O que são Merkle trees e como possibilitam a Proof of Reserves?

No contexto da tecnologia blockchain e das criptomoedas, é fundamental compreender os mecanismos que asseguram a integridade e a segurança dos dados. Dois conceitos essenciais—Merkle trees (também conhecidas como Verkle trees nas suas versões mais avançadas) e Proof of Reserves—desempenham funções cruciais na promoção da transparência e da confiança em sistemas descentralizados. Este artigo aprofunda estes conceitos, explicando como se articulam para garantir provas verificáveis das reservas de ativos em plataformas de criptomoedas.

Antes de mais, o que é um "hash"?

O hash constitui um elemento central da tecnologia blockchain. Trata-se de uma sequência única e imutável de números e letras, gerada a partir de um conjunto de dados de qualquer dimensão. No universo blockchain, este conjunto pode teoricamente ser infinito, o que torna o hash extremamente versátil na proteção da informação.

O funcionamento baseia-se numa função criptográfica de hash, que transforma os dados de entrada numa cadeia de caracteres de comprimento fixo. Sempre que um novo bloco é adicionado à blockchain, liga-se criptograficamente ao bloco anterior por intermédio desta função. A função converte os dados da transação num texto único—o hash—que não pode ser alterado sem modificar também o hash do bloco anterior e, por consequência, toda a história da blockchain.

Entre as propriedades mais relevantes do hash destaca-se a sensibilidade a alterações: qualquer modificação, por ínfima que seja, altera completamente o hash. Esta transformação unidirecional garante que, após convertidos em hash, os dados não podem ser revertidos para revelar a origem. Esta característica é o que confere às blockchains o seu caráter "criptográfico", assegurando que os dados se mantêm protegidos contra tentativas de descodificação.

A função criptográfica de hash é a base que permite que a blockchain seja imutável e resistente a manipulações. Cada bloco está intrinsecamente conectado aos anteriores e posteriores, formando uma cadeia inquebrável de dados verificados. Na prática, o Transaction Hash (Tx Hash) funciona como um identificador único gerado por cada transação de criptomoeda, comprovando que a mesma foi validada e adicionada à blockchain.

Então, o que é uma Merkle Tree?

Patenteada por Ralph Merkle em 1979, a Merkle Tree é uma estrutura "em árvore" de hashes que revolucionou a verificação de dados em sistemas distribuídos. Esta estrutura inovadora, que evoluiu para formas avançadas como as Verkle trees, resolve um desafio crucial em redes descentralizadas: verificar de forma eficiente a consistência das transações entre todos os participantes.

Sem uma função de hash como a Merkle Tree ou as Verkle trees, seria necessário validar continuamente todas as transações da blockchain, tornando o processo extremamente ineficiente e impraticável à medida que a cadeia cresce. Para ilustrar, imagine uma geladaria: ao calcular os resultados financeiros de janeiro em papel, detetar um erro a 5 de janeiro obrigaria a recalcular todas as entradas seguintes até ao final do mês—um processo moroso e pouco eficiente.

Uma função criptográfica de hash, neste contexto, funciona como o Excel ou um software de contabilidade, onde qualquer alteração num valor numérico ajusta automaticamente os totais em tempo real, sem intervenção manual. Contudo, em vez de alterar valores numéricos, o hash de transação (Tx Hash) muda para uma nova sequência aleatória que reflete as alterações nas transações da blockchain.

Merkle trees e as suas variantes, como as Verkle trees, funcionam como sofisticados geradores de palavras-passe, convertendo dados em sequências alfanuméricas aleatórias (hashes) ligadas às transações correspondentes. Esta estrutura forma uma "árvore" hierárquica de hashes. O principal benefício das Merkle trees e Verkle trees reside na capacidade de verificar rapidamente os dados transferidos entre computadores numa rede peer-to-peer, garantindo que os blocos enviados são recebidos intactos e sem alterações.

Uma Merkle Tree é composta por folhas ou nós folha, que são os hashes dos blocos de dados, como transações individuais. Os nós superiores são hashes dos respetivos nós inferiores. Por exemplo, o Hash 1 resulta da combinação dos dois hashes abaixo: Hash 1 = Hash (hash 1-0 + Hash 1-1). Esta estrutura hierárquica prolonga-se até ao topo, onde se encontra o Top Hash (root).

