Merkle ağacı (karma ağacı), birçok veri parçası için tek bir karma üreten bir algoritma olarak kullanılır. Bu yöntem, dosyaların bütünlüğünü belirlemek ve bilgileri doğrulamak amacıyla kullanılır. Karma ağacı, tabanından dalların ara düğümlere ayrıldığı bir yapı olarak düşünülebilir ve dalların uçlarında veri parçalarını temsil eden yapraklar bulunur. Ağacın tabanında bir kök karma (Merkle kökü) yer alır ve bu, Bitcoin blok başlığının zorunlu bir bileşenidir.
Kök karma, her işlemin doğrulanmasına olanak tanır ve bu işlemi gerçekleştirmek için yalnızca işlemin blok başlığı ve kimlik doğrulama yolunu indirmeniz gerekir. Merkle ağacı, hesaplama maliyetini azaltarak basitleştirilmiş ödeme doğrulamasının (SPV) uygulanmasını mümkün kılar.
Merkle ağacı konseptini, Profesör Ralph Merkle tarafından icat edilmiştir. Bu konsept, 1979’da dijital imzaları temsil etmek için bir yol bulmak amacıyla ortaya çıkmıştır. Merkle ayrıca kriptografi alanında önemli katkılarda bulunmuş ve en çok “Geleneksel Şifreleme Fonksiyonuna Dayalı Dijital İmza” başlıklı 1987 tarihli yayınıyla tanınır.
Merkle ağacı, merkezi olmayan bir veritabanı olan bir blockchain içinde kullanılır. Bu blockchain, bilgileri bağımsız düğümlerde depolar, ve her düğüm diğer katılımcılardan gelen mesajları kabul etmek için doğrulama yapar. Merkle ağaçları, hesaplama maliyetlerini azaltarak veri indirme miktarını düşürmeye ve doğrulama işlemlerini optimize etmeye yardımcı olur.
Bu yöntem, Bitcoin, Ethereum ve diğer kripto para ağlarında kullanılır. Bir grup işlemi doğrulamak için verileri içeren bir dizi elde etmek amacıyla kullanılır. Ayrıca, dosya sistemleri ve veritabanlarında da kullanılabilir ve Merkle ağaçları sayesinde bilgiler hatalara karşı kontrol edilir ve senkronize edilir.
Merkle ağacı, veri parçalarının hashlenmesiyle oluşturulur ve aşağıdan yukarıya doğru inşa edilir. Yaprak köşelerindeki değerler, veri parçalarının hashlenmesi sonucunda elde edilir. Bir sonraki seviyedeki düğümler, iki çocuğunun hashlerinin birleşimini içerir. Bu işlem, bir karma elde edilene kadar sonraki seviyelerdeki düğümler için tekrarlanır. Eğer elemanların sayısı tek ise, bir sonraki seviyeye geçerken bir öğe kopyalanabilir veya değiştirilmeden aktarılabilir. Merkle ağacı oluşturulurken, tek bir karma olan Merkle kökü elde edilir ve bu, tüm veri parçalarını temsil eder. Bu nedenle Merkle ağacı, tek yönlü bir karma işlevidir.
Algoritma, düğüm değerlerini iki dizeden oluşan ikili bir yapıya dönüştürmeyi sağlar. Bu özellik, büyük miktarda veriyi tekrar karmalamadan doğrulamayı mümkün kılar. Doğrulama işlemi için ise kök karması, işlem verileri veya dosyaların parçalarıyla karşılaştırılır.
Bitcoin’de Merkle ağacı, blok zincirinin sonuna yazılan işlemleri temsil eder. Bu işlemler, kullanıcılar arasındaki aktarımlarla ilgili verileri içerir. Bloğun boyutu değişken olduğu için, hesaplamaları optimize etmek amacıyla Bitcoin düğümleri başlıklar oluşturur. Bu başlıklar sürüm numarasını, önceki bloğun hashini, Merkle ağacı kökünü, zaman damgasını, madencilik zorluk hedefini ve bloğun oluşturulmasında kullanılan tek seferlik kodu (nonce) içerir. Bitcoin’deki Merkle ağacı, işlemlerin hashlerini kullanarak oluşturulur ve işlem verilerinin bütünlüğünü ve geçerliliğini kontrol etmek için kullanılır.
Ethereum’da ise ikili Merkle ağacı yerine önek ağacı kullanılır. Ethereum, işlemler, devletler ve işlemlerin sonuçlarına ilişkin verileri temsil etmek için üç farklı hash ağacı kullanır. Önek ağacı, verileri bir dizide saklamak için kullanılır ve bu dizeler elemanlarının konumlarını belirleyen anahtarlarla ilişkilendirilir. Özel bir özellik olarak, Ethereum’da önek ağacının veri güncellemeleri ve adres eklemeleri gibi işlemlere uygun bir şekilde tasarlandığına dikkat çekmek önemlidir. Ethereum için işlem verilerinin işlenmesi, Bitcoin ile benzerdir ancak durum ağacıyla etkileşim kurmak daha karmaşıktır. Özetle, Ethereum’da önek ağacı, verileri temsil etmek ve işlemek için kullanılan bir yapıdır ve ağın işleyişine katkı sağlar.