Qu’est-ce qu’un arbre Merkle en crypto et comment ça marche?

La blockchain et les crypto-monnaies sont un paysage vaste et complexe.De nombreux COG entrent dans cette machine, y compris quelque chose de connu sous le nom d’un arbre Merkle.Les arbres Merkle jouent un rôle clé dans la fonctionnalité de la blockchain, mais que fait exactement?Comment fonctionne un arbre Merkle et pourquoi est-il si important dans la technologie de la blockchain?

Comment fonctionne une blockchain?

Avant d’entrer dans la dynamique de l’arbre Merkle, il est important de comprendre comment fonctionnent les blockchains.

Dans les termes les plus simples, une blockchain est une chaîne virtuelle de blocs, chacun contenant son propre ensemble de données.Chaque bloc utilise la cryptographie, en particulier le hachage, pour sécuriser les données et les garder hors des mains d’acteurs malveillants.

Les blockchains sont le plus souvent utilisés dans l’industrie des crypto-monnaies, où chaque transaction effectuée avec un actif donné est enregistrée sur sa blockchain native.En outre, chaque transaction est enregistrée chronologiquement et visible pour toute la blockchain (visible à l’aide d’outils comme un explorateur de blockchain).

Les transactions sur une blockchain ne peuvent pas être modifiées ou supprimées.Au lieu de cela, en utilisant un processus appelé hachage, les données sont codées à travers des algorithmes mathématiques.Ces algorithmes peuvent convertir n’importe quelle longueur de caractères en une longueur fixe et codée.

Lors de l’enregistrement des transactions sur une blockchain, les arbres Merkle jouent un rôle crucial.Mais comment fonctionne un arbre Merkle?

Qu’est-ce qu’un arbre Merkle?

Le nom Merkle Tree a deux origines.Merkle fait référence à Ralph Merkle, un informaticien et mathématicien américain qui a contribué massivement à la cryptographie par clé publique.Merkle a initialement proposé des arbres de hachage binaire en 1987 dans un article intitulé une signature numérique basée sur une fonction de chiffrement conventionnelle.Merkle a également inventé le hachage cryptographique, qui est utilisé dans l’arbre Merkle.

La deuxième partie de l’arbre Merkle découle de sa structure.Un arbre Merkle (ou un arbre de hachage binaire) est une structure de données qui ressemble un peu à un arbre.Les arbres Merkle contiennent des branches et des feuilles, avec chaque feuille ou branche contenant le hachage d’un bloc de données.

En bref, un arbre Merkle rationalise le processus de stockage des hachages transactionnels sur une blockchain.Il regroupe toutes les transactions dans un seul bloc et les code efficacement pour un stockage plus sûr et plus rapide sous la forme d’un hachage.À l’aide d’un arbre Merkle, la validité des données peut être rapidement évaluée par un hachage final.Cela simplifie le processus de stockage des données mais maintient également l’intégrité de la sécurité.

Les arbres de Merkle ne nécessitent pas non plus beaucoup de ressources informatiques. En fait, ils réduisent l’espace de stockage requis pour les données en compilant plusieurs hachages de transactions en un seul. L’utilisation des ressources est depuis longtemps un sujet de discorde dans le secteur de la cryptographie, car les réseaux de chaînes de blocs peuvent absorber une grande partie de l’espace de stockage et de l’énergie. L’utilisation des arbres de Merkle permet donc d’atténuer ce problème. Le stockage des données sur la chaîne peut également être coûteux, de sorte que l’utilisation des arbres de Merkle pour réduire la quantité de données peut aider les plateformes de blockchain à économiser de l’argent.

De plus, le processus de l’arbre de Merkle ne prend pas beaucoup de temps, ce qui est une bonne nouvelle en termes d’efficacité. Après tout, de nombreuses blockchains ont été critiquées pour leurs longs délais de transaction (y compris le Bitcoin), donc tout processus qui peut aider à résoudre ce problème est un atout.

