Qu'est-ce qu'un arbre Merkle ?
Merkle Tree est un type de structure souvent utilisé pour vérifier rapidement l'intégrité des données, principalement dans un ensemble de données. Il est également connu sous le nom d'arbre de hachage, qui a, dans la plupart des cas, des implémentations binaires, chaque nœud ayant généralement deux « nœuds enfants ». Dans le monde des crypto-monnaies, cette structure est utilisée pour chiffrer les données de la blockchain de manière plus efficace et sécurisée, mais nous l’explorerons plus en détail plus tard.
Merkle Tree est un moyen de vérification rapide et sécurisée du contenu sur des ensembles de données volumineux. Cela permet également de vérifier la cohérence et le contenu des données. Merkle Tree est une structure de données mathématique composée de hachages de divers blocs. Ces hachages résument toutes les transactions dans le bloc donné grâce auxquelles les Merkle Trees sont souvent utilisés dans
Cryptographie
.
Merkle Tree contient trois types de nœuds qui peuvent être trouvés en son sein. Ceux-ci sont les suivants :
Nœud racine : est stocké directement dans l'en-tête et est également connu sous le nom de racine Merkle.
Nœud feuille : se compose de valeurs de hachage pour les données de transaction. Chaque transaction du bloc voit ses données hachées, conduisant à la création de la transaction ID, qui est ensuite stockée dans les nœuds feuilles.
Nœud non-feuille : enfin, l'arbre Merkle possède également un nœud non-feuille, qui contient les valeurs de hachage de « leurs enfants ». Connus sous le nom de nœuds intermédiaires, ce sont essentiellement des valeurs de hachage utilisées jusqu'à ce que le processus atteigne la racine de l'arbre.
L'essence de Merkle Tree est telle qu'il permet aux transactions d'être Vérifié sans utiliser beaucoup de données. Cela permet ensuite de réduire le traitement CPI, tout en maintenant une sécurité renforcée, deux éléments nécessaires.
L'arbre Merkle a
toutes les transactions regroupées par paires, afin que chaque paire ait un hachage calculé qui est stocké directement dans le nœud parent au-dessus de la paire donnée. Cela s'applique aux nœuds au-dessus d'eux et au-dessus d'eux et ainsi de suite, jusqu'à ce que la racine de Merkle soit atteinte.
Exemple d'arbre Merkle avec racine Merkle, nœud non-feuille et nœud feuille, Source : geeksforgeeks.org
Prenons un exemple simple. Dans le graphique ci-dessous, nous avons 4 différentes transactions, étiquetées A, B, C, D. Chaque transaction est d'abord hachée, la laissant sous la forme de Hash A, Hash B, etc. Quatre hachages sont ainsi créés et associés à un nœud feuille, conduisant à la création de nœuds non-feuille. Dans ce cas, il s'agit du hachage AB et du hachage CD, qui sont les résultats des enfants hachage A et hachage B, pour le hachage AB et du hachage C et hachage D, pour le hachage CD.
Ces deux nouveaux hachages, qui sont les hachages parents des quatre transactions d'origine, sont ensuite à nouveau hachés. Cela les amène à atteindre un hachage ABCD et une racine du Merkle Tree. La racine Merkle est alors responsable d’un résumé des données contenues dans les transactions initiales. Ces informations sont stockées dans un en-tête de bloc.
Avantages de l'arbre Merkle
Merkle Tree en tant que structure offre plusieurs avantages qui sont ensuite exploités également dans le
technologie de cryptomonnaie et de blockchain. Avant d’examiner comment ces avantages sont utilisés, voyons d’abord ce qu’ils sont.
Aucun retard : lorsque des arbres Merkle sont utilisés, le Transfert des données via Réseau peut être effectué sans aucun délai. Sans l'utilisation de Merkle Tree, cela n'est pas possible car toutes les données doivent être transférées dans tout le Réseau pour vérification, ce qui entraîne des retards.
Processus de vérification efficace : très peu de mémoire doit être utilisée pendant le processus de vérification grâce à la façon dont les données sont structurées. Cela signifie que la validité et l'intégrité de la transaction peuvent être Vérifié en un rien de temps. De plus, grâce à cela, seule une petite quantité de données doit être envoyée par rapport à la taille de l’ensemble de données.
