Masterclass #20 : tout savoir sur l’arbre et la racine Merkle

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Apprenez-en plus sur l’arbre et la racine Merkle, de leur création à leur fonctionnement.

L’arbre Merkle

Après avoir entrevu la communication des nœuds complets avec les leightweight wallet via les filtres Bloom, voyons comment la racine Merkle est introduite dans le processus.

En effet, le nœud complet avait alors déterminé quelles transactions envoyer au lightweight wallet en analysant le filtre Bloom. Cela permet donc au wallet de ne recevoir que les informations des transactions choisies afin de ne pas avoir à télécharger tout l’hitorique des transactions inscrit dans le marbre digital de la blockchain.

Par exemple, si les Tx (transaction) 1 et 2 sont celles demandées par le filtre Bloom (et donc par le Lightweight wallet) alors la racine merkle est créée en hachant cette paire de transaction. Ce hashing permet alors d’avoir une empreinte digitale plus courte et unique. Ce qui permet donc de déterminer qu’elles appartiennent bien à un bloc de transaction. 

En somme, cette racine permet de vérifier que les transactions appartiennent bien à un bloc miné de la blockchain (donc qui est sécurisé et validé par les mineurs comme étant des transactions valides). Le tout de manière plus rapide grâce à un hashing et une empreinte plus petite en données.

“Cette racine merkle est placée dans un en-tête de bloc pour empêcher que le contenu du bloc ne soit falsifié ultérieurement. Ainsi, si quelqu’un essaie d’ajouter ou de supprimer une transaction du bloc, la racine merkle des transactions à l’intérieur du bloc ne correspondra plus à la racine merkle à l’intérieur de l’en-tête du bloc.

En d’autres termes, la racine Merkle est ce qui relie l’en-tête du bloc aux transactions du bloc.”

En effet, comme vu précédemment, la blockchain est en fait une succession d’en-tête de bloc et non de bloc en soi. Et la racine Merkle est ce qui relie l’en-tête à ces blocs.

En d’autres termes, la blockchain est faite d’en-tête de bloc et la racine Merkle est ce qui la relie aux données importantes, à savoir les blocs contenant toutes les transactions.

La blockchain est donc structurée sous forme d’un arbre Merkle.

Comment est créée la racine Merkle ?

Tout arbre a besoin de racine : 

“Vous calculez la racine de Merkle en créant une hiérarchie de

des hachages cryptographiques, c’est un arbre Merkle.”

En effet, une racine merkle est obtenue en hachant des transactions de manière “arborescente” : 

• Hachage des ensembles de paires de TXID.
• Hachages des hashing obtenus par paires.
• Ainsi de suite jusqu’à ce qu’il ne vous reste qu’un seul hachage.

Alors pourquoi nous compliquer les choses en hachant de cette manière plutôt que de hacher une seule fois toutes les transactions ? Tout simplement parce que pour vérifier qu’une empreinte de transaction (TXID) est véridique, il nous faudrait connaître l’ensemble de ces TXID. 

Un hachage successif permet donc de diluer les informations. Et donc de simplifier le processus de vérification. Cela fonctionne comme un arbre généalogique. Avec une seule prise de sang, il est possible de déterminer les origines d’une personne.

Et comme pour un arbre généalogique, les racines sont créées à partir de “l’accouplement”, donc de la fusion, entre deux hash de transactions.

À noter que les transactions sont hachées comme dans la création de bloc vu précédemment, avec le double SHA256. 

Comment cela fonctionne pour le lightweight wallet ?

Le nœud complet peut alors communiquer l’arbre merkle au lightweight wallet, ce qui permet au portefeuille de vérifier que la transaction appartient bien à un bloc.

L’arbre Merkle est donc une preuve ADN que les transactions appartiennent bien à des transactions réelles. Une preuve existentielle. 

Le portefeuille léger utilisera donc ensuite ces informations de l’arbre merkle pour vérifier que les transactions sont bien dans le bloc en calculant les hachages intermédiaires vers la racine. 

“Si nous utilisons un arbre Merkle à la place, il nous suffit de connaître certaines des branches le long du chemin de l’arbre pour vérifier qu’un TXID a été utilisé pour créer le hachage racine : 

Cette voie est connue sous le nom de preuve Merkle.

Ainsi, en utilisant un arbre Merkle, nous pouvons savoir si une transaction fait partie d’un bloc sans avoir à connaître tous les autres TXID du bloc. En termes techniques, un arbre Merkle constitue un moyen efficace de prouver que quelque chose se trouve dans un ensemble, sans avoir à connaître l’ensemble complet.

Et si vous avez affaire à des blocs contenant plus de 2 000 transactions, les arbres Merkle deviennent beaucoup plus efficaces que de hacher tous les TXID en une seule fois.” est-il expliqué sur Learnmeabitcoin.

C’est donc grâce à l’arbre Merkle que le wallet léger peut vérifier une transaction sans avoir à télécharger toute la blockchain. C’est une preuve ADN, un code génétique complet de la blockchain.

En résumé : 

Pour faire simple, les portefeuilles légers téléchargent et stockent uniquement les en-têtes de bloc et ils utilisent les racines Merkle qu’ils contiennent afin de remonter dans l’arbre par calcul. Le tout pour vérifier qu’une transaction appartient au bloc.

Il est bon de signaler que les portefeuilles reçoivent ce que l’on appelle un Arbre Merkle Partiel qui est envoyé sous la forme suivante par le nœud complet : 

• L’en tête de bloc
• L’arbre Merkle partiel 
• Les ID de transactions réclamées par le portefeuill

L’arbre Merkle Partiel est composé de : 

• Un nombre indiquant le nombre total de transactions dans le bloc
• Une liste de “drapeaux”
• Une liste de hachages

Les drapeaux permettent d’indiquer quelle partie de l’arbre est incluse dans la preuve Merkle. Cela permet donc de guider et d’indiquer quelle partie de l’arbre vérifier. Ce qui facilite le processus de vérification et réduit l’étendue de la recherche à effectuer par le wallet.