Merkle Tree spiegato

23 mag 2025 | 4 min di lettura

Che cos'è un Merkle-tree?

Un Merkle-tree è una struttura di crittografia dei dati usata in applicazioni di gestione dati dove i dati vengono processati in modi diversi attraverso un algoritmo di hash per creare un hash che rappresenta tutti i dati in un file.

La blockchain di Bitcoin e altre blockchain usano i Merkle trees per codificare i dati della blockchain in modo più efficiente e sicuro, facendo l’hash delle singole transazioni e degli hash risultanti in un hash chiamato Merkle root. Il Merkle root è usato per creare l’hash del blocco, il codice ID unico di un blocco. I Merkle trees sono anche chiamati “binary hash trees.”

In breve

I Merkle trees sono un modo strutturato per codificare i dati per una facile verifica e maggiore sicurezza.
Le blockchain usano i Merkle trees per generare hash usati per verificare le transazioni e mettere al sicuro i blocchi.
Le rappresentazioni visive dei Merkle trees sembrano alberi capovolti con la root in cima.
La tecnica di hashing ripetuto usata nei Merkle trees delle blockchain è uno dei meccanismi che aiutano a mantenerli immutabili.

Esempio di Merkle tree

Un Merkle-tree (o Merkle tree) sembra complicato, ma è davvero solo un modo intelligente per riassumere grandi quantità di dati (come transazioni) in un codice unico (hash).

Immagina di avere una lista della spesa con 1000 elementi. Invece di mandare tutta la lista a qualcuno, fai un riassunto breve e unico. E se anche solo una lettera di quella lista cambia, il riassunto cambia completamente. Questo è quello che fa un hash.

Un Merkle-tree non lo fa solo con una lista ma con migliaia di pezzi di informazioni. Prima tutti i pezzi vengono hashati separatamente (criptati in un codice), poi combinati a due a due e hashati di nuovo, e questo continua fino a che rimane un solo hash: il Merkle root.

Nella blockchain di Bitcoin funziona così:

Ogni transazione viene hashata.
Quegli hash vengono hashati di nuovo fino a che rimane un solo Merkle root.
Quel Merkle root, insieme ad altre info, forma l’hash di tutto il blocco, praticamente la “impronta digitale” del blocco.

Così sei sicuro che il contenuto del blocco sia corretto. Se qualcuno cambia anche solo una transazione, tutto l’albero si rompe e il blocco diventa invalido.

Quindi, detto semplice:

Un Merkle-tree è una specie di albero digitale che aiuta a controllare se tutti i dati in un blocco sono corretti — veloce, sicuro e senza dover guardare tutto.

Capire il Merkle-tree

I Merkle trees prendono il nome dallo scienziato informatico Ralph Merkle, che introdusse il concetto nel 1979. In un Merkle tree, le informazioni sono codificate usando una funzione di hash criptografica. Questa funzione trasforma i dati in una stringa di lunghezza fissa di numeri e lettere chiamata hash.

Una caratteristica importante di una funzione di hash è che lo stesso input produce sempre lo stesso hash, mentre è praticamente impossibile risalire ai dati originali dall’hash. Questo permette di confrontare file senza dover guardare il contenuto completo.

In un Merkle tree, i singoli pezzi di dati (come le transazioni) sono prima hashati separatamente. Poi questi hash sono accoppiati e hashati di nuovo. Questo processo si ripete fino a che rimane un hash solo: il Merkle root. Questa root rappresenta tutti i dati sottostanti in un unico valore hash.

Se qualcuno vuole verificare una transazione specifica, non deve guardare tutto il blocco. Con pochi hash intermedi e il Merkle root, si può confermare rapidamente se la transazione fa parte davvero del blocco. Questo permette una verifica veloce ed efficiente dei dati senza scaricare o processare tutto il dataset.

I Merkle trees sono una parte essenziale di molte blockchain come Bitcoin perché contribuiscono all’integrità, sicurezza e efficienza del sistema.

