La blockchain et les crypto-monnaies constituent un paysage vaste et complexe. De nombreux rouages entrent dans cette machine, y compris quelque chose connu sous le nom d'arbre de Merkle. Les arbres de Merkle jouent un rôle clé dans la fonctionnalité de la blockchain, mais que fait-il exactement? Comment fonctionne un arbre Merkle et pourquoi est-il si important dans la technologie blockchain ?
Comment fonctionne une blockchain?
Avant d'entrer dans la dynamique de l'arbre de Merkle, il est important de comprendre comment fonctionnent les blockchains.
En termes simples, une blockchain est une chaîne virtuelle de blocs, chacun contenant son propre ensemble de données. Chaque bloc utilise la cryptographie, en particulier le hachage, pour sécuriser les données et les garder hors de portée des acteurs malveillants.
Les chaînes de blocs sont les plus couramment utilisées dans l'industrie de la crypto-monnaie, où chaque transaction effectuée avec un actif donné est enregistrée sur sa chaîne de blocs native. De plus, chaque transaction est enregistrée chronologiquement et visible par toute la blockchain (consultable via
des outils comme un explorateur de blockchain).Les transactions sur une blockchain ne peuvent pas être modifiées ou supprimées. Au lieu de cela, en utilisant un processus appelé hachage, les données sont codées par des algorithmes mathématiques. Ces algorithmes peuvent convertir n'importe quelle longueur de caractères en une longueur fixe et codée.
Lors de l'enregistrement des transactions sur une blockchain, les arbres Merkle jouent un rôle crucial. Mais comment fonctionne un arbre Merkle ?
Qu'est-ce qu'un arbre Merkle?
Le nom "arbre Merkle" a deux origines. "Merkle" fait référence à Ralph Merkle, un informaticien et mathématicien américain qui a massivement contribué à la cryptographie à clé publique. Merkle a initialement proposé des arbres de hachage binaires en 1987 dans un article intitulé "Une signature numérique basée sur un Fonction de chiffrement conventionnel." Merkle a également inventé le hachage cryptographique, qui est utilisé dans le Merkle arbre.
La deuxième partie de "l'arbre de Merkle" découle de sa structure. Un arbre de Merkle (ou un arbre de hachage binaire) est une structure de données qui ressemble un peu à un arbre. Les arbres de Merkle contiennent des "branches" et des "feuilles", chaque "feuille" ou "branche" contenant le hachage d'un bloc de données.
En bref, un arbre Merkle rationalise le processus de stockage des hachages transactionnels sur une blockchain. Il regroupe toutes les transactions dans un seul bloc et les encode efficacement pour un stockage plus sûr et plus rapide sous la forme d'un hachage. À l'aide d'un arbre de Merkle, la validité des données peut être rapidement évaluée grâce à un hachage final. Cela simplifie le processus de stockage des données mais maintient également l'intégrité de la sécurité.
Les arbres de Merkle ne nécessitent pas non plus de nombreuses ressources de calcul. En fait, ils réduisent l'espace de stockage requis pour les données en compilant plusieurs hachages de transaction en un seul. L'utilisation des ressources est depuis longtemps un point de discorde dans l'industrie de la cryptographie, car les réseaux de chaînes de blocs peuvent représenter une énorme perte d'espace de stockage et d'énergie. Ainsi, l'utilisation des arbres Merkle aide à atténuer ce problème. Le stockage de données en chaîne peut également être coûteux, donc l'utilisation d'arbres Merkle pour réduire la quantité de données peut aider les plates-formes blockchain à économiser de l'argent.
De plus, le processus de l'arbre de Merkle ne prend pas beaucoup de temps, ce qui est une bonne nouvelle en termes d'efficacité. Après tout, de nombreuses blockchains ont été prévues pour leurs longs délais de transaction (y compris Bitcoin), donc tout processus qui peut aider à résoudre ce problème est un plus.
