Merkle Tree expliqué

23 mai 2025 | Lecture : 4 min

Qu’est-ce qu’un Merkle-tree ?

Un Merkle-tree est une structure de chiffrement de données utilisée dans des applications de gestion de données où les données sont traitées de différentes façons via un algorithme de hachage pour créer un hash qui représente toutes les données d’un fichier.

La blockchain Bitcoin et d’autres blockchains utilisent les Merkle trees pour coder les données de la blockchain de manière plus efficace et sécurisée en hachant les transactions individuelles et les hashes résultants jusqu’à obtenir un hash appelé Merkle root. Le Merkle root sert à créer le hash du bloc, le code d’identification unique d’un bloc. Les Merkle trees sont aussi appelés « arbres de hachage binaires ».

À retenir

Les Merkle trees sont une façon structurée de coder les données pour faciliter la vérification et améliorer la sécurité.
Les blockchains utilisent les Merkle trees pour générer des hashes qui servent à vérifier les transactions et sécuriser les blocs.
Les représentations visuelles des Merkle trees ressemblent à des arbres inversés avec la racine en haut.
La technique de hachage répétée utilisée dans les Merkle trees des blockchains est l’un des mécanismes qui contribuent à leur immutabilité.

Exemple de Merkle tree

Un Merkle-tree (ou arbre de Merkle) peut sembler compliqué, mais c’est en fait juste une manière intelligente de résumer de grandes quantités de données (comme des transactions) en un code unique (hash).

Imagine que tu as une liste de courses avec 1000 articles. Au lieu d’envoyer toute la liste à quelqu’un, tu fais un résumé court et unique. Et si ne serait-ce qu’une lettre change dans cette liste, le résumé change complètement. C’est ça qu’un hash fait.

Un Merkle-tree ne fait pas ça avec une seule liste, mais avec des milliers de petits morceaux d’informations. D’abord, chaque morceau est haché séparément (chiffré en un code), puis on combine deux par deux ces hashes et on les re-hache, et ça continue jusqu’à ce qu’il ne reste qu’un seul hash : le Merkle root.

Dans la blockchain Bitcoin, ça marche comme ça :

Chaque transaction est hachée.
Ces hashes sont re-hachés jusqu’à obtenir un Merkle root.
Ce Merkle root, avec d’autres infos, forme le hash du bloc entier, un peu comme l’« empreinte digitale » du bloc.

Comme ça, tu es sûr que le contenu du bloc est correct. Si quelqu’un change une transaction, tout l’arbre ne colle plus et le bloc devient invalide.

En gros :

Un Merkle-tree est un genre d’arbre digital qui aide à vérifier que toutes les données dans un bloc sont correctes – vite, sécurisé et sans avoir à tout vérifier.

Comprendre le Merkle-tree

Les Merkle trees portent le nom de l’informaticien Ralph Merkle, qui a introduit le concept en 1979. Dans un Merkle tree, l’information est codée grâce à une fonction de hachage cryptographique. Cette fonction transforme des données en une suite de chiffres et lettres de longueur fixe, appelée hash.

Une caractéristique importante d’une fonction de hachage, c’est que la même entrée produit toujours le même hash, alors qu’il est pratiquement impossible de récupérer les données originales à partir du hash. Ça permet de comparer des fichiers sans avoir à voir tout leur contenu.

Dans un Merkle tree, les morceaux de données individuels (comme les transactions) sont d’abord hachés séparément. Ensuite, ces hashes sont combinés par paires et re-hachés. Ce processus se répète jusqu’à ce qu’il ne reste qu’un seul hash : le Merkle root. Cette racine représente toutes les données sous-jacentes en un seul hash.

Si quelqu’un veut vérifier une transaction spécifique, il n’a pas besoin de voir tout le bloc. Avec quelques hashes intermédiaires et le Merkle root, on peut rapidement confirmer si la transaction fait bien partie du bloc. Ça permet une vérification rapide et efficace, sans télécharger ni traiter tout le dataset.

Les Merkle trees sont une partie essentielle de beaucoup de blockchains, comme Bitcoin, car ils contribuent à l’intégrité, la sécurité et l’efficacité du système.