Come si usa un Merkle-tree in una blockchain

I Merkle trees non devono per forza essere usati nelle blockchain, ma molte blockchain usano questa struttura. Inoltre, possono implementare diverse tecniche dentro gli alberi. Bitcoin è l’esempio più famoso, quindi è usato qui.

Il software di Bitcoin non fa passare tutto il blocco di dati delle transazioni attraverso la funzione hash tutta insieme. Invece, ogni transazione è hashata, poi coppie di transazioni sono collegate e hashate insieme, e così via fino a che c’è un solo hash per tutto il blocco. Se ci sono un numero dispari di transazioni, una transazione è duplicata e il suo hash è collegato a se stesso. Quando questo processo strutturato è visualizzato, sembra un albero capovolto.

Vantaggi del Merkle-tree

I Merkle trees sono super utili per blockchain come Bitcoin, ecco alcuni motivi:

Verifica rapida delle transazioni
Non devi scaricare un blocco intero o tutta la blockchain per controllare se una transazione è valida. Con pochi hash intermedi e il Merkle root, puoi verificare le transazioni super velocemente. Questo fa risparmiare tempo e spazio di archiviazione.
Gestione efficiente di grandi quantità di dati
Le blockchain hanno migliaia di transazioni per blocco. Grazie ai Merkle trees, queste sono hashate ordinatamente ed efficientemente a strati, mantenendo tutto il blocco organizzato e facile da processare.
Integrità dei dati
Se anche una sola transazione cambia, cambia l’hash root e cambia tutto il Merkle tree. Questo rende immediatamente evidente frodi o manomissioni. La struttura assicura che tutto possa essere controllato correttamente.
Facile uso con light nodes
I client leggeri non devono memorizzare tutta la blockchain. Possono comunque verificare le transazioni usando le prove Merkle senza scaricare tutti i dati.

In breve: i Merkle trees rendono le blockchain più veloci, leggere e sicure. Davvero intelligenti.

A cosa serve un Merkle tree?

I Merkle trees sono usati in sistemi dove vuoi controllare in modo efficiente e sicuro se i dati sono corretti. Nelle blockchain, un Merkle tree è usato per riassumere tutte le transazioni in un blocco in un solo hash: il Merkle root. Questo Merkle root finisce nell’intestazione del blocco ed è usato quando si crea l’hash unico del blocco.

Con questa struttura, puoi facilmente dimostrare dopo se una specifica transazione è in un blocco o no, senza scaricare tutto il blocco. Questo rende i Merkle trees ideali per cose come light clients, firme digitali e strutture dati dove affidabilità e verifica sono importanti.

Quanto può diventare grande un Merkle-tree?

La dimensione di un Merkle tree dipende da quanti dati sono hashati per essere inclusi e da come la blockchain è programmata. Tuttavia, il Merkle tree di un blocco non occupa molto spazio su una blockchain. Per esempio, il blocco 854,473 di Bitcoin aveva circa 2.530 transazioni e l’hash di ogni transazione è di 64 byte. Il Merkle tree di quel blocco occupava 161,92 Kb dei 1,54 Mb totali del blocco.

Perché Bitcoin usa i Merkle trees?

Bitcoin usa i Merkle trees perché forniscono un modo efficiente per verificare le transazioni e aiutano a creare la catena di informazioni che collega i blocchi insieme.

In conclusione

Un Merkle-tree è una struttura dati dove i dati hashati sono usati per creare un altro hash che rappresenta i dati in un file. Questa struttura rende facile per i computer confrontare informazioni perché ci vogliono solo pochi millisecondi per generare hash basati sui dati e verificare se i risultati sono identici.

I Merkle trees sono anche uno dei meccanismi che collegano i blocchi insieme in una blockchain. Se i dati vengono cambiati, l’hash risultante sarà diverso, causando il rifiuto del blocco proposto dal meccanismo di consenso della blockchain.