O que são as Merkle Trees e como possibilitam o Proof of Reserves?

As Merkle Trees constituem uma estrutura criptográfica essencial que permite a verificação segura de dados em sistemas blockchain e em plataformas de negociação de criptomoedas. Esta tecnologia, em conjunto com mecanismos de Proof of Reserves, assegura transparência e confiança nos sistemas financeiros descentralizados. Entender como funcionam as Merkle Trees e o mecanismo de merkle proof é fundamental para perceber de que modo as plataformas modernas de criptomoedas garantem segurança e responsabilidade.

Primeiro, o que é um "hash"?

Um hash corresponde a uma sequência única e imutável de números e letras gerada a partir de um conjunto de dados com qualquer dimensão ou volume. Na tecnologia blockchain, esta função criptográfica serve de base à integridade e segurança dos dados. A função de hash converte os dados de uma transação de um bloco numa cadeia de texto singular, criando uma ligação inquebrável entre blocos consecutivos.

A natureza criptográfica do hashing garante que qualquer alteração aos dados originais produz um valor de hash completamente distinto. Esta característica torna praticamente impossível, do ponto de vista computacional, reverter um hash para revelar os dados de origem, assegurando forte proteção contra tentativas de descodificação. Uma vez gerado, o hash fica definitivamente associado aos seus dados de origem, criando um registo imutável.

Nos sistemas blockchain, cada novo bloco liga-se criptograficamente ao anterior através do seu valor de hash. Este encadeamento assegura que qualquer tentativa de alteração de dados históricos obriga ao recálculo de todos os hashes seguintes na cadeia, tornando o blockchain inviolável e imutável. O Transaction Hash (Tx Hash) atua como identificador único de cada transação de criptomoeda, comprovando que a transação foi validada e registada de forma permanente em blockchain.

Então, o que é uma Merkle Tree?

Patenteada por Ralph Merkle em 1979, uma Merkle Tree é uma estrutura de dados sofisticada baseada em hash, que permite a verificação eficiente de grandes volumes de dados em redes peer-to-peer. Esta estrutura criptográfica resolve um desafio central nos sistemas descentralizados: verificar a consistência dos dados entre vários nós sem exigir validação constante de todas as transações. O mecanismo de merkle proof, que deriva desta estrutura, permite a validação eficiente de elementos específicos dentro da árvore.

Para ilustrar o funcionamento das Merkle Trees, imagine a gestão mensal das contas de uma geladaria. Ao calcular o resultado de janeiro, se for detetado um erro na entrada de 5 de janeiro referente a natas e açúcar, tradicionalmente seria necessário recalcular manualmente todas as entradas posteriores, um processo ineficiente e sujeito a erros. Uma função de hash criptográfica, como a Merkle Tree, funciona de forma análoga ao software de folha de cálculo, em que alterações em entradas individuais atualizam automaticamente os cálculos relacionados, sem intervenção manual.

No contexto blockchain, as Merkle Trees organizam os dados das transações de forma hierárquica. A estrutura é composta por nós folha na base, que são hashes representativos de transações individuais ou blocos de dados. À medida que se sobe na árvore, os nós pai resultam da combinação e hash dos respetivos nós filho. Por exemplo, Hash 1 é obtido combinando Hash 1-0 e Hash 1-1: Hash 1 = Hash(Hash 1-0 + Hash 1-1). Esta hierarquia prolonga-se até ao Top Hash ou raiz, no topo da árvore.

O Top Hash reveste-se de especial importância, pois representa um resumo criptográfico de todos os dados da árvore. Isto permite verificar qualquer transação de forma eficiente, sem necessidade de examinar todo o conjunto de dados, através do processo designado merkle proof. Quando os dados são transmitidos numa rede peer-to-peer, os destinatários podem verificar a integridade dos ramos recebidos comparando-os com o Top Hash de referência. Se algum dado for alterado ou corrompido durante a transmissão, a verificação do hash falha, garantindo a integridade dos dados sem intervenção de terceiros de confiança. Este mecanismo está na base do carácter "trustless" das criptomoedas.

O que é o Proof of Reserves?

