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

No contexto da tecnologia blockchain e das plataformas de negociação de criptomoedas, dominar os mecanismos criptográficos subjacentes é indispensável para assegurar a segurança e a transparência. Este artigo analisa dois conceitos fundamentais: Merkle Trees e Proof of Reserves, esclarecendo como colaboram para criar sistemas de verificação sem confiança em redes descentralizadas.

Primeiro, o que é um "hash"?

Um hash constitui o elemento central da criptografia 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 ser teoricamente infinito, o que confere à função hash uma versatilidade e potência excecionais.

O funcionamento depende de uma função criptográfica de hash, que vincula cada novo bloco adicionado à blockchain ao bloco imediatamente anterior. Esta função converte os dados de transação de um bloco numa sequência textual única, impossível de alterar sem modificar simultaneamente o valor do hash do bloco anterior e, por consequência, todo o histórico da blockchain. Esta interligação garante à blockchain as suas propriedades nucleares de segurança.

Uma das características essenciais das funções hash é a extrema sensibilidade às alterações dos dados de entrada: qualquer modificação altera por completo o resultado do hash. Uma vez gerado, o hash não pode ser revertido para revelar os dados originais, assegurando o caráter 'criptográfico' da blockchain e protegendo as entradas contra tentativas de descodificação.

É esta função criptográfica que torna a blockchain imutável e à prova de adulteração, dado que cada bloco está intrinsecamente ligado aos anteriores e aos seguintes. Na prática, o Transaction Hash (Tx Hash) funciona como identificador único gerado por uma transação de criptomoeda, certificando que foi validada e definitivamente inscrita na blockchain.

E o que é uma Merkle Tree?

Patenteada por Ralph Merkle em 1979, a Merkle Tree constitui uma solução inovadora para os desafios de eficiência das redes descentralizadas. Quando ocorrem transações numa rede peer-to-peer, todas as alterações à blockchain têm de ser verificadas quanto à consistência entre as redes participantes. Sem uma função de hash de transação, seria necessário validar continuamente todas as operações, gerando enorme ineficiência.

Para simplificar, imagine a analogia de uma geladaria. Suponha que calcula manualmente, com papel e caneta, os lucros e perdas de janeiro. Se detetar um erro no pagamento de natas e açúcar a 5 de janeiro, alterar esse montante obriga a recalcular todas as entradas seguintes até ao final do mês. Este modelo é complexo e altamente ineficiente.

Em contrapartida, uma função hash criptográfica funciona como um software de Excel ou contabilidade, onde a atualização de qualquer valor altera automaticamente os totais em tempo real, sem recálculo manual do registo inteiro. No blockchain, em vez de alterar totais numéricos, o Tx Hash transforma-se numa nova sequência aleatória, refletindo as modificações nas transações.

As Merkle Trees atuam como geradores sofisticados de palavras-passe, convertendo dados em sequências alfanuméricas aleatórias (hashes) associadas às transações correspondentes na blockchain, criando uma estrutura hierárquica em forma de árvore. Estas Merkle Trees permitem verificar rapidamente os dados transferidos entre computadores de uma rede peer-to-peer, garantindo que os blocos recebidos não têm alterações nem danos.

No ecossistema das criptomoedas, uma Merkle Tree é composta por folhas ou nós folha, que correspondem a hashes representativos de blocos de dados, como transações na blockchain. Os nós superiores da Merkle Tree são hashes combinados dos respetivos filhos. Por exemplo, Hash 1 resulta da combinação dos dois hashes inferiores na árvore (Hash 1 = Hash (hash 1-0 + Hash 1-1)).

No topo da Merkle Tree está o Top Hash, ou raiz. Este Top Hash permite que qualquer segmento da árvore de hashes seja recebido de fontes não confiáveis, como uma rede peer-to-peer. Qualquer ramo recebido — correspondente a uma nova transação — pode ser verificado com o Top Hash de referência, identificando se o hash foi corrompido ou adulterado por um agente malicioso. Este mecanismo elimina a necessidade de confiar nos participantes individuais da rede, caracterizando a criptomoeda como um sistema 'sem confiança'.

O que é a Proof of Reserves?

