ile ilişkilidir ve bulunan değerler ilgili satırlara, bölgelere eklenir.

Merkle ağacındaki tüm veriler hesaplandıktan sonra, bir kök hash değeri elde edilir. Bu değerin doğru çıkması, merkle ağacındaki hash verilerinin doğrulanmış olduğunu ifade eder. Merkle ağacı sistemindeki algoritma, merkle kökünü doğru bulana kadar fonksiyonları çalıştırır ve hesaplama işlemi devam eder. Kriptografik işlemlerde doğrulamanın önemi, merkeziyetsiz bir ekosistemde güveni sağlamak adına önemlidir. Merkle ağacı yapısı, hash fonksiyonlarını doğru bir şekilde çalıştırıp, kök hash değerine ulaşmayı sağlayarak kriptografik süreçleri kolaylaştırmaktadır. 

Kriptoparalarda Merkle Tree

Kripto para, dijital varlıkların kriptografik fonksiyonlarla doğrulanarak, dağıtık bir veri tabanı yapısı olan blokzincirleri üzerinde iletildiği bir yapıdır. Kripto paralarda merkle tree, ilk olarak Bitcoin ile ortaya çıkmış bir çözüm olmuştur. Merkle tree Bitcoin whitepaper’ında, Satoshi Nakamoto tarafından kullanılmış bir kavramdır. Anonim olmasına karşın, iyi bir kriptografi uzmanı olduğu düşünülen Nakamoto, merkle ağacı kavramını Bitcoin’in teknik dökümanında kullanarak, güvenli bir blokzinciri için gerekli olan doğrulama sürecinde merkle ağacının kullanılacağını belirtmiştir.

Kripto paralarda, merkle tree yapısı Bitcoin gibi Proof of Work, yani iş kanıtı modeli ile çalışan coin’lerde kullanılmaktadır. PoW modelinde, madenciler çözülmesi çok zor olan kriptografik problemleri, çeşitli donanımlar yardımı ile çözer ve bunun karşılığında madencilik ödüllerini alır. Bitcoin ve Ethereum gibi Proof of Work ile çalışan kripto para blokzincirlerinde, merkle ağacı madencilik işlemlerinde kullanılmaktadır. Madencilik işlemi, merkle ağacının kök hash değerini doğrulama işlemidir. 

Kripto paralarda merkle ağacı, madencilik dışında aynı zamanda ödeme doğrulaması konusunda da kullanılmaktadır. Merkle kökleri, Bitcoin whitepaper’ında, Basitleştirilmiş Ödeme Doğrulaması olarak ifade edilen SPV işleminde de kullanılmaktadır. Bu açıdan bakıldığında merkle ağacı yapısı, kripto para blokzincirinde hem ödeme doğrulama hem de madencilik sürecinde önemlidir. 

Hash Nedir?

Hash değerleri, merkle ağacı yapısının temelinde yer alan verilerdir. Kriptografinin en önemli terimlerinden biri olan hash değeri, Türkçede karma olarak ifade edilebilmektedir. Hash ne demek dendiğinde, hash kodu ya da değeri ifade edilebilir. Bu değer, farklı bir veri girdisinden, sabit bir veri çıktısı elde etmek anlamına gelmektedir. Hash algoritmaları ise, bu değişiminin arkasındaki teknolojidir. Hash fonksiyonları çeşitlilik içerebilir ve kriptografinin tamamında hash fonksiyonları yer almayabilir. Bununla birlikte, blokzinciri teknolojisinde verilerin dağıtık ve güvenli olması adına, hash fonksiyonları kullanılmaktadır. 

Hash değeri elde etmek için kullanılabilen hash fonksiyonları farklı seçenekler içerebilir. Hash algoritmaları, girdi ve çıktı değerleri değişken olabilen yapılardır. Bitcoin için konuşulduğunda, SHA-256 algoritması bir hash algoritmasıdır ve Bitcoin blokzincirindeki hash işlemlerinde kullanılmaktadır. 

Hash Değeri Nedir?

Hash değeri, bir dijital ifadenin belli bir hash algoritmasından geçirildikten sonra aldığı son değerdir. Hash değerlerinde, girdiler değişken olmakla birlikte çıktılar algoritmaya göre belli bir standartta oluşturulmaktadır. Bitcoin ağında SHA’nın açılımı, güvenli hash algoritması anlamına gelen Secure Hash Algoritm’dir. 256 ise, 256 bit anlamına gelmektedir. Herhangi bir terim, SHA-256 algoritması ile hash değerine dönüştürüldüğünde, doğrulanmış olur. Hash değeri ve merkle ağacı ile ilgili bilinmesi gereken diğer bir konu da, verilerin tersine çevrilmesinin yarattığı zorluktur. Hash algoritması kullanılarak bir hash değeri elde etmek zor değildir ancak hash değerini, ilk değerine çevirmek için çok daha yüksek bir işlem gücü gerekebilir. Bu durum, Bitcoin ve diğer coin’lerin arkasında yer alan kriptografik gücün boyutunu göstermektedir. 

Hash değeri ve merkle tree kavramları, Bitcoin ağında madenciliğin yanı sıra cüzdan adreslerinin oluşturulması, varlık transferlerinin doğrulanması noktasında kullanılan en önemli kriptografik yaklaşımlardan biridir.