L’arbre de Merkle, ou arbre de hachage, sert en cryptographie et informatique. Basé sur le hachage, il résume toutes les données en une racine. Grâce à cette structure, on réduit les quantités de données stockées dans une blockchain pour la vérification. Certains terme peuvent vous paraître incompréhensible à la première lecture de cette introduction. Mais rassurez vous, le concept général est plutôt simple. Nous utiliserons la blockchain Bitcoin comme exemple dans ce guide.
Sommaire
Comprendre ce qu’est un arbre de Merkle
Pour vérifier les données dans le réseau Bitcoin, on utilise des arbres de Merkle qui sont plus efficaces qu’un fichier complet. Cette méthode utilise des hachages pour créer un arbre de valeurs hachées.».
Le fonctionnement des nœuds d’un arbre de merkle
Les valeurs M0 et M1 sont combinées et hachées, créant une nouvelle valeur pour les nœuds enfants. Ces valeurs sont ensuite concaténées et hachées, produisant une racine de Merkle unique dans la case gris foncé.
Les nœuds qui se trouvent sous un nœud parent sont appelés « nœuds enfants ».
La racine de hachage est la plus importante en matière de structure de données hachées. Elle est essentielle pour Bitcoin, car elle est incluse dans l’en-tête du bloc, permettant de déterminer les transactions présentes.
Pour créer un arbre binaire de hachage, chaque nœud ne peut avoir que deux enfants. Le nœud supérieur contient les valeurs des deux nœuds inférieurs, appelés « enfants ». Cela le transforme en nœud « parent ».
Les nœuds enfants sont ceux situés sous un nœud parent. Les frères et sœurs sont des nœuds côte à côte. Les nœuds « feuilles » sont ceux qui n’ont pas d’enfants et sont au même niveau.
La structure arborescente de l’arbre de hachage consiste en des nœuds feuilles contenant un hachage de données. Les arbres de Merkle sont souvent binaires, mais peuvent également avoir plus de niveaux. Idéalement, le nombre de feuilles dans un arbre de Merkle est toujours une puissance de deux (2n) avec n = 1, 2, 3, etc. Chaque nœud a deux nœuds enfants ou aucun.
Utilisation des Arbres de Merkle dans la blockchain
Le réseau Bitcoin utilise un arbre de Merkle pour résumer les transactions d’un bloc, générant une empreinte numérique. Ainsi, vérifier si une transaction est incluse dans le bloc est possible.
Chaque nœud de l’arbre de Merkle est une représentation partielle des données hachées en dessous. Cette structure arborescente est clé pour la sécurité des données.
La nécessité d’un arbre de hachage pour vérifier les données peut sembler étrange. Pourquoi ne pas hacher tous les messages et obtenir la valeur racine ? Les arbres de Merkle rendent ce processus plus simple en organisant les hachages en une structure d’arbre. Les arbres de Merkle facilitent ainsi la vérification des données.
Les arbres de Merkle garants de la confiance de la blockchain
Sans les arbres Merkle, le hachage de chaque transaction serait stocké dans l’en-tête du bloc. Ainsi, pour vérifier une transaction, il faudrait télécharger l’ensemble des données de la blockchain. Les arbres Merkle permettent d’économiser du temps et de l’espace en réduisant la quantité d’informations à traiter.
Les arbres de Merkle simplifient la vérification de données. Pour prouver l’intégrité de la transaction « m6 », Juliette peut donner à Thomas un hachage de la racine. Celui-ci pourra alors vérifier l’absence de falsification grâce à une source de confiance.
Pour éviter cette tâche fastidieuse, Juliette et Thomas peuvent utiliser un arbre de Merkle pour prouver que « m6 » est intact. Grâce à la racine d’une source fiable, Juliette peut simplement envoyer à Thomas le message et quatre valeurs hachées pour prouver son authenticité, sans avoir à fournir toutes les transactions hachées. Le processus est plus simple et efficace.
La structure arborescente de l’arbre de Merkle est composée de nœuds représentant des données hachées. Les feuilles, quant à elles, correspondent aux hachages de chaque transaction.
Validation des données et sécurisation des transactions
La blockchain Bitcoin est un réseau distribué pair-à-pair où les données sont présentes sur chaque ordinateur. Les modifications, effectuées via une transaction, sont reflétées en temps réel sur l’ensemble du réseau.
Grâce à Thomas, la partie cruciale de l’arbre de Merkle peut être remontée pour déterminer sa racine et vérifier les valeurs hachées. Cette méthode est utile pour valider les données provenant d’une source non fiable. Si la racine reconstruite correspond au hachage de la source de confiance, les données peuvent être acceptées en toute sécurité. Comparativement, recréer une partie de l’arbre est plus facile et équivalent en sécurité à la vérification de toutes les données hachées.
L’arbre de Merkle accélère la validation en envoyant uniquement les hachages et fichiers incomplets, réduisant ainsi l’espace mémoire utilisé sur l’ordinateur. Ce processus pratique évite les incohérences et accélère considérablement le traitement des données.
Pour résumer sur les avantages des arbres de Merkle dans la blockchain
La structure de l’Arbre de Merkle le rend efficace car on peut accéder à une transaction sans télécharger toute la base de données. Il suffit de télécharger la branche menant à la transaction souhaitée.
La chaîne de hachage cryptographique permet de vérifier l’intégrité de toute une chaîne de transaction en remontant jusqu’à la transaction souhaitée. Ainsi, on peut s’assurer que la branche n’a pas été altérée, de la racine à la transaction. C’est un outil essentiel pour la preuve d’intégrité de la chaîne de transaction. La vérification d’une seule branche, sans télécharger la blockchain complète, la rend légère en mémoire et facile à utiliser. Permettant ainsi de vérifier des transactions sans télécharger toute la blockchain.
La sécurité et l’efficacité d’un réseau basé sur une blockchain reposent sur l’organisation en Arbre de Merkle des données. Cette composante est essentielle pour accéder facilement aux données en toute sécurité. Le Bitcoin et les crypto-monnaies ne seraient pas aussi performants sans les arbres et racines Merkle. Grâce à leur genèse systématique, les utilisateurs peuvent facilement rechercher, comparer et décomposer leurs transactions sans les modifier. Les preuves de leurs transactions sont ainsi accessibles en toute fluidité.
