Bitcoin: Árboles de Merkle#
Una Blockchain almacena gran cantidad de información que crece cada segundo. Sin un buen mecanismo de compactación de todas los datos de un bloque, sería imposible de escalar y poco portable tener un nodo, ya que pocos computadores tendrían los recursos de hardware necesarios para mantener uno.
Qué es el Árbol de Merkle#
El Merkle Tree es una estructura jerárquica de datos interconectada con hashes criptográficos, usada para resumir y verificar grandes conjuntos de datos. Sin este, toda la información en la Blockchain sería mucho más pesada, haciéndola más difícil de computar.
Con este recurso matemático, se implementa el uso de un algoritmo doble SHA256, con el que se obtiene una “huella digital” del total de las transacciones dentro de un bloque.
En el encabezado de los bloques, se asigna un campo que contiene el valor obtenido por el árbol de Merkle. Este árbol es binario y solo contiene los datos de las transacciones que pertenecen a un bloque. Se construye desde sus hojas nodo (leaf nodes) hasta su raíz o el valor final (Merkle Root).
Cada hoja del árbol es una transacción. Como los árboles son binarios, se dividen en grupos de dos y si la cantidad de transacciones es impar, se duplica la última para mantener la paridad de dos en cada rama.
Las transacciones, en pares de dos, son encriptadas utilizando un algoritmo SHA256 y este valor es concatenado con la rama “hermana” del árbol para formar otro hash. Las transacciones continúan concatenándose y encriptándose de dos en dos hasta llegar a la raíz y obtener el Merkle root.
Qué son las pruebas de Merkle#
Para comprobar que una transacción efectivamente corresponde a cierto bloque y asegurar su integridad, puede realizarse con las conocidas pruebas de Merkle, o Merkle proofs.
Por ejemplo, suponiendo que queremos verificar hK (en verde) en el siguiente árbol Merkle:
Comenzamos verificando hABCDEFGH y hIJKLMNOP, las dos primeras hojas del árbol. Podemos comprobar que hABCDEFGH es correcto (en azul), por lo tanto lo descartamos. Sin embargo, hIJKLMNOP no lo es así que continuamos profundizando por esa rama.
Solicitamos hIJKL y hMNOP para su validación y el algoritmo detecta que hMNOP es correcto para descartarlo y continuar profundizando por hIJKL ya que no logramos verificarlo.
Nuevamente, solicitamos las hojas hIJ y hKL desde este punto para realizar la verificación, descartar hIJ y darnos cuenta de que el problema viene desde hKL. Al obtener las transacciones hK y hL, comprobamos que los datos de hK son incorrectos y podemos reparar el árbol completo.
Conclusión#
El algoritmo para encriptar y desencriptar un árbol de Merkle puede ser un reto más que interesante para ti si te propones desarrollar tu propia implementación con el lenguaje que más te guste.
Esta es la manera en que la Blockchain de Bitcoin asegura la integridad de la información y vuelve a esta gran base de datos inmutable. Cualquier alteración malintencionada en una transacción, simplemente el resto de los nodos, lo detectaría y no llegarían a un consenso.
Post creado en colaboración con el Curso de Bitcoin de Platzi.