Qu'est-ce qu'un arbre Merkle dans Blockchain et comment ça marche ?

Principales sorties:

• La Arbre de Merkle est un type d'arbre de hachage binaire qui comporte 3 types de nœuds : les nœuds feuilles, les nœuds non feuilles et les nœuds racines.
• Un arbre Merkle est utile pour la vérification et le maintien de l'intégrité des transactions dans tout grand livre décentralisé.
• L'arbre Merkle est vu dans Bitcoin ainsi que dans Ethereum.

Introduction

Crypto-monnaies ne sont plus un sujet inconnu, et non plus blockchain, la technologie derrière leur origine. Pour tout passionné de crypto, comprendre les structures de la blockchain et leur fonctionnement est la première étape pour réaliser la véritable nature des cryptos.

Bien que comprendre les différentes structures de la blockchain, c'est là que les arbres de Merkle entrent en jeu. Développé en tant que concept en 1980 par Ralph Merkle de l'Université de Stanford, le Arbre de Merkle est couramment utilisé dans les réseaux peer-to-peer (P2P) pour faire face aux besoins en puissance de calcul et en espace mémoire. Il ne serait pas exagéré de dire que les arbres Merkle ont fait de la technologie blockchain un énorme succès. Plongeons-nous donc dans la signification de l'arbre de Merkle et comment cela fonctionne.

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Un aperçu de l'arbre de Merkle

En termes simples, un arbre Merkle représente la manière dont les données sont structurées à dessein. Il permet une vérification rapide et efficace d'une grande quantité d'informations sur une blockchain. Comme mentionné précédemment, Ralph Merkle l'a créé sans le savoir en tant que concept dans un article intitulé "Une signature numérique certifiée". Mais personne ne s'attendait à ce qu'il devienne un élément majeur d'un grand livre décentralisé à l'avenir.

L'arbre de Merkle a amélioré le monde de la cryptographie depuis sa création. Mais il est devenu vital pour les crypto-monnaies après que le mystérieux créateur de Bitcoin l'ait utilisé dans le code fondamental de BTC. Après cela, Ethereum et d'autres crypto-monnaies ont également adopté les arbres de Merkle.

Dans le cas du réseau Bitcoin, les arbres Merkle sont un composant efficace qui utilise des hachages au lieu du fichier d'informations de grande taille pour la vérification des données. Un arbre de Merkle utilise une terminologie descriptive unique pour décrire les relations entre les nœuds et leurs niveaux.

Chaque bloc de la blockchain contient un certain nombre de transactions. Stocker toutes ces transactions et trouver quelles transactions particulières appartiennent à quel bloc peuvent être des tâches frustrantes et coûteuses. De plus, cela peut avoir un impact négatif sur l'efficacité d'une blockchain. Cependant, avec les arbres Merkle, toutes les transactions sont efficacement organisées, ce qui entraîne l'utilisation de moins de données pour la vérification et un traitement CPU réduit.

Comprendre le fonctionnement d'un arbre Merkle dans une blockchain

Voici un exemple simple pour clarifier ce concept : 

Imaginez un bloc de données comme celui illustré ci-dessus qui comporte 4 transactions : L1, L2, L3 et L4. Pour stocker ces transactions, nous pouvons implémenter le concept d'arbre de Merkle en calculant le hachage de chaque transaction. Après calcul, nous recevons Hash L1, Hash L2, Hash L3 et Hash L4.

Ces hachages de chaque transaction sont stockés dans un nœud, généralement appelé nœud feuille, de l'arbre de Merkle. Mais notre travail continue, car nous devons former des nœuds non-feuilles en associant des nœuds feuilles. Après calcul, nous obtenons Hash 0 et Hash 1, qui sont appelés les nœuds parents ou nœuds non feuilles des hachages de L1, L2, L3 et L4.

