O que são Merkle trees e como permitem o Proof of Reserves?

As Merkle trees são uma tecnologia criptográfica essencial que possibilita a verificação segura e eficiente da integridade dos dados nos sistemas de blockchain. Este artigo explora o conceito de Merkle trees e o seu papel determinante na implementação de mecanismos de prova baseados em Merkle tree para plataformas de negociação de criptomoedas, demonstrando como o Proof of Reserves promove a confiança e a transparência.

Antes de mais, o que é um "hash"?

Um hash é uma sequência única e imutável de caracteres alfanuméricos, gerada a partir de um conjunto de dados de qualquer dimensão através de uma função de hash criptográfica. Em tecnologia blockchain, este conjunto pode ser virtualmente ilimitado.

A função de hash é um mecanismo de segurança crítico ao converter dados de transação de um bloco numa sequência única de texto, impossível de alterar sem modificar todo o histórico da blockchain. Quando um novo bloco é adicionado, liga-se criptograficamente ao anterior através desta função. Assim, qualquer alteração ao conjunto de dados altera o respetivo valor hash.

Por exemplo, se uma transação do bloco 100 for modificada, o hash desse bloco muda, propagando-se por todos os blocos seguintes, tornando a manipulação imediatamente detetável. Esta função unidirecional não pode ser revertida para revelar os dados originais, assegurando forte proteção contra tentativas de descodificação.

O Transaction Hash (Tx Hash) é o identificador único de cada transação de criptomoeda, provando criptograficamente que a transação foi validada e registada de forma permanente na blockchain. Este mecanismo garante a imutabilidade e inviolabilidade da blockchain, já que cada bloco está interligado aos anteriores e posteriores.

E o que é uma Merkle Tree?

Patenteada por Ralph Merkle em 1979, a Merkle Tree é uma estrutura hierárquica de hashes que permite a verificação eficiente e segura de dados em redes peer-to-peer. Esta estrutura inovadora resolve um problema de eficiência fundamental na tecnologia blockchain e serve de base aos sistemas de prova baseados em Merkle tree.

Recorrendo a uma analogia prática: imagine que gere uma geladaria e calcula mensalmente lucros e perdas. Se identificar um erro no pagamento de natas e açúcar a 5 de janeiro, com métodos tradicionais teria de recalcular todas as transações seguintes até ao final do mês — um processo moroso e ineficiente.

Uma função de hash criptográfica assemelha-se ao funcionamento de uma folha de cálculo: qualquer alteração nos dados de entrada atualiza automaticamente todos os cálculos relacionados, sem necessidade de modificar manualmente todo o registo. Em blockchain, ao alterar os dados de uma transação, o hash dessa transação gera uma nova sequência alfanumérica aleatória, formando o que designamos por Merkle tree.

Uma Merkle tree estrutura-se em nós-folha na base, que são hashes de blocos de dados ou transações individuais. Os nós-pai, em níveis superiores, resultam da combinação e hash dos respetivos nós-filho. Por exemplo, Hash 1 é o hash de (Hash 1-0 mais Hash 1-1). Esta estrutura hierárquica evolui até ao Top Hash, também denominado root, no topo da árvore.

As Merkle trees permitem uma verificação rápida de dados transferidos em redes peer-to-peer, garantindo que os blocos são recebidos sem alterações. O Top Hash possibilita que qualquer parte da árvore de hashes seja recebida de fontes não confiáveis e validada pelo root de confiança. Em vez de transferir ficheiros completos, basta enviar o hash e confrontá-lo com o Top Hash. Este mecanismo contribui para a definição da criptomoeda como sistema trustless, eliminando a necessidade de autoridades centralizadas de validação.

O que é Proof of Reserves?

O Proof of Reserves é um protocolo de transparência destinado a reduzir as preocupações dos clientes sobre fundos cripto depositados em plataformas centralizadas. Este sistema oferece prova verificável de que os custodians detêm os ativos que afirmam custodiar, recorrendo à metodologia de prova baseada em Merkle tree.