Les arbres de Merkle sont utilisés dans de nombreux domaines de l’informatique (en particulier la cryptographie et le chiffrement), mais ils sont souvent connus pour leur présence dans les blockchains de crypto-monnaies. Bitcoin, Ethereum, Dogecoin et toutes les autres crypto-monnaies utilisent l’arbre de Merkle, c’est donc sans aucun doute un élément important.

Comment fonctionne-t-il ?

Comment fonctionne un arbre de Merkle ?

Le diagramme ci-dessous illustre le fonctionnement d’un arbre de Merkle. Notez qu’en réalité, il y aurait beaucoup plus de transactions et de hachages par arbre, mais cette image simplifie le processus pour que vous puissiez vous faire une idée des étapes impliquées.

Crédit photo : Azaghal/Wikimedia Commons

Le diagramme de l’arbre de Merkle semble un peu complexe. Mais le processus de hachage de l’arbre de Merkle est assez simple lorsqu’il est décomposé.

Le processus de l’arbre de Merkle comporte plusieurs étapes. Les hachages situés au bas de l’arbre de Merkle sont appelés feuilles, tandis que les hachages situés au milieu de l’arbre sont appelés branches. Les branches sont aussi parfois appelées nœuds non feuillus. Tout en bas du diagramme se trouvent les blocs de données (ou transactions) à partir desquels le hachage sera obtenu.

Les transactions initiales de chaque nœud sont hachées par paires, avec un seul hachage comme résultat. Ensuite, les paires de paires sont hachées à plusieurs reprises jusqu’à ce qu’un seul hachage émerge, et le processus s’arrête là. S’il y a un nombre impair de transactions dans un bloc, une transaction sera dupliquée afin qu’elle puisse être associée à l’originale pour le hachage.

Bien que le hachage final apparaisse en haut du diagramme ci-dessus, il est connu sous le nom de « racine » de l’arbre (le hachage de la racine). La racine est essentiellement le hachage final de tous les hachages individuels des transactions stockées dans le bloc. Un arbre de Merkle est nécessaire par bloc, ce qui signifie que chaque bloc a un champ de données racine Merkle.

Si vous avez déjà étudié les blockchains en profondeur, vous avez peut-être entendu parler de la racine Merkle ou du hachage Merkle. Dans un bloc, il existe ce que l’on appelle une racine Merkle (hashMerkleRoot). Ces données (le hachage final à la fin de l’arbre) sont conservées dans l’en-tête d’un bloc donné. Un bloc de blockchain contient également d’autres données, telles qu’un horodatage, un numéro de version de l’actif et le « nonce » (numéro utilisé une seule fois).

Les blockchains peuvent-elles fonctionner sans les arbres de Merkle ?

Bien que les arbres de Merkle ne soient pas absolument nécessaires à l’existence d’une blockchain, ils jouent un rôle extrêmement important dans la sécurisation des données.

Sans arbres de Merkle, les blockchains de crypto-monnaies nécessitent plus de ressources et de temps pour effectuer des processus clés. Tout d’abord, chaque nœud du réseau devrait conserver sa propre copie de chaque transaction effectuée sur la blockchain. Sur les grandes blockchains, des centaines de milliers de transactions peuvent avoir lieu en l’espace d’une seule journée, de sorte que l’ajout d’un tel volume de données à la copie de chaque nœud consommerait indubitablement beaucoup de ressources.

De plus, les arbres de Merkle jouent un rôle important dans la vérification des données. Grâce au hachage unique de la racine à la fin de l’arbre, les validateurs et les mineurs peuvent vérifier si le bloc, dans son ensemble, est valide pour être ajouté à la blockchain. La possibilité d’authentifier les données sans passer au crible chaque transaction est un avantage qui permet d’économiser du temps et de l’espace de stockage.

Les arbres de Merkle sont essentiels à la fonctionnalité de la blockchain

Il est indéniable que les arbres de Merkle offrent aux blockchains sécurité et efficacité sans prendre beaucoup de place. Ce processus cryptographique astucieux permet aux blockchains de fonctionner de manière transparente sans nécessiter une utilisation excessive des ressources. Les arbres de Merkle ne sont pas indispensables, mais ils sont extrêmement utiles en termes de temps, d’espace de stockage et d’authentification des données.

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