O Top Hash tem particular importância, pois permite que qualquer parte da árvore de hashes seja recebida de fontes não confiáveis, como redes peer-to-peer. Quando surge uma nova transação na blockchain, pode ser verificada com o top hash de referência, detetando eventuais manipulações ou falsificações. Em vez de transmitir ficheiros completos, basta enviar o hash e compará-lo com o Top Hash para validar a integridade dos dados. Este mecanismo caracteriza a criptomoeda como sistema "trustless", dispensando intermediários. As Verkle trees aumentam ainda mais a eficiência ao reduzirem o tamanho das provas e acelerarem as validações.

O que é a Proof of Reserves?

No sistema financeiro tradicional, os registos, livros-razão e balanços são auditados por entidades externas. Qualquer discrepância é assinalada e corrigida antes da validação oficial. Já nas plataformas descentralizadas, não existem auditores ou intervenção manual no ajuste das transações, o que levanta questões de confiança e transparência relevantes.

Para os utilizadores que depositam criptomoedas em plataformas de negociação, coloca-se a questão: Como garantir que o depósito permanece disponível dias, meses ou anos depois? Como confiar que a plataforma não utiliza os fundos para outros fins? Embora existam blockchain explorers, a experiência mostra que nem sempre são suficientemente transparentes para prevenir práticas impróprias.

Para reforçar a confiança dos clientes relativamente aos fundos depositados em plataformas centralizadas, muitas das principais exchanges implementaram protocolos Proof of Reserves. A Proof of Reserves consiste num relatório exaustivo de ativos digitais, demonstrando que o custodiante realmente detém os ativos que afirma guardar em nome dos utilizadores.

Esta verificação recorre à Merkle tree (árvore de hashes), incluindo variantes como as Verkle trees, e comprova a titularidade dos ativos de duas formas. Primeiro, cada utilizador pode encontrar o seu saldo na árvore e verificar que os seus ativos estão incluídos no montante total. Isto permite uma validação individual do depósito. Segundo, o saldo total é confrontado com o saldo da carteira on-chain divulgado publicamente, garantindo a Proof of Reserves e a verificação global do sistema.

Ao utilizar a Merkle Tree e as Verkle trees para apresentar dados de transação imutáveis e demonstrar que não foram manipulados, através de mecanismos criptográficos de hashing, os clientes das plataformas podem confiar que os seus ativos estão garantidos numa proporção de 1:1. Ou seja, para cada unidade de criptomoeda registada no saldo do utilizador, existe uma unidade equivalente em reserva pela plataforma.

Conclusão

Merkle trees, Verkle trees e Proof of Reserves são inovações essenciais para a segurança e transparência das criptomoedas. Os hashes constituem a base criptográfica que torna as blockchains imutáveis e resistentes à manipulação, enquanto as Merkle trees e as suas versões avançadas, como as Verkle trees, permitem verificar de forma eficiente a integridade dos dados em redes distribuídas, sem validação contínua de todas as transações. Com estas tecnologias, os protocolos Proof of Reserves oferecem garantias verificáveis aos utilizadores de que as plataformas de negociação detêm efetivamente os ativos que afirmam custodiar. Em conjunto, estes mecanismos resolvem questões de confiança nas finanças descentralizadas, transformando as plataformas de criptomoeda em sistemas transparentes e verificáveis, onde cada utilizador pode confirmar autonomamente a segurança e disponibilidade dos seus ativos. À medida que o setor evolui, estes mecanismos de transparência são cada vez mais relevantes para consolidar e preservar a confiança nas plataformas de ativos digitais.

FAQ

O que é uma verkle tree?

Uma verkle tree é uma estrutura de dados avançada utilizada em blockchain, que gere e verifica eficientemente grandes volumes de transações. Supera as Merkle trees, proporcionando maior escalabilidade e segurança às redes blockchain.

Qual a diferença entre Merkle tree e Verkle tree?

Merkle trees garantem a integridade dos dados, enquanto as Verkle trees aumentam a escalabilidade da blockchain ao reduzirem os requisitos de processamento e armazenamento.

Que outro nome tem uma hash tree?

Uma hash tree é também conhecida por Merkle tree. Trata-se de uma estrutura de dados que permite verificar eficientemente conjuntos extensos de dados.

Para que serve uma Merkle tree?

Merkle trees são utilizadas para verificar eficientemente grandes conjuntos de dados, garantir a integridade dos dados em redes blockchain e otimizar a sincronização de dados em sistemas distribuídos.