Na contabilidade tradicional, auditores externos verificam registos, livros e balanços. Em caso de discrepâncias, estas são assinaladas e resolvidas antes da validação das contas. Já as plataformas descentralizadas funcionam sem auditores externos ou supervisão humana para equilibrar transações.

Colocam-se, assim, questões de confiança essenciais: Como podem os utilizadores saber se os depósitos efetuados continuam seguros? Como podem confiar que a plataforma não faz mau uso dos fundos? Apesar de existirem blockchain explorers, nem sempre são suficientemente transparentes para proteger contra más práticas.

A Merkle Tree surge como solução de longo prazo através do Proof of Reserves. As plataformas de negociação de criptomoedas recorrem às Merkle trees para demonstrar reservas de duas formas complementares:

Primeiro, cada utilizador pode identificar o seu saldo na estrutura da Merkle tree e provar que os seus ativos estão incluídos no saldo total da plataforma. Esta validação permite confirmar, de forma independente, a posse dos ativos — é este o princípio da validação por Merkle tree proof.

Segundo, o saldo total da plataforma indicado na Merkle tree é comparado com o saldo público da wallet on-chain. Esta comparação verifica se a plataforma mantém um Proof of Reserves adequado, garantindo uma correspondência 1:1 dos ativos dos clientes.

Ao tirar partido das propriedades criptográficas das Merkle trees para exibir dados imutáveis e provar que não foram manipulados, os clientes têm a garantia de que os seus ativos estão devidamente protegidos e integralmente respaldados por reservas reais. Este sistema de prova baseado em Merkle tree torna possível a transparência sem comprometer a segurança.

Conclusão

As Merkle trees são uma tecnologia basilar nos sistemas de blockchain, ao proporcionarem uma verificação eficiente de dados através de estruturas hierárquicas de hash. Compreender como os hashes criam impressões digitais imutáveis e como as Merkle trees organizam estes hashes em estruturas verificáveis permite valorizar a segurança e transparência que oferecem aos sistemas de criptomoedas com base em Merkle tree proof.

A aplicação das Merkle trees ao Proof of Reserves resolve questões de confiança fundamentais em plataformas centralizadas de criptomoedas. Esta solução criptográfica permite que os utilizadores verifiquem autonomamente os seus saldos e que as plataformas demonstrem uma gestão transparente de reservas sem comprometer a privacidade dos utilizadores. A abordagem Merkle tree proof garante que cada utilizador pode validar a sua posição na estrutura de reservas.

À medida que o ecossistema de criptomoedas evolui, Merkle trees e protocolos Proof of Reserves continuam a ser instrumentos essenciais para construir confiança e garantir responsabilidade na custódia de ativos digitais. A metodologia Merkle tree proof é hoje um padrão de mercado para demonstrar solvência e manter a confiança dos utilizadores.

A combinação de funções de hash criptográficas, estruturas Merkle tree e protocolos Proof of Reserves cria um sistema de validação trustless que protege os utilizadores e defende os princípios de descentralização da tecnologia blockchain. Esta abordagem inovadora demonstra como a criptografia matemática substitui relações de confiança tradicionais por sistemas de prova transparentes e auditáveis, que qualquer pessoa pode validar de forma independente.

FAQ

O que é uma Merkle tree proof?

Uma Merkle tree proof é um conjunto de hashes que comprova a pertença de uma folha a uma Merkle tree. Combina hashes-irmãos para provar a inclusão, sendo o root hash responsável por confirmar a integridade e autenticidade dos dados da árvore.

Como se valida uma Merkle tree proof?

Para validar uma Merkle tree proof, comparam-se os hashes fornecidos com o root hash da Merkle tree. A prova inclui os hashes-irmãos que validam cada nó, confirmando a presença e integridade dos dados sem revelar o conteúdo dos mesmos.

O que é a Merkle tree proof of inclusion?

A Merkle tree proof of inclusion comprova que um elemento de dados específico existe numa Merkle tree, utilizando valores de hash. Esta validação confirma a integridade através de uma sequência de hashes-irmãos até ao root, sem expor o dado original.