O Proof of Reserves é um mecanismo de transparência criado para responder às preocupações dos clientes quanto à segurança dos fundos detidos em plataformas centralizadas de criptomoedas. Este protocolo fornece prova verificável de que o custodiante detém, efetivamente, os ativos que afirma guardar em nome dos seus utilizadores. A implementação recorre à tecnologia das Merkle Trees e ao merkle proof para criar um sistema auditável e transparente.

O sistema Proof of Reserves assenta em dois métodos principais de verificação. Primeiro, cada utilizador pode localizar o seu saldo específico na estrutura da Merkle Tree, o que lhe permite verificar autonomamente que os seus ativos estão incluídos no saldo total da plataforma, através do merkle proof. Isto confere ao utilizador prova direta de que os seus fundos estão contabilizados, sem depender apenas das declarações da plataforma. Segundo, o saldo total calculado a partir da Merkle Tree é comparado com os saldos das carteiras on-chain, publicamente acessíveis, da própria plataforma, assegurando uma verificação exaustiva das reservas.

Esta abordagem responde a um problema fundamental de confiança nas plataformas de criptomoedas. Na banca tradicional, auditores independentes analisam e validam os registos financeiros para garantir a exatidão e prevenir desvios de fundos. No entanto, as plataformas descentralizadas raramente dispõem deste tipo de supervisão. Sem validação independente, os utilizadores não têm forma de confirmar que os fundos depositados permanecem em segurança e não foram desviados para outros fins. Apesar de os exploradores blockchain proporcionarem alguma transparência, a experiência demonstra que não são sempre suficientes para evitar a má utilização de fundos dos clientes.

Ao tirar partido das propriedades criptográficas das Merkle Trees e da validação por merkle proof, as plataformas demonstram dados de transação imutáveis e provam que os registos não foram alterados. Isto garante aos clientes certeza matemática de que os seus ativos são detidos numa base de 1:1, ou seja, cada token exibido no saldo da conta corresponde a um token efetivamente em reserva. Este grau de transparência e verificabilidade representa um avanço relevante na responsabilização das plataformas e na proteção dos utilizadores.

Conclusão

As Merkle Trees são uma tecnologia fundamental nos sistemas blockchain e de criptomoedas, possibilitando a verificação eficiente de grandes volumes de dados com segurança e imutabilidade. Através do hashing criptográfico, criam registos invioláveis que podem ser validados sem recorrer a intermediários. O mecanismo de merkle proof oferece uma solução eficiente e elegante para validar transações individuais num conjunto de dados mais amplo. Aplicadas aos protocolos de Proof of Reserves, as Merkle Trees e o merkle proof fornecem às plataformas de criptomoedas uma ferramenta poderosa para demonstrar transparência e reforçar a confiança dos utilizadores. Ao permitir a verificação individual de saldos via merkle proof e a confirmação global das reservas, esta tecnologia responde a questões centrais relativas à segurança dos fundos em plataformas centralizadas. Com a evolução do ecossistema das criptomoedas, a combinação de Merkle Trees, merkle proof e Proof of Reserves revela-se indispensável para assegurar responsabilidade e proteger os ativos dos utilizadores num panorama financeiro cada vez mais descentralizado.

FAQ

Como gerar um merkle proof?

Hash todas as folhas e, de seguida, faz o hash iterativo dos nós pai até atingir a raiz. A prova inclui os hashes irmãos necessários para validar a inclusão de uma transação específica na Merkle Tree, sem processar a árvore completa.

O que é o merkle proof of inclusion?

O merkle proof of inclusion valida que determinados dados constam de um conjunto mais amplo, sem expor a totalidade do dataset. Utiliza a estrutura de árvore de hash para uma validação eficiente e que respeita a privacidade dos dados.

Qual o significado de Merkle?

Merkle designa um conceito criptográfico, mais concretamente a Merkle Tree desenvolvida pelo criptógrafo Ralph Merkle. Trata-se de uma estrutura de árvore de hash utilizada em blockchain e criptografia para validar eficientemente grandes volumes de dados e garantir a sua integridade.

Para que serve uma Merkle?

Uma Merkle Tree permite validar de forma eficiente a integridade e autenticidade dos dados em sistemas blockchain e criptográficos. Proporciona uma verificação ágil de grandes conjuntos de dados, ao criar uma árvore de hash onde cada nó representa múltiplos blocos de dados, viabilizando mecanismos de prova seguros e escaláveis.