Univers numérique : qu’est-ce que le Merkle tree ?

En informatique et plus précisément en cryptographie, il existe des termes scientifiques qui désignent des théories ou approches numériques. C’est le cas de l’expression Merkle tree, communément appelée l’arbre de Merkle ou arbre de hachage. Il s’agit d’une structure de données qui comporte un assemblage d’informations d’un grand volume de données.

Ce concept, qui est très peu connu du grand public, a un impact majeur dans le monde numérique, surtout sur les blockchains. Qu’est-ce qu’alors Merkle tree ? Comment il fonctionne et quelles sont ses caractéristiques ? Découvrez dans cet article les réponses à ces interrogations.

Qu’est-ce que le merkle tree : explications

Un Merkle tree (arbre de Merkle) représente une structure de données conçue prioritairement dans l’objectif de faciliter la vérification d’une quantité importante de données. L’arbre relie ces données à travers des techniques de gestion de l’information et de cryptographie.

Ce protocole a été mis en place par Ralph Merkle en 1979. En effet, la structure des données ou l’arborescence de l’arbre de Merkle est divisée en de multiples couches. Celles-ci ont pour but d’associer chaque nœud de système à une racine indivisible qui leur est reliée.

Pour que cette approche soit possible, il faut que chaque nœud ait un identifiant unique. Ces nœuds primaires (feuilles) sont attachés à un nœud parent ou un nœud supérieur (branche). Ce dernier va porter un identifiant unique qui est le fruit du hash de précédents nœuds (feuilles). Par ce fait, la structure est répétée de façon successive jusqu’à atteindre le Merkle racine ou le nœud racine dont l’empreinte est reliée à tous les nœuds de l’arbre.

C’est ainsi que les arbres de Merkle sont susceptibles de relier un volume considérable de données en un seul point. Grâce à cela, la validation ou la vérification des données devient plus rapide et efficace. De ce fait, il ne serait plus obligatoire de vérifier l’intégralité de la structure, mais tout simplement la racine. Ce principe s’applique à plusieurs usages informatiques tels que la cryptomonnaie, les réseaux dits pair-à-pair, la cryptographie, etc.

Les principes de fonctionnement du merkle tree

Pour mieux comprendre le Merkle tree, il faudrait s’intéresser à son principe de fonctionnement. En effet, ce concept désigne une structure reliant toutes les transactions et les assemble entre paire afin d’obtenir une racine de hachage nommée ‘’root adress’’. Cette dernière est prioritairement liée à tous les hachages de l’arbre. De toute évidence, il serait inefficace et extrêmement lent de vérifier au peigne fin toutes les relations d’un réseau. C’est pour cette raison que le système est mis en œuvre.

Si un hachage est altéré ou modifié, tout le reste de l’arbre changera jusqu’à l’atteinte de la racine. Cela serait destiné à invalider l’authenticité des informations pour tout l’arbre. C’est cette fonction qui permet à un Merkle tree d’offrir le niveau optimal de sécurité qui le caractérise. Afin d’édifier davantage le fonctionnement d’un arbre de Merkle, vous pouvez vous baser sur l’exemple suivant.

Imaginez un ensemble de données qui porte un hachage unique et irremplaçable ou une empreinte. Chacun de ces blocs est régi par des couches que l’on peut considérer telle une structure pyramidale. Ceux-ci sont associés à une couche supérieure à travers ces hachages. De ce fait, les blocs supérieurs s’orientent toujours dans la direction des blocs inférieurs.

De plus, le hachage de ces blocs supérieurs est l’aboutissement de la somme des données contenues dans le récent bloc avec le hachage de l’ancien bloc. De ce fait, la même structure est répétée alors que tous les blocs sont liés à un seul grand bloc de données.

Le fait que l’arbre fonctionne ainsi engendre l’altération du hachage d’un bloc tout en invalidant les hachages des autres blocs. Par ce fait, le système facilite premièrement le contrôle des blocs de données.

Deuxièmement, il représente un mécanisme empêchant la falsification puisqu’il permet de décerner les éventuels changements de hachage dans chacun des blocs de données. Si éventuellement une modification est remarquée, c’est l’arborescence entière qui serait invalidée car ce changement entraîne l’invalidation de ses données.

Quelles sont les caractéristiques de merkle tree ?

Les arbres de Merkle sont régis par de nombreuses caractéristiques très distinctes. Certaines de ces caractéristiques sont plus remarquables. En effet, un Merkle tree :

• offre une sécurité maximale et une résistance aux éventuelles altérations de données ;
• constitue un moyen ultime pour générer une structure de données partagée ;
• permet d’optimiser les performances de transmission d’informations dans les réseaux distribués et réduit la quantité de données
• obligatoires à son meilleur fonctionnement ;
• est peu coûteux et efficace en matière de la vérification et traitement des informations et de calcul pendant la création ;
• permet une ‘’dissection’’ dans l’objectif des recherches de vérification plus efficaces sans pour autant compromettre la traçabilité et la sécurité des transactions effectuées.

En dehors de ces caractéristiques, un arbre de Merkle offre également une adaptabilité maximale à divers problèmes informatiques. Grâce à cela, il est largement employé dans différents systèmes tels que les structures de clés publiques, les systèmes de fichiers, les logiciels de base de données, les réseaux distribués, etc.

Les cas d’utilisation du Merkle Tree

Les Merkle trees comptent aujourd’hui un nombre important d’utilisations dans les systèmes informatiques.

Technologie blockchain

La conception de blockchain se base en grande partie sur le concept de Merkle tree. L’utilisation de l’arbre dans ce domaine est vitale, car grâce à cela, le logiciel client est susceptible de télécharger et de vérifier à chaud l’ensemble de l’historique de la blockchain.

En réalité, son usage permet de faciliter le processus à travers le protocole ‘’prune’’ de l’historique et de réduire la taille du téléchargement. Par exemple, si vous souhaitez installer un client bitcoin, vous n’aurez pas à télécharger tout l’historique de cette blockchain. De plus, ce fait n’exerce aucun effet négatif sur la sécurité du client.

Système de fichiers

En matière de stockage et/ou de traçage de fichiers, le protocole de Merkle tree se révèle aussi assez utile. Il permet ici de gérer et de garantir l’emploi correct des données stockées. Les cas d’utilisation les plus remarquables sont surtout les systèmes de fichiers zfs et btrfs.

Système de contrôle de version

Un Merkle tree est aussi un concept très adapté pour vérifier des versions de logiciels. Git et Mercuriel sont les cas d’utilisations les plus connus. Dans tous les cas, l’utilisation de l’arbre de hachage dans le processus de versionnage de logiciels consiste à le lier au système de suivi des changements. Ce dernier représente l’espace de travail ou le sein du référentiel où sont stockés les fichiers. Ainsi, chaque modification effectuée transite par un processus de hachage qui génère un nique hachage.