Comment un Merkle-tree est utilisé dans une blockchain

Les Merkle trees ne sont pas obligatoires dans les blockchains, mais beaucoup en utilisent cette structure. De plus, elles peuvent appliquer différentes techniques au sein de ces arbres. Bitcoin est le plus connu, donc il est pris comme exemple ici.

Le logiciel Bitcoin ne passe pas tout le bloc de données de transactions dans la fonction de hachage en une fois. Chaque transaction est hachée, puis deux transactions sont couplées et re-hachées, et ainsi de suite jusqu’à ce qu’il ne reste qu’un seul hash pour tout le bloc. S’il y a un nombre impair de transactions, une transaction est dupliquée et son hash est lié à lui-même. Quand ce processus structuré est visualisé, ça ressemble à un arbre inversé.

Avantages du Merkle-tree

Les Merkle trees sont super pratiques pour les blockchains comme Bitcoin, et voici quelques bonnes raisons :

Vérification rapide des transactions
Tu n’as pas besoin de télécharger tout un bloc ou toute la blockchain pour vérifier qu’une transaction est correcte. Avec quelques hashes intermédiaires et le Merkle root, tu peux vérifier super vite si une transaction est vraie. Ça fait gagner beaucoup de temps et de place de stockage.
Gestion efficace de grandes quantités de données
Les blockchains contiennent des milliers de transactions par bloc. Grâce aux Merkle trees, ces transactions sont hachées en couches, ce qui rend le bloc organisé et facile à traiter.
Intégrité des données
Si une transaction change, le hash racine change aussi, donc tout le Merkle tree. Ça rend toute fraude ou altération immédiatement visible. La structure garantit que tout est bien vérifié.
Facilité d’utilisation pour les light nodes
Les clients légers n’ont pas besoin de stocker toute la blockchain. Ils peuvent vérifier les transactions avec des preuves Merkle sans télécharger toutes les données.

En résumé : les Merkle trees rendent les blockchains plus rapides, légères et sécurisées. Vraiment malin.

À quoi sert un Merkle tree ?

Les Merkle trees sont utilisés dans des systèmes où tu veux vérifier de façon efficace et sûre que les données sont correctes. Dans les blockchains, un Merkle tree sert à résumer toutes les transactions d’un bloc en un seul hash : le Merkle root. Ce Merkle root se trouve dans l’en-tête du bloc et est finalement utilisé pour créer le hash unique du bloc.

Avec cette structure, tu peux facilement prouver plus tard si une transaction spécifique est dans un bloc ou pas, sans télécharger tout le bloc. Ça rend les Merkle trees parfaits pour les clients légers, les signatures digitales, et les structures de données où la fiabilité et la vérification comptent.

Quelle taille peut avoir un Merkle-tree ?

La taille d’un Merkle tree dépend de la quantité de données qui est hachée pour être incluse et de la façon dont la blockchain est programmée. Cependant, le Merkle tree d’un bloc ne prend pas beaucoup de place sur la blockchain. Par exemple, le bloc Bitcoin 854.473 avait environ 2.530 transactions, et chaque hash de transaction fait 64 bytes. Le Merkle tree de ce bloc occupait donc 161,92 Kb sur les 1,54 Mb totaux du bloc.

Pourquoi Bitcoin utilise les Merkle trees ?

Bitcoin utilise les Merkle trees parce que c’est une façon efficace de vérifier les transactions et ça aide à créer la chaîne d’information qui relie les blocs.

En résumé

Un Merkle-tree est une structure de données où des données hachées sont utilisées pour créer un autre hash qui représente les données d’un fichier. Cette structure facilite la comparaison d’informations par les ordinateurs, car ça ne prend que quelques millisecondes pour générer des hashes à partir des données et vérifier si les résultats sont identiques.

Les Merkle trees sont aussi un des mécanismes qui permettent de relier les blocs dans une blockchain. Si des données changent, le hash obtenu sera différent, ce qui fait que le bloc proposé sera rejeté par le mécanisme de consensus de la blockchain.