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1. 머클 트리(Merkle Tree)

1. 정의
   머클 트리는 데이터를 계층적 구조로 해시(암호학적 해시 함수)하여 정리한 ‘트리(Tree)’ 구조입니다. 각 **리프 노드(leaf node)**는 실제 데이터(예: 트랜잭션)를 해시한 값이고, 리프 노드가 아닌 **내부 노드(internal node)**는 자식 노드의 해시를 합쳐 다시 해시한 값으로 구성됩니다.
2. 구조적 특징
   • 보통 2개의 자식 노드를 해시해서 부모 노드를 만드는 이진 머클 트리(Binary Merkle Tree)가 많이 쓰입니다.
   • 트리의 가장 꼭대기에는 모든 데이터를 대표하는 최종 요약값인 머클 루트가 위치합니다.
3. 장점 및 활용
   • 데이터 무결성 검증: 머클 트리의 루트 해시만으로 전체 데이터가 올바른지 빠르게 확인할 수 있습니다.
   • 효율성: 특정 데이터(트랜잭션)가 실제로 머클 트리에 포함되어 있는지 부분적 정보(머클 패스)만으로 검증 가능합니다.
   • 분산 환경에서의 이점: 블록체인과 같은 네트워크 환경에서 대용량 데이터를 전부 다운로드하지 않고도 특정 정보가 유효한지 검증할 수 있습니다.

2. 머클 루트(Merkle Root)

1. 정의
   머클 루트는 머클 트리의 최상단 노드, 즉 모든 리프 노드(실제 데이터 해시)들을 계층적으로 해시해서 나온 최종 결과값입니다.
2. 역할
   • 머클 트리 전체의 유일한 ‘대표 해시 값’ 역할을 합니다.
   • 블록체인에서 블록 헤더(Block Header)에 포함되어 블록 내 전체 트랜잭션의 무결성을 요약합니다.
3. 특징
   • 하나의 머클 루트 값은 해당 트리에 포함된 모든 데이터가 변경 없이 동일함을 증명합니다.
   • 데이터 중 한 개라도 변조되면 최종 루트 해시가 달라집니다.

3. 머클 패스(Merkle Path)

1. 정의
   머클 패스(또는 머클 증명, Merkle Proof)는 특정 리프(데이터)가 머클 트리 내에 포함되어 있음을 증명하기 위해 필요한 해시 값들의 집합 또는 경로를 말합니다.
2. 구조
   • 특정 리프 노드(예: 트랜잭션)의 해시로부터 루트 노드까지 올라가는 과정에서 필요한 형제 노드의 해시들을 순서대로 모아둔 것이라고 볼 수 있습니다.
   • 예를 들어 리프 노드가 왼쪽 자식이라면 오른쪽 자식 해시를 알고 있어야 부모 노드를 재현할 수 있고, 이를 위로 계속 반복해 최종 루트 해시에 도달합니다.
3. 사용 예시
   • 지갑(또는 라이트 클라이언트)이 전체 블록의 트랜잭션 정보를 모두 다운받지 않고, 특정 트랜잭션이 블록에 포함되어 있음을 검증하고자 할 때 머클 패스를 활용합니다.
   • 이때 필요한 것은 (1) 머클 패스에 포함된 해시들, (2) 해당 블록의 머클 루트, 그리고 (3) 검증하려는 트랜잭션 해시 정도입니다.
4. 장점
   • 경량 검증: 전체 트랜잭션을 가지고 있지 않아도 부분 정보만으로 검증이 가능하므로, 네트워크와 저장 공간을 절약할 수 있습니다.

요약

• 머클 트리: 모든 데이터를 해시하여 계층적으로 구성한 트리 구조.
• 머클 루트: 머클 트리의 최상단 해시. 트리에 포함된 모든 데이터를 대표.
• 머클 패스: 특정 데이터가 트리에 포함됨을 증명하기 위해 필요한 최소한의 해시 경로.

이러한 구조는 블록체인뿐 아니라, 대규모 파일 배포 시스템 등 다양한 환경에서 데이터의 무결성 증명 및 부분 검증에 널리 활용됩니다.