Merkle Tree (Hash Tree) y cómo se relaciona con las criptomonedas.
El mundo de las criptomonedas se ha construido gracias a innumerables tecnologías, ideologías o industrias. La combinación de criptografía, informática, política monetaria o incluso psicología y filosofía podría encontrarse en algún contexto u otro en el núcleo mismo de Bitcoin y otras criptomonedas.
Cuando se trata de tecnologías, ideologías o técnicas utilizadas en las criptomonedas y en su tecnología de cadena de bloques inherente, Merkle Tree está desempeñando una de las funciones principales desde el inicio de las criptomonedas. ¿Qué es, cómo se conecta con las criptomonedas y para qué se usa? Esas son algunas de las preguntas que responderán los siguientes párrafos.
¿Qué es un árbol Merkle?
Merkle Tree es un tipo de estructura que a menudo se usa para verificar rápidamente la integridad de los datos, principalmente en un conjunto de datos. También se conoce como árbol hash, que tiene, en la mayoría de los casos, implementaciones binarias, y cada nodo suele tener dos “nodos secundarios”. En el mundo de las criptomonedas, esta estructura se utiliza para cifrar los datos de la cadena de bloques de manera más eficiente y segura, pero lo exploraremos con más detalle más adelante.
Merkle Tree es una forma de verificación de contenido rápida y segura en grandes conjuntos de datos. También ayuda a verificar la consistencia y el contenido de los datos. Merkle Tree es una estructura de datos matemáticos formada por hashes de varios bloques. Estos hashes resumen todas las transacciones en el bloque dado gracias a los cuales Merkle Trees se usa a menudo en cripto.
Merkle Tree tiene tres tipos de nodos que se pueden encontrar dentro de él. Estos son los siguientes:
- Nodo raíz: se almacena directamente en la cabecera y también se conoce como raíz de Merkle.
- Nodo hoja: consta de valores hash para datos de transacciones. Cada transacción en el bloque tiene sus datos cifrados, lo que lleva a la creación de una ID de transacción, que luego se almacena en nodos hoja.
- Nodo no hoja: por último, Merkle Tree también tiene un nodo no hoja, que contiene valores hash de “sus hijos”. Conocidos como nodos intermedios, son esencialmente valores hash utilizados hasta que el proceso llega a la raíz del árbol.
La esencia de Merkle Tree es tal que permite verificar las transacciones sin utilizar muchos datos. Esto luego ayuda a reducir el procesamiento de CPI, mientras mantiene una seguridad mejorada, los cuales son necesarios.
Merkle Tree tiene todas las transacciones agrupadas en pares, de modo que cada par tiene un hash calculado que se almacena directamente en el nodo principal sobre el par dado. Esto se aplica a los nodos por encima de ellos y por encima de ellos y así sucesivamente, hasta llegar a la raíz de Merkle.
Veamos un ejemplo fácil. En el gráfico a continuación, tenemos 4 transacciones diferentes, etiquetadas como A, B, C, D. Cada transacción se procesa primero, dejándola en forma de Hash A, Hash B, etc. Se crean cuatro hashes y se emparejan con un nodo hoja. , lo que lleva a la creación de nodos que no son hojas. En este caso, estos son hash AB y hash CD, que son los resultados de los hijos hash A y hash B, para el hash AB y hash C y hash D, para el hash CD.
Estos dos nuevos valores hash, que son valores hash principales de las cuatro transacciones originales, se procesan nuevamente. Esto los lleva a alcanzar un hash ABCD y una raíz del Merkle Tree. La raíz de Merkle es entonces responsable de un resumen de los datos que contenían las transacciones iniciales. Esta información se almacena en un encabezado de bloque.
Beneficios del árbol Merkle
Merkle Tree como estructura proporciona varios beneficios que luego se explotan también en la tecnología de criptomonedas y blockchain . Antes de ver cómo se utilizan estos beneficios, primero veamos cuáles son.
- Sin demoras: cuando se utilizan árboles de Merkle, la transferencia de datos a través de la red se puede realizar sin demoras. Sin el uso de Merkle Tree, esto no es posible ya que todos los datos deben transferirse por toda la red para su verificación, lo que provoca demoras.
