Merkle Tree explicado

O que é um Merkle-tree?

Um Merkle-tree é uma estrutura de criptografia de dados usada em aplicações de gerenciamento de dados onde os dados são processados de várias formas por meio de um algoritmo de hash para criar um hash que representa todos os dados em um arquivo.

A blockchain do Bitcoin e outras blockchains usam Merkle trees para codificar os dados da blockchain de forma mais eficiente e segura, hashando as transações individuais e os hashes resultantes até chegar a um hash chamado Merkle root. O Merkle root é usado para criar o hash do bloco, o código de identificação único de um bloco. Merkle trees também são chamados de “árvores de hash binárias”.

Pontos principais

• Merkle trees são uma forma estruturada de codificar dados para facilitar a verificação e melhorar a segurança.
• Blockchains usam Merkle trees para gerar hashes que são usados para verificar transações e proteger os blocos.
• Representações visuais de Merkle trees parecem árvores invertidas com a raiz no topo.
• A técnica de hashing repetido usada nos Merkle trees das blockchains é um dos mecanismos que contribuem para a imutabilidade delas.

Exemplo de Merkle tree

Um Merkle-tree (ou árvore de Merkle) parece complicado, mas na verdade é só uma forma inteligente de resumir grandes quantidades de dados (como transações) em um código único (hash).

Imagina que você tem uma lista de compras com 1000 itens. Em vez de enviar toda a lista para alguém, você faz um resumo curto e único. E se até uma letra nessa lista mudar, o resumo muda totalmente. Isso é o que um hash faz.

Um Merkle-tree não faz isso com uma única lista, mas com milhares de pedaços de informação. Primeiro, cada pedaço é hashado separadamente (criptografado em um código), depois dois hashes são combinados e re-hashados, e isso continua até sobrar apenas um hash: o Merkle root.

Na blockchain do Bitcoin funciona assim:

• Cada transação é hashada.
• Esses hashes são re-hashados até formar um Merkle root.
• Esse Merkle root, junto com outras informações, forma o hash de todo o bloco, tipo a “impressão digital” do bloco.

Assim você tem certeza que o conteúdo do bloco está correto. Se alguém alterar uma única transação, a árvore toda fica inválida e o bloco é rejeitado.

Resumindo:

Um Merkle-tree é um tipo de árvore digital que ajuda a checar se todos os dados em um bloco estão corretos – rápido, seguro e sem precisar olhar tudo.

Entendendo o Merkle-tree

Merkle trees foram nomeados após o cientista da computação Ralph Merkle, que introduziu o conceito em 1979. Em um Merkle tree, a informação é codificada usando uma função de hash criptográfica. Essa função transforma dados em uma sequência de números e letras de comprimento fixo, chamada hash.

Uma característica importante de uma função de hash é que a mesma entrada sempre gera o mesmo hash, enquanto é praticamente impossível recuperar os dados originais a partir do hash. Isso permite comparar arquivos sem precisar ver todo o conteúdo.

Em um Merkle tree, os pedaços individuais de dados (como transações) são primeiro hashados separadamente. Depois, esses hashes são combinados em pares e re-hashados. Esse processo se repete até sobrar apenas um hash: o Merkle root. Essa raiz representa todos os dados subjacentes em um único valor hash.

Se alguém quiser verificar a validade de uma transação específica, não precisa ver o bloco inteiro. Com alguns hashes intermediários e o Merkle root, pode-se rapidamente confirmar se a transação realmente faz parte do bloco. Isso permite verificação rápida e eficiente, sem baixar ou processar o dataset completo.

Merkle trees são uma parte essencial de muitas blockchains, como Bitcoin, porque contribuem para a integridade, segurança e eficiência do sistema.

Como um Merkle-tree é usado numa blockchain

Merkle trees não são obrigatórios em blockchains, mas muitas blockchains usam essa estrutura. Além disso, elas podem aplicar várias técnicas dentro dessas árvores. Bitcoin é o mais conhecido, então é usado aqui como exemplo.

O software do Bitcoin não passa todo o bloco de dados de transação pela função de hash de uma vez. Cada transação é hashada, depois dois hashes são combinados e re-hashados, e assim por diante, até sobrar um hash para o bloco todo. Se houver um número ímpar de transações, uma transação é duplicada e o hash dela é ligado a si mesmo. Quando esse processo estruturado é visualizado, parece uma árvore invertida.

Vantagens do Merkle-tree

Merkle trees são super úteis para blockchains como Bitcoin, e isso tem alguns bons motivos:

• Verificação rápida de transações
  Você não precisa baixar o bloco inteiro ou a blockchain toda para checar se uma transação está correta. Com alguns hashes intermediários e o Merkle root, dá pra verificar rapidinho se a transação é real. Isso economiza muito tempo e espaço de armazenamento.
• Gerenciamento eficiente de grandes quantidades de dados
  Blockchains têm milhares de transações por bloco. Graças aos Merkle trees, essas transações são hashadas em camadas, deixando o bloco organizado e fácil de processar.
• Integridade dos dados
  Se alguma transação mudar, o hash raiz muda também, e portanto toda a Merkle tree. Isso faz qualquer fraude ou manipulação ser detectada imediatamente. A estrutura garante que tudo seja bem conferido.
• Facilidade para trabalhar com light nodes
  Clientes leves não precisam armazenar toda a blockchain. Eles podem verificar transações com provas Merkle sem baixar todos os dados.

Resumindo: Merkle trees deixam as blockchains mais rápidas, leves e seguras. Bem esperto.

Para que serve um Merkle tree?

Merkle trees são usados em sistemas onde você quer verificar de forma eficiente e segura se os dados estão corretos. Em blockchains, um Merkle tree serve para resumir todas as transações de um bloco em um único hash: o Merkle root. Esse Merkle root fica no cabeçalho do bloco e é usado para criar o hash único do bloco.

Com essa estrutura, você pode provar facilmente depois se uma transação específica está ou não em um bloco, sem precisar baixar o bloco inteiro. Isso torna os Merkle trees ideais para clientes leves, assinaturas digitais e estruturas de dados onde confiabilidade e verificação são importantes.

Qual o tamanho que um Merkle-tree pode ter?

O tamanho de um Merkle tree depende da quantidade de dados que será hashada para inclusão e de como a blockchain é programada. Porém, o Merkle tree de um bloco não ocupa muito espaço na blockchain. Por exemplo, o bloco Bitcoin 854.473 tinha cerca de 2.530 transações, e o hash de cada transação tem 64 bytes. O Merkle tree do bloco ocupava então 161,92 Kb dos 1,54 Mb totais do bloco.

Por que o Bitcoin usa Merkle trees?

Bitcoin usa Merkle trees porque é uma forma eficiente de verificar transações e ajuda a criar a cadeia de informaç

Considerações finais

Um Merkle-tree é uma estrutura de dados onde dados hashados são usados para criar outro hash que representa os dados em um arquivo. Essa estrutura facilita para os computadores comparar informações, porque leva apenas alguns milissegundos para gerar hashes com base nas informações e verificar se os resultados são idênticos.

Merkle trees também são um dos mecanismos que permitem conectar blocos numa blockchain. Se os dados mudam, o hash resultante será diferente, fazendo com que o bloco proposto seja rejeitado pelo mecanismo de consenso da blockchain.