Les arbres de Merkle sont utilisés dans de nombreux domaines de l'informatique (en particulier la cryptographie et le cryptage) mais sont souvent connus pour leur présence dans les blockchains de crypto-monnaie. Bitcoin, Ethereum, Dogecoin et toutes les autres crypto-monnaies utilisent l'arbre Merkle, c'est donc sans aucun doute un élément important.
Alors, comment ça marche?
Comment fonctionne un arbre Merkle?
Vous trouverez ci-dessous un schéma du fonctionnement d'un arbre de Merkle. Notez qu'en réalité, il y aurait beaucoup plus de transactions et de hachages par arbre, mais cette image simplifie le processus afin que vous puissiez vous faire une idée des étapes impliquées.
En regardant ce diagramme d'arbre de Merkle, les choses semblent un peu complexes. Mais le processus de hachage de l'arbre Merkle est assez simple lorsqu'il est décomposé.
Il y a quelques étapes qui entrent dans le processus de l'arbre de Merkle. Les hachages au bas de l'arbre Merkle sont appelés feuilles, tandis que les hachages au milieu de l'arbre sont appelés branches. Les branches sont aussi parfois appelées nœuds non feuilles. Tout en bas du diagramme, vous avez les blocs de données (ou transactions) à partir desquels le hachage émergera.
Les transactions initiales de chaque nœud sont hachées par paires, avec un hachage restant comme résultat. Ensuite, paire après paire sont hachées à plusieurs reprises en une seule jusqu'à ce qu'un seul hachage émerge, où le processus se termine. S'il se trouve qu'il y a un nombre impair de transactions dans un bloc, une transaction sera dupliquée afin qu'elle puisse être associée à l'originale pour le hachage.
Bien que le hachage final apparaisse en haut du diagramme ci-dessus, il est connu sous le nom de "racine" de l'arbre (le hachage racine). La racine est essentiellement le hachage de culmination de tous les hachages individuels des transactions stockées dans le bloc. Un arbre Merkle est requis par bloc, ce qui signifie que chaque bloc a un champ de données Merkle Root.
Si vous avez déjà examiné en profondeur les blockchains, vous avez peut-être entendu parler de Merkle Root ou Merkle Hash. Dans un bloc existe quelque chose connu sous le nom de hashMerkleRoot. Ces données (le hachage final à la fin de l'arbre) sont conservées dans l'en-tête de bloc d'un bloc donné. UN le bloc blockchain contient également d'autres données, comme un horodatage, le numéro de version de l'actif et le "nonce" (numéro utilisé une seule fois).
Les Blockchains peuvent-elles fonctionner sans Merkle Trees?
Bien que les arbres Merkle ne soient pas absolument nécessaires à l'existence d'une blockchain, ils jouent un rôle incroyablement important dans la sécurisation des données.
Sans les arbres Merkle, les blockchains de crypto-monnaie nécessitent plus de ressources et de temps pour mener à bien les processus clés. Premièrement, chaque nœud du réseau devrait conserver sa propre copie de chaque transaction effectuée sur la blockchain. Sur les plus grandes blockchains, des centaines de milliers de transactions peuvent avoir lieu en l'espace d'un seul jour, donc ajouter un tel volume de données à la copie de chaque nœud consommerait sans aucun doute beaucoup de ressources.
De plus, les arbres Merkle jouent un rôle important dans la vérification des données. Via le hachage racine unique à la fin de l'arborescence, les validateurs et les mineurs peuvent vérifier si le bloc, dans son ensemble, est valide pour être ajouté à la blockchain. Pouvoir authentifier les données sans passer au crible chaque transaction est un plus, ce qui permet d'économiser du temps et de l'espace de stockage.
Les arbres Merkle sont la clé de la fonctionnalité Blockchain
Il est indéniable que les arbres Merkle offrent la sécurité et l'efficacité des blockchains sans prendre beaucoup de place. Ce processus cryptographique astucieux permet aux blockchains de fonctionner de manière transparente sans avoir besoin d'une utilisation excessive des ressources. Les arbres Merkle ne sont pas essentiels mais extrêmement bénéfiques en termes de temps, d'espace de stockage et d'authentification des données.