Blockchain e criptomoedas são um cenário vasto e complexo. Muitas engrenagens entram nesta máquina, incluindo algo conhecido como árvore Merkle. As árvores Merkle desempenham um papel fundamental na funcionalidade do blockchain, mas o que exatamente ele faz? Como funciona uma árvore Merkle e por que ela é tão importante na tecnologia blockchain?
Como funciona uma blockchain?
Antes de entrar na dinâmica da árvore Merkle, é importante entender como funciona o blockchain.
Nos termos mais simples, um blockchain é uma cadeia virtual de blocos, cada um contendo seu próprio conjunto de dados. Cada bloco usa criptografia, especificamente hash, para proteger os dados e mantê-los fora do alcance de agentes mal-intencionados.
Blockchains são mais comumente usados na indústria de criptomoedas, onde toda e qualquer transação realizada com um determinado ativo é registrada em seu blockchain nativo. Além disso, cada transação é registrada cronologicamente e visível para todo o blockchain (visível usando ferramentas como um explorador de blockchain).
As transações em um blockchain não podem ser alteradas ou excluídas. Em vez disso, usando um processo chamado hashing, os dados são codificados por meio de algoritmos matemáticos. Esses algoritmos podem converter qualquer comprimento de caracteres em um comprimento fixo e codificado.
Ao registrar transações em um blockchain, as árvores Merkle desempenham um papel crucial. Mas como funciona uma árvore Merkle?
O que é uma árvore Merkle?
O nome "árvore Merkle" tem duas origens. "Merkle" refere-se a Ralph Merkle, um cientista da computação e matemático americano que contribuiu massivamente para a criptografia de chave pública. Merkle inicialmente propôs árvores de hash binárias em 1987 em um artigo intitulado "A Digital Signature Based on a Função de criptografia convencional." Merkle também inventou hashing criptográfico, que é usado no Merkle árvore.
A segunda parte da "árvore Merkle" decorre de sua estrutura. Uma árvore Merkle (ou uma árvore hash binária) é uma estrutura de dados que se parece um pouco com uma árvore. As árvores Merkle contêm "ramos" e "folhas", com cada "folha" ou "ramo" contendo o hash de um bloco de dados.
Resumindo, uma árvore Merkle agiliza o processo de armazenamento de hashes transacionais em um blockchain. Ele agrupa todas as transações em um único bloco e as codifica com eficiência para um armazenamento mais seguro e rápido na forma de um hash. Usando uma árvore Merkle, a validade dos dados pode ser avaliada rapidamente por meio de um hash final. Isso simplifica o processo de armazenamento de dados, mas também mantém a integridade da segurança.
As árvores Merkle também não requerem muitos recursos computacionais. Na verdade, eles reduzem o espaço de armazenamento necessário para os dados compilando vários hashes de transação em apenas um. O uso de recursos há muito tempo é um ponto de discórdia na indústria criptográfica, já que as redes blockchain podem ser um grande dreno de espaço de armazenamento e energia. Portanto, o uso de árvores Merkle ajuda a mitigar esse problema. O armazenamento de dados na cadeia também pode ser caro, portanto, usar as árvores Merkle para reduzir a quantidade de dados pode ajudar as plataformas blockchain a economizar dinheiro.
Além do mais, o processo da árvore Merkle não leva muito tempo, o que é uma boa notícia em relação à eficiência. Afinal, muitos blockchains foram programados para seus longos tempos de transação (incluindo bitcoin), portanto, qualquer processo que possa ajudar com esse problema é uma vantagem.
As árvores Merkle são usadas em muitas áreas da computação (particularmente criptografia e criptografia), mas são frequentemente conhecidas por sua presença em blockchains de criptomoedas. Bitcoin, Ethereum, Dogecoin e todas as outras criptomoedas usam a árvore Merkle, por isso é sem dúvida um elemento importante.
Então, como isso funciona?
Como funciona uma árvore Merkle?
Abaixo está um diagrama de como uma árvore Merkle funciona. Observe que, na realidade, haveria muito mais transações e hashes por árvore, mas esta imagem simplifica o processo para que você possa ter uma ideia das etapas envolvidas.
Olhando para este diagrama de árvore Merkle, as coisas parecem um pouco complexas. Mas o processo de hash da árvore Merkle é bastante direto quando dividido.
Existem algumas etapas no processo da árvore Merkle. Os hashes na parte inferior da árvore Merkle são conhecidos como folhas, enquanto os hashes no meio da árvore são conhecidos como galhos. Às vezes, os ramos também são chamados de nós não-folha. Bem na parte inferior do diagrama, você tem os blocos de dados (ou transações) dos quais o hash surgirá.
As transações iniciais de cada nó são hash em pares, com um hash restante como resultado. Em seguida, par após par é repetidamente hash em um até que um único hash surja, onde o processo termina. Se houver um número ímpar de transações em um bloco, uma transação será duplicada para que possa ser emparelhada com a original para hash.
Embora o hash final apareça no topo do diagrama acima, ele é conhecido como a "raiz" da árvore (o hash raiz). A raiz é essencialmente o hash de culminação de todos os hashes individuais de transações armazenadas no bloco. Uma árvore Merkle é necessária por bloco, o que significa que cada bloco tem um campo de dados Merkle Root.
Se você já examinou profundamente os blockchains, pode ter ouvido falar do Merkle Root ou Merkle Hash. Dentro de um bloco existe algo conhecido como hashMerkleRoot. Esses dados (o hash final no final da árvore) são mantidos no cabeçalho de um determinado bloco. A bloco blockchain também contém outros dados, como carimbo de data/hora, número da versão do recurso e o "nonce" (número usado apenas uma vez).
Blockchains podem funcionar sem árvores Merkle?
Embora as árvores Merkle não sejam absolutamente necessárias para a existência de um blockchain, elas desempenham um papel incrivelmente importante na proteção de dados.
Sem as árvores Merkle, os blockchains de criptomoeda exigem mais recursos e tempo para realizar processos-chave. Em primeiro lugar, cada nó dentro da rede teria que manter sua própria cópia de cada transação realizada no blockchain. Em blockchains maiores, centenas de milhares de transações podem ocorrer no espaço de apenas um dia, portanto, adicionar tal volume de dados à cópia de cada nó sem dúvida consumiria muito recursos.
Além do mais, as árvores Merkle desempenham um papel importante na verificação de dados. Por meio do hash de raiz única no final da árvore, validadores e mineradores podem verificar se o bloco, como um todo, é válido para ser adicionado ao blockchain. Ser capaz de autenticar dados sem examinar cada transação é uma vantagem, economizando tempo e espaço de armazenamento.
Merkle Trees são fundamentais na funcionalidade Blockchain
Não há como negar que as árvores Merkle oferecem segurança e eficiência aos blockchains sem ocupar muito espaço. Esse processo criptográfico bacana permite que os blockchains operem perfeitamente sem a necessidade de uso excessivo de recursos. As árvores Merkle não são essenciais, mas extremamente benéficas quando se trata de tempo, espaço de armazenamento e autenticação de dados.
