Merkle Tree einfach erklärt

23. Mai 2025 | 4 min Lesezeit

Was ist ein Merkle Tree?

Ein Merkle Tree ist eine Struktur zur Datenverschlüsselung, die in Anwendungen zur Datenverarbeitung genutzt wird. Dabei werden Daten auf unterschiedliche Weise durch einen Hash-Algorithmus verarbeitet, um einen hash zu erstellen, der alle Daten einer Datei zusammenfasst.

Die Bitcoin-Blockchain und andere Blockchains nutzen Merkle Trees, um Blockchain-Daten effizienter und sicherer zu verschlüsseln. Dabei werden einzelne Transaktionen gehasht und diese Hashes erneut kombiniert, bis ein sogenannter Merkle Root entsteht. Dieser Root-Hash wird verwendet, um den Block-Hash zu generieren – also die eindeutige ID eines Blocks. Merkle Trees werden auch „binary hash trees“ genannt.

Wichtigste Erkenntnisse

Merkle Trees sind eine strukturierte Methode, um Daten leicht überprüfbar und sicher zu verschlüsseln.
Blockchains nutzen Merkle Trees, um Hashes zu generieren, die Transaktionen verifizieren und Blöcke absichern.
Visuell sehen Merkle Trees aus wie auf den Kopf gestellte Bäume – mit der Wurzel oben.
Durch das wiederholte Hashen bleiben die Daten in der Blockchain unveränderlich.

Beispiel für einen Merkle Tree

Ein Merkle Tree klingt kompliziert, ist aber eigentlich nur eine clevere Methode, große Datenmengen (wie Transaktionen) in einem eindeutigen Code (Hash) zusammenzufassen.

Stell dir vor, du hast eine Einkaufsliste mit 1000 Artikeln. Anstatt die ganze Liste zu schicken, machst du eine kurze, eindeutige Zusammenfassung. Wenn sich auch nur ein Buchstabe ändert, sieht die Zusammenfassung komplett anders aus. Genau das macht ein Hash.

Ein Merkle Tree macht das nicht nur mit einer Liste, sondern mit Tausenden von Infos. Erst wird alles einzeln gehasht (also verschlüsselt), dann paarweise kombiniert und erneut gehasht – so lange, bis nur noch ein Hash übrig bleibt: der Merkle Root.

In der Bitcoin-Blockchain läuft das so:

Jede Transaktion wird gehasht.
Diese Hashes werden paarweise erneut gehasht, bis nur noch ein Merkle Root übrig bleibt.
Dieser Merkle Root, zusammen mit anderen Infos, ergibt dann den Block-Hash – sozusagen der „Fingerabdruck“ des Blocks.

So kann man sicher sein, dass der Block-Inhalt stimmt. Wenn sich nur eine Transaktion ändert, wird der ganze Tree ungültig – und damit auch der Block.

Kurz gesagt:

Ein Merkle Tree ist wie ein digitaler Baum, der hilft zu prüfen, ob alle Daten in einem Block korrekt sind – schnell, sicher und ohne alles einzeln anschauen zu müssen.

Wie funktioniert ein Merkle Tree?

Der Merkle Tree ist benannt nach dem Informatiker Ralph Merkle, der das Konzept 1979 eingeführt hat. In einem Merkle Tree wird Information mit einer kryptografischen Hash-Funktion verschlüsselt. Diese Funktion verwandelt Daten in eine Zeichenkette fester Länge – den Hash.

Wichtig ist: Derselbe Input erzeugt immer denselben Hash, aber man kann praktisch nicht zurückrechnen, um die ursprünglichen Daten zu bekommen. So kann man Dateien vergleichen, ohne ihren Inhalt direkt sehen zu müssen.

Im Merkle Tree werden einzelne Datenstücke (z. B. Transaktionen) erst separat gehasht. Dann werden die Hashes paarweise kombiniert und wieder gehasht. Das geht so weiter, bis am Ende nur noch ein Hash übrig bleibt: der Merkle Root. Dieser Root steht für alle darunterliegenden Daten in einem einzigen Hash-Wert.

Wenn jemand prüfen will, ob eine Transaktion wirklich in einem Block ist, muss er nicht den ganzen Block sehen. Ein paar Zwischen-Hashes und der Merkle Root reichen, um das schnell zu bestätigen. Dadurch lassen sich Daten effizient prüfen, ohne alles herunterladen zu müssen.

