Blockchain y las criptomonedas son un panorama vasto y complejo. Muchos engranajes entran en esta máquina, incluido algo conocido como árbol de 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 digital de bloques, cada uno de los cuales contiene su propio conjunto de datos. Cada bloque utiliza criptografía, específicamente hashing, para proteger los datos y mantenerlos fuera del alcance de los malintencionados.
Las cadenas de bloques se utilizan más comúnmente en la industria de las criptomonedas, donde todas y cada una de las transacciones realizadas con un activo determinado se registran en su cadena de bloques nativa. Además, cada transacción se registra cronológicamente y es visible para toda la cadena de bloques (seen mediante herramientas como un explorador de cadenas de bloques).
Las transacciones en una cadena de bloques no se pueden modificar ni eliminar. En su lugar, utilizando un proceso llamado hashing, los datos se codifican a través de algoritmos matemáticos. Estos algoritmos pueden convertir cualquier longitud de caracteres en una longitud fija y codificada.
Al registrar transacciones en una cadena de bloques, los árboles de Merkle juegan un papel critical. 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 informático y matemático estadounidense que contribuyó enormemente a la criptografía de clave pública. Merkle inicialmente propuso árboles hash binarios en 1987 en un artículo titulado «Una firma electronic basada en una función de cifrado convencional». Merkle también inventó el hashing criptográfico, que se utiliza en el árbol de Merkle.
La segunda parte del «árbol Merkle» se deriva de su estructura. Un árbol Merkle (o un árbol hash binario) es una estructura de datos que se parece un poco 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 agiliza 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 un hash. Usando un árbol de Merkle, la validez de los datos se puede evaluar rápidamente a través de un hash last. Esto simplifica el proceso de almacenamiento de datos pero también mantiene la integridad de la seguridad.
Los árboles Merkle tampoco requieren muchos recursos computacionales. De hecho, reducen el espacio de almacenamiento requerido para los datos al compilar múltiples hashes de transacciones en uno solo. El uso de recursos ha sido durante mucho tiempo un punto de discusión en la industria de la criptografía, ya que las redes de cadena de bloques pueden ser una gran pérdida de espacio de almacenamiento y energía. Por lo tanto, el uso de árboles de Merkle ayuda a mitigar este problema. El almacenamiento de datos en 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 cuanto a la eficiencia. Después de todo, muchas cadenas de bloques han sido programadas para sus largos tiempos de transacción (incluido Bitcoin), por lo que cualquier proceso que pueda ayudar con este problema es una ventaja.
Los árboles de Merkle se utilizan en muchas áreas de la informática (particularmente en criptografía y encriptación), pero a menudo son conocidos por su presencia en cadenas de bloques de criptomonedas. Bitcoin, Ethereum, Dogecoin y todas las demás criptomonedas usan el árbol Merkle, por lo que sin duda es un elemento importante.
¿Entonces, cómo funciona?
¿Cómo funciona un árbol 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 concept de los pasos necesarios.
Mirando este diagrama de árbol de Merkle, las cosas parecen un poco complejas. Pero el proceso de hash del árbol de Merkle es bastante sencillo cuando se desglosa.
Hay un par de pasos que intervienen en el proceso del árbol de Merkle. Los hash en la parte inferior del árbol de Merkle se conocen como hojas, mientras que los hash en el medio 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, quedando un hash como resultado. Luego, par sobre par se procesan repetidamente en uno hasta que surge un solo hash, donde termina el proceso. Si resulta que hay un número impar de transacciones dentro de un bloque, se duplicará una transacción para que pueda emparejarse con la original para el hash.
Aunque el hash final aparece en la parte outstanding del diagrama anterior, se conoce como la «raíz» del árbol (el hash raíz). La raíz es esencialmente el hash de culminación de todos los hash individuales de transacciones almacenadas 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 investigado en profundidad las cadenas de bloques, es posible que haya oído hablar de Merkle Root o Merkle Hash. Dentro de un bloque existe algo conocido como hashMerkleRoot. Estos datos (el hash ultimate al final del árbol) se guardan en el encabezado del bloque de un bloque determinado. Un bloque de cadena de bloques también contiene otros datos, como una marca de tiempo, el número de versión del activo y el «nonce» (número que solo se united states una vez).
¿Pueden las cadenas de bloques funcionar sin Merkle Trees?
Si bien los árboles de Merkle no son absolutamente necesarios para que exista una cadena de bloques, juegan un papel increíblemente importante en la seguridad de los datos.
Sin árboles de Merkle, las cadenas de bloques de criptomonedas requieren más recursos y tiempo para llevar a cabo procesos clave. En primer lugar, cada nodo dentro de la red tendría que conservar su propia copia de cada transacción realizada en la cadena de bloques. En cadenas de bloques más grandes, pueden tener lugar cientos de miles de transacciones en el espacio de un solo día, por lo que agregar tal 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 last del árbol, los validadores y los mineros pueden verificar si el bloque, como un todo, 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 clave en la funcionalidad de la cadena de bloques
No se puede negar que los árboles de Merkle ofrecen seguridad y eficiencia a las cadenas de bloques 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 enormemente beneficiosos en lo que respecta al tiempo, el espacio de almacenamiento y la autenticación de datos.