Enfin, le hachage de Hash 1 et Hash 2 est calculé en les associant, et nous atteignons le nœud racine, qui est la racine de Merkle. Grâce à cet exemple, nous comprenons que les arbres de Merkle fonctionnent en hachant les nœuds enfants à plusieurs reprises jusqu'à ce qu'un hachage singulier reste dans la structure.

De cette façon, l'arbre Merkle vous indique exactement si une transaction a influencé l'arbre en vérifiant uniquement la racine de l'arbre. La racine de Merkle est stockée dans l'en-tête de bloc, ce qui la rend inviolable et améliore la confiance et l'intégrité au sein d'un grand livre décentralisé. Il est important de noter que les arbres de Merkle utilisent une fonction de hachage à sens unique et continueraient jusqu'à ce que ce hachage sépare la preuve des données des données.

La nécessité des arbres de Merkle pour la blockchain

Maintenant que nous avons discuté de ce qu'est un arbre Merkle et de son fonctionnement, il ne reste plus qu'à comprendre pourquoi il est important pour la blockchain. Les nombreux avantages d'un arbre Merkle en font une nécessité pour la technologie blockchain et même les plateformes cryptographiques. Certains de ces avantages sont :

Lorsqu'il s'agit de transférer, de calculer et de traverser des données, les retards ne sont pas autorisés. C'est pourquoi de nombreuses chaînes de blocs utilisent un arbre Merkle pour garder le réseau exempt de tout type de retard lors du transfert de données. En réduisant la quantité de mémoire nécessaire pour prouver l'intégrité et la validité des données, les arbres Merkle deviennent une partie essentielle de la blockchain.

Dans la blockchain Bitcoin, qui est un P2P distribué, il peut y avoir des incohérences ou même des falsifications de données car les mêmes données existent sur chaque ordinateur connecté au réseau P2P. Dans ce cas, l'arbre Merkle permet aux mineurs d'identifier facilement toute sorte d'incohérence ou de falsification des transactions.

Sans l'utilisation de ce concept, toutes les données devront être transférées sur tout le réseau, ce qui entraînera un ralentissement du réseau, une efficacité réduite et des dépenses inutiles. Un tel scénario peut être évité à l'aide des arbres de Merkle, qui permettent une vérification rapide des données avec une puissance de calcul et une bande passante pratiques.

Réflexions finales

Les arbres de Merkle sonnent comme un concept compliqué, mais ils sont un élément crucial de la technologie blockchain et des crypto-monnaies. Sans l'existence de ce concept, il n'y aurait pas de système sans confiance utilisé dans Bitcoin, Ethereum et l'exploitation minière.

FAQ:

Q1. Les arbres Merkle ont été conçus pour réaliser quoi ?
L'arbre de Merkle a été conçu comme un processus de vérification des données pour permettre aux ordinateurs de fonctionner plus rapidement.
Q2. Quel est le lien entre l'arbre Merkle et Ethereum ?
L'arbre de Merkle est un type de structure de blockchain qui est derrière non seulement Ethereum mais aussi Bitcoin et le processus d'extraction de crypto. Cependant, Ethereum utilise une version modifiée de l'arbre Merkle, communément appelé arbre Merkle Patricia.
Q3. Comment implémenter l'arbre de Merkle
Pour implémenter des arbres Merkle, il faut commencer par des arbres binaires, dans lesquels chaque nœud non-feuille est le hachage de deux nœuds enfants. Ces feuilles peuvent contenir soit les données, soit les hachage des données.
Q4. Quels sont les avantages de l'arbre Merkle ?
Étant une structure légère qui augmente l'évolutivité au sein de la blockchain, l'arbre Merkle peut se débarrasser des données inutiles et ainsi améliorer l'efficacité. Les mineurs et les utilisateurs peuvent bénéficier de l'arbre Merkle, car il vérifie les parties individuelles des blocs, vérifie les transactions à l'aide de hachages et calcule également les hachages lorsqu'ils reçoivent des transactions.