¿Qué son los árboles de Merkle y cómo hacen posible la Proof of Reserves?

Los árboles de Merkle son una estructura criptográfica esencial que permite sistemas de verificación transparentes en la tecnología blockchain, especialmente en los protocolos de Proof of Reserves. Este artículo analiza el funcionamiento de los árboles de Merkle, el papel fundamental del merkle root y su función clave para la seguridad y la transparencia de las reservas de criptomonedas.

Primero, ¿qué es un "hash"?

Un hash es una secuencia única e inmutable de números y letras, generada a partir de un conjunto de datos de cualquier longitud o tamaño. En blockchain, este conjunto de datos puede ser ilimitado. La función hash es la base de la seguridad criptográfica de la blockchain.

Gracias a la función hash criptográfica, cada bloque nuevo que se añade a la blockchain queda vinculado de forma directa con el bloque anterior. Esta función transforma los datos de transacción de un bloque en una cadena de texto única que no puede modificarse sin cambiar también el valor hash del bloque anterior y el historial completo de la blockchain. Así, cualquier alteración en los datos modifica necesariamente el hash.

Como las funciones hash son unidireccionales, una vez que los datos se convierten en hash, no es posible revertir el proceso para obtener los datos originales. Esta propiedad hace que las blockchains sean resistentes a manipulaciones y seguras frente a intentos de descifrado. Cada bloque queda unido a los anteriores y siguientes, formando una cadena de confianza inalterable.

Por ejemplo, un Transaction Hash (Tx Hash) es un identificador único generado por una transacción de criptomonedas que demuestra que la transacción se ha validado y añadido a la blockchain. Este identificador pasa a formar parte del registro permanente y es verificable por cualquier usuario de la red.

Entonces, ¿qué es un Merkle Tree?

Patentado por Ralph Merkle en 1979, el Merkle Tree es una estructura jerárquica de hashes que permite verificar la integridad de los datos de forma eficiente en redes descentralizadas. Cuando se producen transacciones en una red peer-to-peer, todos los cambios en la blockchain deben comprobarse para mantener la coherencia entre todas las redes participantes.

Sin una función hash de transacción, las redes tendrían que validar continuamente todas las transacciones, lo que sería muy ineficiente. El árbol de Merkle resuelve este reto mediante una organización jerárquica eficiente.

Para ilustrar este concepto, imagina una heladería calculando el resultado mensual. Si detectas un error en una entrada de pago, usando papel y bolígrafo tendrías que recalcular todas las entradas posteriores hasta final de mes. Una función hash criptográfica funciona como Excel o un software contable, donde cualquier cambio actualiza el total en tiempo real, sin modificar manualmente todo el libro mayor.

Sin embargo, en lugar de que los cambios numéricos alteren los totales, el hash de la transacción se transforma en una secuencia aleatoria para reflejar los cambios en la blockchain. Los datos se convierten en una secuencia alfanumérica aleatoria (el hash) y se vinculan a la transacción correspondiente, creando un árbol de hashes o Merkle Tree.

Los árboles de Merkle permiten verificar rápidamente la integridad de los datos transferidos entre ordenadores en una red peer-to-peer, asegurando que los bloques enviados se reciben intactos. En los sistemas de criptomonedas, el Merkle Tree está formado por hojas o nodos hoja, que son los hashes representando bloques de datos como las transacciones en la blockchain. Los nodos superiores del árbol son hashes de sus nodos hijos.

Por ejemplo, Hash 1 es la combinación de los dos hashes inmediatamente inferiores en el árbol: Hash 1 = Hash(hash 1-0 + Hash 1-1). En la parte superior del árbol está el merkle root, también conocido como Top Hash. El merkle root permite recibir cualquier parte del árbol de hashes desde fuentes no confiables, como una red peer-to-peer.

Cualquier rama recibida, que represente una nueva transacción, puede comprobarse frente al merkle root de confianza para verificar si el hash ha sido manipulado o falsificado. En vez de enviar un archivo completo, basta con enviar el hash y contrastarlo con el merkle root para asegurar que no ha sido alterado. Este mecanismo define el sistema trustless de las criptomonedas.

¿Qué es la Proof of Reserves?

En la contabilidad tradicional, los registros se basan en libros, balances y hojas de cuentas revisadas por auditores externos. En cambio, las plataformas descentralizadas funcionan sin auditores ni revisiones humanas de las transacciones. Esto genera dudas sobre la confianza y la verificación.

Cuando los usuarios depositan criptomonedas en una plataforma de trading, quieren asegurarse de que sus depósitos están protegidos y no se utilizan para otros fines. Aunque existen exploradores de blockchain, la experiencia ha demostrado que no siempre son suficientemente transparentes para evitar riesgos. La solución es combinar los árboles de Merkle con protocolos de Proof of Reserves.

Para dar respuesta a las inquietudes de los clientes sobre los fondos cripto en plataformas centralizadas, varios exchanges han desarrollado protocolos de Proof of Reserves. Proof of Reserves es un informe de activos que garantiza que el custodio mantiene los activos que declara en nombre de sus usuarios.

El árbol de Merkle prueba esta afirmación de dos formas clave. Primero, los usuarios pueden localizar su saldo en el árbol y demostrar que sus activos están incluidos en el balance total del exchange. Segundo, el balance total del exchange se compara con el balance público de la wallet on-chain para determinar la Proof of Reserves.

Al utilizar el Merkle Tree para mostrar datos de transacciones inmutables y garantizar que no han sido manipulados gracias al hashing criptográfico y el proceso de verificación del merkle root, los clientes pueden tener la seguridad de que sus activos se mantienen 1:1. Así se crea un sistema transparente y verificable donde la confianza se fundamenta en las matemáticas, sin depender de auditores externos.

Conclusión

Los árboles de Merkle son una estructura criptográfica revolucionaria que permite una verificación eficiente y transparente en sistemas blockchain. Al estructurar los hashes de forma jerárquica y situar el merkle root en la cima, facilitan la verificación rápida de la integridad de los datos sin necesidad de revisar todo el historial de la blockchain. El merkle root es el punto de verificación definitivo, permitiendo la confirmación trustless de todas las transacciones dentro del árbol. Al combinarse con los protocolos de Proof of Reserves, los árboles de Merkle proporcionan a los usuarios la certeza matemática de que sus activos están asegurados 1:1 por las plataformas. Este sistema trustless transforma la forma de verificar los fondos, pasando de la confianza ciega en instituciones centralizadas a una garantía transparente y criptográficamente validada mediante la verificación del merkle root. A medida que evoluciona el ecosistema de las criptomonedas, los árboles de Merkle, la tecnología merkle root y la Proof of Reserves siguen siendo herramientas esenciales para la transparencia, la seguridad y la confianza en las finanzas descentralizadas.

FAQ

¿Cuál es la diferencia entre un Merkle Tree y un merkle root?

Un Merkle Tree es una estructura binaria de datos para la verificación eficiente, mientras que el merkle root es el hash único en la cima del árbol que permite verificar todos los nodos hoja.

¿Cómo se calcula el merkle root?

Se hashean los nodos hoja, se agrupan por pares y se hashean hacia arriba hasta que solo queda un hash. Este hash final es el merkle root.

¿Para qué se utiliza Merkle?

Merkle se emplea para la verificación eficiente de datos en blockchain y redes P2P, garantizando la integridad y la inclusión de datos en conjuntos mayores.

¿Para qué se utilizan los conceptos de merkle root en blockchain?

Los merkle root en blockchain resumen los datos de un bloque en un solo hash, garantizando la integridad y permitiendo la verificación eficiente del contenido sin procesar todas las transacciones.