Merkle Tree explicado
¿Qué es un Merkle-tree?
Un Merkle-tree es una estructura de cifrado de datos que se usa en aplicaciones de gestión de datos donde la información se procesa de distintas formas mediante un algoritmo hash para crear un hash que representa todos los datos en un archivo.
La blockchain de Bitcoin y otras blockchains usan Merkle trees para codificar los datos de la blockchain de forma más eficiente y segura, hasheando las transacciones individuales y los hashes resultantes hasta obtener un hash llamado Merkle root. El Merkle root se usa para crear el hash del bloque, el código de identificación único de un bloque. A los Merkle trees también se les llama “árboles binarios de hash”.
Puntos clave
- Los Merkle trees son una forma estructurada de codificar datos para facilitar la verificación y mejorar la seguridad.
- Las blockchains usan Merkle trees para generar hashes que se usan para verificar transacciones y asegurar los bloques.
- Las representaciones visuales de los Merkle trees parecen árboles invertidos con la raíz en la parte superior.
- La técnica de hash repetido usada en los Merkle trees de blockchain es uno de los mecanismos que contribuyen a su inmutabilidad.
Ejemplo de Merkle tree
Un Merkle-tree (o árbol Merkle) suena complicado, pero en realidad es solo una forma inteligente de resumir grandes cantidades de datos (como transacciones) en un código único (hash).
Imagina que tienes una lista de compras con 1000 artículos. En lugar de enviar toda la lista a alguien, haces un resumen corto y único. Y si cambia aunque sea una sola letra de esa lista, el resumen cambia completamente. Eso es lo que hace un hash.
Un Merkle-tree no hace esto con una sola lista, sino con miles de pedazos de información. Primero, todos los pedazos se hashean por separado (se cifran en un código), luego se combinan de dos en dos y se vuelven a hashear, y esto sigue hasta que queda un solo hash: la Merkle root.
En la blockchain de Bitcoin funciona así:
- Cada transacción se hashea.
- Esos hashes se hashean otra vez hasta que queda una Merkle root.
- Esa Merkle root, junto con otra información, forma el hash de todo el bloque, como la “huella digital” del bloque.
Así sabes con certeza que el contenido de ese bloque es correcto. Si alguien cambia aunque sea una transacción, todo el árbol falla y el bloque queda inválido.
Así que, en pocas palabras:
Un Merkle-tree es una especie de árbol digital que ayuda a verificar que todos los datos en un bloque son correctos — rápido, seguro y sin tener que revisar todo.
Entendiendo el Merkle-tree
Los Merkle trees llevan el nombre del científico informático Ralph Merkle, quien introdujo el concepto en 1979. En un Merkle tree, la información se codifica usando una función hash criptográfica. Esa función convierte los datos en una cadena de números y letras de longitud fija, llamada hash.
Una característica importante de una función hash es que la misma entrada siempre produce el mismo hash, mientras que es prácticamente imposible recuperar los datos originales a partir del hash. Esto permite comparar archivos sin tener que ver su contenido completo.
En un Merkle tree, los datos individuales (como transacciones) se hashean primero por separado. Luego esos hashes se emparejan y se vuelven a hashear. Este proceso se repite hasta que queda un solo hash: la Merkle root. Esta raíz representa todos los datos subyacentes en un solo valor hash.
Si alguien quiere verificar una transacción específica, no necesita ver todo el bloque. Con unos pocos hashes intermedios y la Merkle root, se puede confirmar rápido si la transacción es realmente parte del bloque. Esto permite una verificación rápida y eficiente sin descargar o procesar todo el conjunto de datos.
Los Merkle trees son una parte esencial de muchas blockchains como Bitcoin porque contribuyen a la integridad, seguridad y eficiencia del sistema.
Cómo se usa un Merkle-tree en una blockchain
No es obligatorio usar Merkle trees en blockchains, pero muchas blockchains sí usan esta estructura. Además, pueden implementar diferentes técnicas dentro de los árboles. Bitcoin es el ejemplo más famoso, por eso se usa aquí.
El software de Bitcoin no pasa todo el bloque con datos de transacciones por la función hash de una vez. En lugar de eso, cada transacción se hashea, luego se emparejan dos transacciones y se hashean juntas, y así sucesivamente hasta que queda un hash para todo el bloque. Si hay un número impar de transacciones, una transacción se duplica y su hash se enlaza consigo mismo. Cuando se visualiza este proceso estructurado, parece un árbol invertido.
Ventajas del Merkle-tree
Los Merkle trees son súper útiles para blockchains como Bitcoin, y aquí algunas buenas razones:
- Verificación rápida de transacciones
No necesitas descargar un bloque entero o toda la blockchain para verificar si una transacción es válida. Con unos pocos hashes intermedios y la Merkle root, puedes verificar transacciones súper rápido. Esto ahorra mucho tiempo y espacio de almacenamiento. - Manejo eficiente de grandes cantidades de datos
Las blockchains tienen miles de transacciones por bloque. Gracias a los Merkle trees, estas se hashean en capas de forma ordenada y eficiente, manteniendo el bloque organizado y fácil de procesar. - Integridad de datos
Si cambia una sola transacción, el hash raíz cambia y todo el Merkle tree también. Esto hace que cualquier fraude o manipulación sea evidente inmediatamente. La estructura asegura que todo pueda ser revisado bien. - Facilidad para usar nodos ligeros
Los clientes ligeros no necesitan almacenar toda la blockchain. Pueden verificar transacciones usando pruebas Merkle sin descargar todos los datos.
En resumen: los Merkle trees hacen las blockchains más rápidas, ligeras y seguras. Muy inteligente.
¿Para qué se usa un Merkle tree?
Los Merkle trees se usan en sistemas donde quieres verificar de forma eficiente y segura si los datos son correctos. En blockchains, un Merkle tree se usa para resumir todas las transacciones en un bloque en un solo hash: la Merkle root. Esa Merkle root termina en la cabecera del bloque y se usa finalmente para crear el hash único del bloque.
Con esta estructura, puedes demostrar fácilmente más tarde si una transacción específica está en un bloque o no, sin descargar todo el bloque. Eso hace que los Merkle trees sean ideales para clientes ligeros, firmas digitales y estructuras de datos donde la fiabilidad y la verificación son importantes.
¿Qué tan grande puede ser un Merkle-tree?
El tamaño de un Merkle tree depende de la cantidad de datos que se hashea para ser incluido y de cómo esté programada la blockchain. Sin embargo, el Merkle tree de un bloque no ocupa mucho espacio en la blockchain. Por ejemplo, el bloque 854,473 de Bitcoin tenía unas 2,530 transacciones y cada hash de transacción es de 64 bytes. El Merkle tree de ese bloque ocupaba 161.92 Kb de los 1.54 Mb totales del bloque.
¿Por qué Bitcoin usa Merkle trees?
Bitcoin usa Merkle trees porque son una forma eficiente de verificar transacciones y ayudan a crear la cadena de información que conecta los bloques.
Reflexión final
Un Merkle-tree es una estructura de datos donde datos hasheados se usan para crear otro hash que representa los datos en un archivo. Esta estructura facilita que las computadoras comparen información porque solo toma unos milisegundos generar hashes basados en los datos y verificar si los resultados son idénticos.
Los Merkle trees también son uno de los mecanismos que enlazan bloques en una blockchain. Si se cambian los datos, el hash resultante será diferente, haciendo que el bloque propuesto sea rechazado por el mecanismo de consenso de la blockchain.