Peu d'espace disque : , outre l'avantage mentionné ci-dessus, réside également dans la taille de l'espace disque occupé par Merkle Tree, qui est considérablement petite par rapport à d'autres structures de données. Cela conduit à la vérification des transactions avec une bande passante et une puissance de calcul viables.
Détection de falsification : chaque transaction est stockée dans l'arborescence Merkle. Cela signifie que toute tentative de modification d'une transaction conduit à atteindre la racine Merkle et contient les informations dans l'en-tête du bloc. Ainsi, il est facile de comparer les données présentes avec la version falsifiée et de détecter rapidement toute tentative de fraude.
Merkle Trees et crypto-monnaies
Bien que peu de personnes non techniques prêtent attention aux Merkle Trees dans la communauté des crypto-monnaies, les cypherpunks ou les partisans techniquement avancés des crypto-monnaies connaissent la valeur des Merkle Trees dans ce domaine. Les Merkle Trees sont essentiels pour la technologie blockchain, car ils facilitent une vérification rapide et facile. En fait, ce type de vérification ne serait possible avec aucune autre technique ou structure.
Arbre Merkle donne le pouvoir aux développeurs sur d’énormes ensembles de données, qui peuvent les compresser efficacement en supprimant toutes les données inutiles, pour ensuite les transformer en hachages. Dans le monde des crypto-monnaies, les avantages peuvent se manifester, par exemple, par l’efficacité énergétique, une évolutivité efficace, une authentification de base des paiements, la vérification des transactions ou une structure légère.
Merkle Tree divisant les données en petites parties d'informations, Source : simplilearn.com
Merkle Trees en crypto – Bitcoin et Ethereum
Après avoir brièvement examiné ce que sont les arbres Merkle ou comment ils sont utilisés dans l'espace des crypto-monnaies, plongeons maintenant dans des exemples plus concrets de leurs cas d'utilisation.
Bitcoin
Beaucoup d’entre vous l’ont probablement deviné, mais Bitcoin utilise Merkle Trees dans de nombreux cas. Le plus évident est son utilisation dans l’en-tête du bloc Bitcoin, puisque le hachage de chaque transaction Disponible dans le bloc y est placé.
Mais ce n’est pas tout. La structure arborescente Merkle est également utilisée dans
extraction ou vérification. Pour les mineurs, la racine de Merkle est cruciale pour améliorer l’efficacité de tous les processus. Grâce à cette structure et à ses caractéristiques inhérentes, une fois que le mineur vérifie l'en-tête des blocs une fois qu'ils ont été intégrés dans l'arbre Merkle. Vérifier la racine Merkle signifie donc une approche beaucoup plus efficace, puis vérifier l'ensemble du bloc lui-même.
Cette structure est également utilisée en vérification, plus spécifiquement dans les cas où un nœud est exploité à partir d'un appareil relativement faible. Si l'appareil dispose de ressources limitées, au lieu de télécharger chaque hachage et bloc, il utilisera la preuve Merkle, qui contient le Confirmation de réseau indiquant qu'une transaction est présente dans un bloc. Cela réduit alors le nombre de hachages et permet une vérification sans avoir besoin d’autant de ressources énergétiques.
Ethereum
La deuxième plus grande crypto-monnaie, Ethereum, est basée sur Merkle Patricia Tree, une version modifiée de Merkle Tree. Cela signifie que chaque bloc de cette blockchain n'est pas constitué d'un, mais de trois arbres Merkle, chacune des racines ayant son propre objectif.
Le premier est la racine de chaque transaction. La seconde montre l'état de la transaction. Et la dernière racine est la réception de l’ensemble de la transaction. N'importe qui peut ainsi regarder la racine Merkle et voir si la transaction se trouve dans un bloc spécifique, si elle a déjà été approuvée et envoyée et quel était le solde de la transaction, grâce aux Merkle Trees.
Conclusion
La structure
Merkle Tree est devenue de plus en plus importante dans le mouvement cryptographique une fois que les crypto-monnaies ont été inventées. Avec le premier, Bitcoin, utilisant Merkle Trees dans de nombreux aspects, ce type de structure s'est également étendu à d'autres crypto-monnaies grâce aux avantages qu'il apporte aux projets sous-jacents.
OrangeX.com Équipe