¿Qué es un Merkle Tree en Crypto y cómo funciona?

Blockchain y las criptomonedas son un panorama vasto y complejo. Muchos engranajes entran en esta máquina, incluido algo conocido como eje Merkle. Los árboles de Merkle juegan un papel clave en la funcionalidad de la cadena de bloques, pero ¿qué hace exactamente? ¿Cómo funciona un árbol Merkle y por qué es tan importante en la tecnología blockchain?

¿Cómo funciona una cadena de bloques?

Antes de entrar en la dinámica del árbol de Merkle, es importante comprender cómo funcionan las cadenas de bloques.

En los términos más simples, una cadena de bloques es una cadena virtual de bloques, cada uno de los cuales contiene su propio conjunto de datos. Cada bloque usa encriptación, especialmente hashing, para proteger sus datos y mantenerlos fuera del alcance de los malhechores.

Las cadenas de bloques se usan más comúnmente en la industria de las criptomonedas, donde cada transacción individual realizada con un activo determinado se registra en su cadena de bloques nativa. Además, cada transacción se registra cronológicamente y es visible para toda la cadena de bloques (visible mediante herramientas como un explorador de cadena de bloques).

Las transacciones en una cadena de bloques no se pueden cambiar ni cancelar. En su lugar, mediante un proceso llamado hashing, los datos se codifican mediante algoritmos matemáticos. Estos algoritmos pueden convertir cualquier longitud de carácter en una longitud fija y codificada.

Al registrar transacciones en una cadena de bloques, los árboles de Merkle juegan un papel crucial. Pero, ¿cómo funciona un árbol de Merkle?

¿Qué es un árbol Merkle?

El nombre “árbol Merkle” tiene dos orígenes. “Merkle” se refiere a Ralph Merkle, un científico informático y matemático estadounidense que fue uno de los principales contribuyentes a la criptografía de clave pública. Merkle propuso por primera vez árboles hash binarios en 1987 en un artículo titulado “Una firma digital basada en una función criptográfica convencional”. Merkle también inventó el hashing criptográfico, que se utiliza en el árbol de Merkle.

La segunda parte del “árbol de Merkle” proviene de su estructura. Un árbol Merkle (o árbol hash binario) es una estructura de datos que se parece a un árbol. Los árboles de Merkle contienen “ramas” y “hojas”, y cada “hoja” o “rama” contiene el hash de un bloque de datos.

En resumen, un árbol de Merkle simplifica el proceso de almacenamiento de hashes transaccionales en una cadena de bloques. Agrupa todas las transacciones en un solo bloque y las codifica de manera eficiente para un almacenamiento más seguro y rápido en forma de hash. Usando un árbol de Merkle, la validez de los datos se puede evaluar rápidamente a través de un hash final. Esto simplifica el proceso de archivado de datos pero también mantiene la integridad de la seguridad.

Además, los árboles de Merkle no requieren muchos recursos computacionales. De hecho, reducen el almacenamiento requerido para los datos al compilar múltiples hashes de transacciones en uno. El uso de recursos ha sido durante mucho tiempo un punto de discusión en la industria de las criptomonedas, ya que las redes de cadenas de bloques pueden ser una gran pérdida de espacio de almacenamiento y energía. Entonces, usar árboles de Merkle ayuda a mitigar este problema. El almacenamiento de datos en la cadena también puede ser costoso, por lo que el uso de árboles de Merkle para reducir la cantidad de datos puede ayudar a las plataformas de cadena de bloques a ahorrar dinero.

Además, el proceso del árbol de Merkle no lleva mucho tiempo, lo cual es una buena noticia en lo que respecta a la eficiencia. Después de todo, muchas cadenas de bloques han sido cableadas para sus largos tiempos de transacción (incluido Bitcoin), por lo que cualquier proceso que pueda ayudar con este problema es una bendición.

Los árboles de Merkle se utilizan en muchas áreas de la informática (especialmente en criptografía y criptografía), pero a menudo son conocidos por su presencia en cadenas de bloques de criptomonedas. Bitcoin, Ethereum, Dogecoin y todas las demás criptomonedas utilizan el árbol Merkle, por lo que sin duda es un elemento importante.

¿Entonces, cómo funciona?

¿Cómo funciona un árbol de Merkle?

A continuación se muestra un diagrama de cómo funciona un árbol de Merkle. Tenga en cuenta que, en realidad, habría muchas más transacciones y hashes por árbol, pero esta imagen simplifica el proceso para que pueda hacerse una idea de los pasos a seguir.

Mirando este diagrama de árbol de Merkle, las cosas parecen un poco complejas. Pero el proceso de hash del árbol de Merkle es bastante simple cuando se descompone.

Hay un par de pasos que intervienen en el proceso del árbol de Merkle. Los hash en la base del árbol Merkle se conocen como hojas, mientras que los hash en el centro del árbol se conocen como ramas. Las ramas también se denominan a veces nodos que no son hojas. En la parte inferior del diagrama, tiene los bloques de datos (o transacciones) de los que surgirá el hash.

Las transacciones iniciales de cada nodo se procesan por pares, y como resultado queda un hash. Luego, par sobre par se convierte repetidamente en uno hasta que surge un solo hash, donde termina el proceso. Si ocurre un número impar de transacciones dentro de un bloque, se duplicará una transacción para que pueda emparejarse con el original para el hash.

Aunque el hash final aparece en la parte superior del diagrama anterior, se conoce como la “raíz” del árbol (el hash raíz). La raíz es esencialmente el hash culminante de todos los hash de transacciones individuales almacenados dentro del bloque. Se requiere un árbol de Merkle por bloque, lo que significa que cada bloque tiene un campo de datos Merkle Root.

Si alguna vez ha profundizado en las cadenas de bloques, es posible que haya oído hablar de Merkle Root o Merkle Hash. Dentro de un bloque hay algo conocido como hashMerkleRoot. Estos datos (el hash final al final del árbol) se guardan en el encabezado del bloque de un bloque determinado. Un bloque de blockchain también contiene otros datos, como una marca de tiempo, el número de versión del activo y el “nonce” (número que se usa solo una vez).

¿Pueden las cadenas de bloques funcionar sin árboles de Merkle?

Si bien los árboles Merkle no son absolutamente necesarios para que exista una cadena de bloques, juegan un papel increíblemente importante en la protección de datos.

Sin árboles de Merkle, las cadenas de bloques de criptomonedas requieren más recursos y tiempo para ejecutar procesos clave. Primero, cada nodo dentro de la red debe mantener su propia copia de cada transacción realizada en la cadena de bloques. En cadenas de bloques más grandes, pueden ocurrir cientos de miles de transacciones en un solo día, por lo que agregar tanto volumen de datos a la copia de cada nodo sin duda consumiría una gran cantidad de recursos.

Además, los árboles de Merkle juegan un papel importante en la verificación de datos. A través del hash de raíz único al final del árbol, los validadores y los mineros pueden verificar si el bloque, en su conjunto, es válido para agregarse a la cadena de bloques. Ser capaz de autenticar datos sin filtrar cada transacción es una ventaja, ya que ahorra tiempo y espacio de almacenamiento.

Los árboles de Merkle son fundamentales en la funcionalidad de Blockchain

No se puede negar que los árboles de Merkle ofrecen seguridad y eficiencia de blockchain sin ocupar mucho espacio. Este ingenioso proceso criptográfico permite que las cadenas de bloques funcionen sin problemas sin necesidad de un uso excesivo de recursos. Los árboles de Merkle no son esenciales, pero son extremadamente útiles cuando se trata de tiempo, espacio de almacenamiento y autenticación de datos.