- Proceso de verificación eficiente: se necesita utilizar muy poca memoria durante el proceso de verificación gracias a cómo se estructuran los datos. Esto significa que la validez y la integridad de la transacción se pueden verificar en muy poco tiempo. Además, gracias a esto, solo se necesita enviar una pequeña cantidad de datos en comparación con el tamaño del conjunto de datos.
- Poco espacio en disco: junto con el beneficio mencionado anteriormente, también está el tamaño del espacio en disco que ocupa Merkle Tree, que es considerablemente pequeño en comparación con otras estructuras de datos. Esto conduce a la verificación de transacciones con ancho de banda viable y poder computacional.
- Detección de manipulación: cada transacción se almacena dentro del Merkle Tree. Esto significa que cualquier intento de cambiar una transacción conduce a llegar a la raíz de Merkle y contiene la información en el encabezado del bloque. Por lo tanto, es fácil comparar los datos actuales con la versión manipulada y detectar rápidamente cualquier intento de fraude.
Merkle Trees y criptomonedas
Si bien no muchas personas sin conocimientos técnicos están prestando atención a Merkle Trees en la comunidad de criptomonedas, los cypherpunks o los partidarios técnicamente avanzados de las criptomonedas conocen el valor de Merkle Trees en esta esfera. Merkle Trees son esenciales para la tecnología blockchain, ya que facilitan una verificación rápida y sencilla. De hecho, este tipo de verificación no sería posible con ninguna otra técnica o estructura.
Merkle Tree otorga el poder sobre grandes conjuntos de datos a los desarrolladores, quienes pueden comprimirlos de manera efectiva al deshacerse de todos los datos innecesarios, solo para luego convertirlos en hashes. En el mundo de las criptomonedas, los beneficios de esto se pueden manifestar, por ejemplo, a través de la eficiencia del combustible, la escalabilidad efectiva, la autenticación básica de pagos, la verificación de transacciones o la estructura liviana.
Merkle Trees en criptografía: Bitcoin y Ethereum
Con una breve mirada a lo que son los Merkle Trees o cómo se usan en el espacio de las criptomonedas, profundicemos ahora en ejemplos más concretos de sus casos de uso.
Bitcoin
Muchos de ustedes probablemente lo hayan adivinado, pero Bitcoin usa Merkle Trees en muchos casos. El más obvio es su uso en el encabezado del bloque de Bitcoin, ya que en él se coloca el hash de cada transacción que está disponible dentro del bloque.
Sin embargo, eso no es todo. La estructura Merkle Tree también se utiliza en minería o verificación. Para los mineros, la raíz de Merkle es crucial para mejorar la eficiencia de todos los procesos. Gracias a esta estructura y sus características inherentes, una vez que el minero verifica el encabezado de los bloques, una vez que se han convertido en Merkle Tree. Por lo tanto, verificar la raíz de Merkle significa un enfoque mucho más efectivo que verificar todo el bloque.
Esta estructura también se usa en la verificación, más específicamente en los casos en que un nodo se opera desde un dispositivo relativamente débil. Si el dispositivo tiene recursos limitados, en lugar de descargar cada hash y bloque, utilizará la prueba de Merkle, que contiene la confirmación de que una transacción está presente en un bloque. Esto luego reduce la cantidad de hashes y permite que la verificación ocurra sin necesitar tantos recursos de energía.
Ethereum
La segunda criptomoneda más grande, Ethereum, se basa en Merkle Patricia Tree, una versión modificada de Merkle Tree. Esto significa que cada bloque en esta cadena de bloques no consta de uno, sino de tres Merkle Trees, y cada una de las raíces tiene su propio propósito.
El primero es la raíz de cada transacción. El segundo muestra el estado de la transacción. Y la última raíz es el recibo de toda la transacción. Cualquiera puede mirar la raíz de Merkle y ver si la transacción se encuentra en un bloque específico, si ya fue aprobada y enviada y cuál era el saldo de la transacción, gracias a Merkle Trees.
Conclusión
La estructura Merkle Tree se ha vuelto cada vez más importante en el movimiento criptográfico una vez que se inventaron las criptomonedas. Con el primero, Bitcoin, utilizando Merkle Trees en muchos aspectos, este tipo de estructura se extendió también a otras criptomonedas gracias a los beneficios que brinda a los proyectos subyacentes.
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