# 루트 노드

## 개요

**루트 노드**( Node)는 블록인 기술에서 특히 **머클 트리**(Merkle Tree)와 같은 데이터 구조에서 중심적인 역할을 하는 개념이다. 루트 노드는 트리 구조의 최상위에 위치하며, 하위 노드들에 포함된 모든 데이터의 해시 값을 요약한 형태로 존재한다. 이는 블록체인의 무결성 검증, 데이터 압축, 효율적인 거래 검증 등에 핵심적인 기능을 제공한다.

특히 비트코인과 이더리움과 같은 주요 블록체인 네트워크에서는 각 블록 내 거래 정보를 머클 트리를 통해 요약하고, 그 결과로 생성된 **머클 루트**(Merkle Root)를 블록 헤더에 포함시킴으로써 신뢰성 있는 데이터 구조를 구현한다.

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## 루트 노드의 개념과 구조

### 머클 트리와 루트 노드

루트 노드는 일반적으로 **이진 트리**(Binary Tree) 형태의 머클 트리에서 최상단에 위치한다. 머클 트리는 다음과 같은 방식으로 구성된다:

- **리프 노드**(Leaf Nodes): 실제 데이터(예: 거래 해시)를 포함한 가장 하위의 노드들.
- **비리프 노드**(Non-Leaf Nodes): 두 개의 자식 노드 해시 값을 결합한 후 해시 함수를 적용하여 생성됨.
- **루트 노드**: 최종적으로 하나의 해시 값으로 모든 리프 노드의 정보를 요약한 노드.

예를 들어, 네 개의 거래(TX1, TX2, TX3, TX4)가 있을 경우:
```
        [Root]
       /      \
   [H12]      [H34]
   /   \      /   \
[TX1] [TX2] [TX3] [TX4]
```

여기서:
- H12 = Hash(TX1 + TX2)
- H34 = Hash(TX3 + TX4)
- Root = Hash(H12 + H34)

이처럼 루트 노드는 전체 트리의 해시를 대표하며, 하나의 값만으로 수많은 거래의 무결성을 검증할 수 있게 한다.

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## 블록체인에서의 역할

### 1. 블록 헤더에 포함되는 머클 루트

모든 블록체인 블록은 **블록 헤더**(Block Header)를 포함하고 있으며, 이 헤더에는 머클 루트가 포함된다. 머클 루트는 해당 블록에 포함된 모든 거래의 해시 요약값이다.

- **무결성 보장**: 블록 내 거래 중 하나라도 변경되면 머클 루트가 달라지므로, 헤더의 값과 비교하여 쉽게 조작 여부를 감지할 수 있다.
- **경량화된 검증**(SPV): 가벼운 클라이언트(예: 모바일 지갑)는 전체 거래를 다운로드하지 않고도, 특정 거래가 블록에 포함되었는지 **머클 증명**(Merkle Proof)을 통해 검증할 수 있다.

### 2. 효율적인 데이터 검증

루트 노드를 활용하면, 수천 건의 거래가 포함된 블록이라도 단 하나의 해시 값(루트)만으로 검증이 가능하다. 이는 블록체인의 확장성과 보안성 향상에 기여한다.

예를 들어, 거래 TX2가 특정 블록에 포함되었는지 확인하고자 할 때, 다음과 같은 정보만 있으면 충분하다:
- TX2의 해시 값
- 형제 노드 H1 (TX1의 해시)
- 형제 노드 H34

이 정보를 바탕으로 경로를 따라 해시를 재계산하고, 최종적으로 블록 헤더의 머클 루트와 일치하는지를 확인함으로써 거래의 포함 여부를 입증할 수 있다.

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## 응용 사례

### 비트코인

비트코인은 각 블록의 거래들을 머클 트리로 구성하고, 그 결과로 생성된 머클 루트를 블록 헤더에 기록한다. 이는 작업 증명(PoW) 과정에서 블록의 유효성을 검증하는 데 사용되며, SPV(Simplified Payment Verification) 지갑이 네트워크를 효율적으로 이용할 수 있도록 한다.

### 이더리움

이더리움은 머클 패트리샤 트리(Merkle Patricia Trie)를 사용하여 계정 상태, 거래, 거래 수령증 등을 관리한다. 각 블록은 세 개의 루트 노드를 포함한다:
- **거래 루트**(Transactions Root)
- **수령증 루트**(Receipts Root)
- **상태 루트**(State Root)

이를 통해 이더리움은 상태 전이의 추적과 검증을 더욱 정교하게 수행할 수 있다.

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## 관련 개념

| 개념 | 설명 |
|------|------|
| **머클 증명**(Merkle Proof) | 특정 데이터가 머클 트리에 포함되어 있음을 증명하기 위한 경로와 형제 노드 정보 |
| **해시 함수** | 입력 데이터를 고정 길이의 해시 값으로 변환하는 함수 (예: SHA-256) |
| **SPV**(Simplified Payment Verification) | 전체 블록체인을 다운로드하지 않고도 거래 유효성을 검증하는 방식 |

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## 참고 자료 및 관련 문서

- Nakamoto, S. (2008). *Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System*
- Ethereum Yellow Paper
- "Merkle Trees" - Wikipedia (https://en.wikipedia.org/wiki/Merkle_tree)
- 비트코인 공식 문서: https://developer.bitcoin.org/

루트 노드는 블록체인의 신뢰성과 효율성을 보장하는 핵심 구성 요소로, 분산 네트워크 환경에서 데이터 무결성과 검증의 기반이 된다.