Merkle Trees sind ein zentraler Bestandteil vieler Blockchains wie Bitcoin, weil sie für Integrität, Sicherheit und Effizienz sorgen.

Wie wird ein Merkle Tree in einer Blockchain genutzt?

Merkle Trees müssen nicht zwingend in Blockchains verwendet werden – aber viele tun es. Sie können dabei verschiedene Techniken nutzen. Das bekannteste Beispiel ist Bitcoin, also nehmen wir das hier.

Die Bitcoin-Software schickt nicht einfach den ganzen Transaktionsblock durch die Hash-Funktion. Stattdessen wird jede Transaktion gehasht, dann paarweise kombiniert und erneut gehasht – bis ein einziger Hash übrig bleibt. Gibt es eine ungerade Anzahl an Transaktionen, wird eine verdoppelt und mit sich selbst gehasht. Visuell sieht das dann aus wie ein umgedrehter Baum.

Vorteile eines Merkle Tree

Merkle Trees sind super praktisch für Blockchains wie Bitcoin – hier ein paar Gründe:

Schnelle Transaktionsprüfung
Du musst nicht den ganzen Block oder die gesamte Blockchain runterladen, um eine Transaktion zu checken. Ein paar Zwischen-Hashes und der Merkle Root reichen – das spart Zeit und Speicherplatz.
Effizient bei vielen Daten
Blockchains haben Tausende Transaktionen pro Block. Mit Merkle Trees werden diese in Schichten sauber gehasht – so bleibt alles organisiert und schnell verarbeitbar.
Datensicherheit
Ändert sich nur eine Transaktion, ändert sich der Root-Hash – und damit der ganze Tree. Manipulation fällt sofort auf. Die Struktur sorgt dafür, dass alles verlässlich überprüfbar bleibt.
Leicht nutzbar mit Light Nodes
Light Clients brauchen nicht die ganze Blockchain. Sie können Transaktionen mit sogenannten Merkle-Proofs verifizieren, ohne alles herunterzuladen.

Kurz gesagt: Merkle Trees machen Blockchains schneller, schlanker und sicherer. Ziemlich clever.

Wofür wird ein Merkle Tree genutzt?

Merkle Trees kommen überall dort zum Einsatz, wo du effizient und sicher prüfen willst, ob Daten korrekt sind. In Blockchains wird der Merkle Tree genutzt, um alle Transaktionen eines Blocks in einem Hash – dem Merkle Root – zusammenzufassen. Dieser Root landet im Block-Header und wird dann genutzt, um den eindeutigen Block-Hash zu erstellen.

Mit dieser Struktur kann man später ganz leicht beweisen, ob eine bestimmte Transaktion im Block war – ohne den ganzen Block runterladen zu müssen. Ideal für Light Clients, digitale Signaturen und Datensysteme, bei denen Verlässlichkeit wichtig ist.

Wie groß kann ein Merkle Tree werden?

Die Größe hängt davon ab, wie viele Daten gehasht werden und wie die Blockchain programmiert ist. Aber: Der Merkle Tree eines Blocks nimmt in der Regel nicht viel Speicherplatz ein. Beispiel: Bitcoin-Block 854 473 hatte ca. 2 530 Transaktionen. Der Merkle Tree dieses Blocks nahm 161,92 KB des gesamten 1,54 MB großen Blocks ein.

Warum nutzt Bitcoin Merkle Trees?

Bitcoin nutzt Merkle Trees, weil sie eine effiziente Methode sind, Transaktionen zu verifizieren und die Informationskette der Blöcke miteinander zu verbinden.

Fazit

Ein Merkle Tree ist eine Datenstruktur, bei der gehashte Daten verwendet werden, um einen neuen Hash zu erstellen, der die gesamte Datei zusammenfasst. Dadurch können Computer Informationen super schnell vergleichen – ein Hash dauert nur ein paar Millisekunden – und prüfen, ob alles korrekt ist.

Merkle Trees sind außerdem ein Mechanismus, der Blöcke in einer Blockchain miteinander verbindet. Ändert sich ein Datenwert, ändert sich der Hash – und der neue Block wird vom Konsens-Mechanismus der Blockchain abgelehnt.