Qu’est-ce qu’un Merkle tree et comment permet-il la Proof of Reserves ?

Les Merkle trees sont une structure cryptographique fondamentale qui permet la vérification transparente dans la technologie blockchain, notamment pour les protocoles de Proof of Reserves. Cet article analyse le fonctionnement des Merkle trees, en mettant en avant le rôle déterminant du merkle root, ainsi que leur contribution essentielle à la sécurité et à la transparence des réserves de cryptomonnaies.

Premièrement, qu’est-ce qu’un « hash » ?

Un hash est une séquence unique et immuable composée de chiffres et de lettres, produite à partir d’un ensemble de données de n’importe quelle taille. Dans la blockchain, cet ensemble peut être illimité. La fonction de hachage forme la base de la sécurité cryptographique du blockchain.

La fonction de hachage cryptographique relie intrinsèquement chaque nouveau bloc ajouté à la blockchain au bloc précédent. Elle transforme les données de transaction d’un bloc en une chaîne de texte unique, impossible à modifier sans altérer le hash du bloc précédent et l’historique complet du blockchain. Ce procédé crée une chaîne immuable : toute modification de l’ensemble de données change nécessairement son hash.

La fonction de hachage est unidirectionnelle : une fois les données converties en hash, il est impossible de revenir aux données originales. Cette propriété cryptographique assure que la blockchain reste inviolable et protégée contre les tentatives de déchiffrement. Chaque bloc est ainsi lié à ses prédécesseurs et successeurs, formant une chaîne de confiance ininterrompue.

Par exemple, un Transaction Hash (Tx Hash) est un identifiant unique généré lors d’une transaction en cryptocurrency, prouvant que la transaction a été validée et ajoutée à la blockchain. Cet identifiant intègre le registre permanent, vérifiable par tout membre du réseau.

Et qu’est-ce qu’un Merkle Tree ?

Inventé par Ralph Merkle en 1979, le Merkle Tree est une structure hiérarchique de hachage permettant de vérifier efficacement l’intégrité des données sur des réseaux décentralisés. Lors de transactions sur un réseau pair-à-pair, toutes les modifications du blockchain doivent être vérifiées pour garantir la cohérence entre les réseaux participants.

Sans fonction de hachage transactionnelle, les réseaux devraient vérifier en continu toutes les transactions du blockchain, ce qui serait extrêmement inefficace. Le Merkle tree résout ce problème par une organisation hiérarchique structurée.

Pour illustrer ce concept, imaginez une boutique de glaces calculant son bénéfice mensuel : si une erreur apparaît dans une entrée, la méthode papier impose de recalculer toutes les lignes suivantes jusqu’à la fin du mois. Une fonction de hachage cryptographique fonctionne comme Excel ou un logiciel comptable, où chaque modification met à jour automatiquement les totaux, sans intervention manuelle sur le registre entier.

Mais au lieu de modifier des totaux numériques, le hash de la transaction devient une nouvelle séquence aléatoire pour refléter le changement sur la blockchain. Les données sont transformées en une chaîne alphanumérique aléatoire (le hash) et associées à la transaction blockchain correspondante, créant un arbre de hachage ou Merkle tree.

Les Merkle trees vérifient rapidement les données échangées entre ordinateurs sur un réseau pair-à-pair, en s’assurant que les blocs transmis sont reçus intacts. Dans les systèmes de cryptomonnaie, un Merkle Tree est composé de feuilles ou nœuds feuilles, qui sont les hashes représentant des blocs de données, tels que des transactions. Les nœuds plus hauts dans l’arbre sont les hashes de leurs enfants respectifs.

Par exemple, Hash 1 est le résultat de la combinaison des deux hashes situés en dessous dans l’arbre : Hash 1 = Hash(hash 1-0 + Hash 1-1). Au sommet de l’arbre se trouve le merkle root, ou Top Hash. Le merkle root permet de recevoir n’importe quelle partie de l’arbre de hachage depuis une source non fiable, comme un réseau pair-à-pair.