A custódia de ativos nas plataformas de negociação de criptomoedas coloca desafios específicos. A contabilidade tradicional baseia-se em registos, livros e balancetes analisados por auditores externos. Quando surgem discrepâncias, estas são sinalizadas e as contas apenas validadas após resolução. No entanto, algumas plataformas de criptomoeda não recorrem a auditores externos nem supervisão humana dos fluxos de transações.

Consequentemente, surgem perguntas cruciais para os utilizadores: Como confirmar que o depósito permanece intacto após ser creditado na plataforma? Como garantir que a plataforma não usou os seus fundos para outros fins? O saldo visível no ecrã pode não ser suficiente — e com razão.

Apesar da existência de exploradores de blockchain, ficou demonstrado que nem sempre oferecem transparência suficiente para proteger contra práticas maliciosas. A resposta está na conjugação das Merkle Trees com protocolos de Proof of Reserves.

Para aumentar a confiança dos clientes relativamente aos fundos cripto depositados em plataformas centralizadas, várias plataformas de negociação lançaram protocolos de Proof of Reserves. Proof of Reserves consiste num relatório exaustivo de ativos digitais que comprova que o custodiante detém realmente os ativos que afirma guardar em nome dos utilizadores.

Esta implementação recorre a Merkle Trees para comprovar a veracidade da custódia através de dois métodos de verificação. Primeiro, cada utilizador pode encontrar o seu saldo na árvore e provar que os seus ativos estão incluídos no saldo global da plataforma. Segundo, o saldo total é comparado com o saldo público da carteira on-chain para certificar a Proof of Reserves.

Ao utilizar Merkle Trees para apresentar dados de transações imutáveis e mostrar que não foram adulterados, através de mecanismos criptográficos de hash, os clientes podem confirmar que os seus ativos estão em regime de 1:1. Assim, estabelece-se um sistema transparente e verificável que aproxima a custódia centralizada da verificação descentralizada.

Conclusão

As Merkle Trees e a Proof of Reserves constituem inovações essenciais na tecnologia blockchain e na gestão das plataformas de negociação de criptomoedas. As funções de hash oferecem a segurança criptográfica que torna as blockchains imutáveis e à prova de adulteração. As Merkle Trees ampliam essa base, criando sistemas de verificação eficientes que permitem validar rapidamente a integridade dos dados em redes peer-to-peer, sem validação contínua de todas as transações.

A integração das Merkle Trees com protocolos de Proof of Reserves responde a um dos desafios mais críticos no setor das criptomoedas: a confiança nos custodiante centralizados. Ao disponibilizar provas transparentes e verificáveis, estas tecnologias garantem que as plataformas detêm os ativos dos utilizadores em regime de 1:1, estabelecendo mecanismos de responsabilização que protegem os utilizadores e mantêm a eficiência operacional. Com o desenvolvimento do ecossistema cripto, as Merkle Trees e estes mecanismos de verificação mantêm-se fundamentais para fortalecer a confiança e garantir a integridade da custódia dos ativos digitais.

FAQ

O que é uma Merkle Tree em blockchain?

Uma Merkle Tree é uma estrutura de dados criptográfica, patenteada por Ralph Merkle em 1979, que organiza os dados de transação numa árvore hierárquica de hashes. Converte os dados em sequências alfanuméricas aleatórias (hashes) associadas às respetivas transações na blockchain, permitindo às redes validar rapidamente a integridade dos dados, sem necessidade de verificar continuamente todas as operações.

Como as Merkle Trees possibilitam a Proof of Reserves?

As Merkle Trees tornam possível a Proof of Reserves graças a dois métodos de verificação: primeiro, os utilizadores localizam o seu saldo na árvore para provar que os ativos estão incluídos no saldo total da plataforma; segundo, o saldo agregado pode ser comparado com o saldo público da carteira on-chain. Isto viabiliza provas transparentes e verificáveis, comprovando que as plataformas detêm os ativos dos utilizadores em regime de 1:1.

O que é um hash e qual a sua importância para a segurança da blockchain?

Um hash é uma sequência única e imutável de números e letras, gerada a partir de um conjunto de dados de qualquer dimensão. Liga cada novo bloco àquele que o antecede e qualquer alteração dos dados modifica integralmente o resultado do hash. Esta propriedade criptográfica torna as blockchains imutáveis e resistentes a adulterações, pois cada bloco está intrinsecamente interligado com todos os restantes na cadeia.