Chaque branche reçue, correspondant à une nouvelle transaction blockchain, peut être vérifiée par comparaison avec le merkle root de référence pour détecter les altérations ou falsifications. Plutôt que d’envoyer l’intégralité d’un fichier, un simple hash peut être transmis et comparé au merkle root afin de garantir qu’il n’a pas été compromis. Ce procédé fonde le caractère « trustless » de la cryptomonnaie.

Qu’est-ce que la Proof of Reserves ?

En comptabilité traditionnelle, les systèmes d’enregistrement s’appuient sur des registres et bilans, vérifiés par des auditeurs tiers. Les plateformes décentralisées, elles, fonctionnent sans auditeurs ni équilibre manuel des transactions. Ce modèle soulève des enjeux cruciaux de confiance et de vérification.

Quand des utilisateurs déposent des cryptomonnaies sur une plateforme d’échange, ils attendent une garantie de sécurité durable et l’assurance que leurs fonds ne sont pas utilisés à d’autres fins. Même si des explorateurs blockchain existent, ils n’offrent pas toujours la transparence nécessaire pour éviter les abus. La solution combine Merkle Trees et protocoles de Proof of Reserves.

Pour rassurer les clients sur la gestion des fonds crypto détenus sur des plateformes centralisées, plusieurs exchanges ont mis en place des protocoles de Proof of Reserves. La Proof of Reserves est un rapport des actifs crypto qui certifie que le dépositaire possède effectivement les actifs qu’il déclare pour ses utilisateurs.

Le Merkle tree permet de prouver cette déclaration par deux moyens : d’abord, chaque utilisateur peut retrouver son solde dans l’arbre et vérifier que ses actifs sont inclus dans le solde total de la plateforme ; ensuite, le solde global est comparé au solde du portefeuille on-chain publié pour établir la Proof of Reserves.

En exploitant le Merkle Tree pour afficher des transactions immuables et démontrer l’intégrité des données via le hachage cryptographique et la vérification du merkle root, les clients peuvent s’assurer que leurs actifs sont détenus en ratio 1:1. Ce système transparent et vérifiable établit la confiance sur une base mathématique, sans recourir à des auditeurs tiers.

Conclusion

Les Merkle trees sont une innovation cryptographique majeure qui facilite la vérification transparente et efficace au sein des blockchains. Grâce à leur structure hiérarchique et au merkle root au sommet, ils permettent une vérification rapide de l’intégrité des données sans valider l’ensemble de l’historique blockchain. Le merkle root constitue le point ultime de vérification, autorisant une confirmation sans confiance préalable de toutes les transactions incluses dans l’arbre. Associés à la Proof of Reserves, les Merkle trees offrent aux utilisateurs de cryptomonnaie une certitude mathématique sur la détention sécurisée de leurs actifs par les plateformes, selon un ratio 1:1. Cette vérification « trustless » change la façon de contrôler ses avoirs, passant de la confiance envers les institutions centralisées à une transparence prouvée par la cryptographie et le merkle root. À mesure que l’écosystème crypto évolue, les Merkle trees, le merkle root et la Proof of Reserves s’imposent comme des outils essentiels pour garantir la transparence, la sécurité et la confiance dans les systèmes financiers décentralisés.

FAQ

Quelle est la différence entre Merkle tree et merkle root ?

Le Merkle tree est une structure de données binaire conçue pour la vérification rapide, tandis que le merkle root est le hash unique situé au sommet de l’arbre, utilisé pour authentifier tous les nœuds feuilles.

Comment calcule-t-on le merkle root ?

On hache les nœuds feuilles, puis on les apparie et on hache vers le haut jusqu’à ne conserver qu’un seul hash : le merkle root.

À quoi sert Merkle ?

Merkle sert à la vérification efficace des données dans la blockchain et les réseaux P2P, garantissant l’intégrité et l’inclusion des données dans des ensembles plus vastes.

Comment le merkle root est-il utilisé dans la blockchain ?

Le merkle root résume les données d’un bloc en un hash unique, assurant l’intégrité des données et permettant une vérification rapide du contenu d’un bloc sans avoir à traiter toutes les transactions.