블록 헤더 | proof of study

블록 헤더가 블록의 핵심 요약 정보와 여러 루트 해시를 담는 방식을 정리합니다.

블록은 여러 트랜잭션을 묶은 단위입니다.

Ethereum.org 문서는 블록을 트랜잭션의 묶음이라고 설명합니다. 그리고 각 블록은 이전 블록의 해시를 포함해서 서로 연결됩니다. 그래서 어떤 과거 블록의 내용이 바뀌면, 그 뒤에 이어지는 블록들의 해시도 함께 달라집니다.

블록을 처음 볼 때는 크게 두 부분으로 나눠 생각하면 쉽습니다.

Block
├── Header
└── Body

Body에는 실제 트랜잭션 목록 같은 데이터가 들어갑니다.

Header에는 블록을 대표하는 요약 정보가 들어갑니다.

왜 헤더가 중요할까

머클 트리 글에서 Root가 계속 나왔습니다.

Root

이 값은 어디에 저장될까요?

블록체인에서는 이런 루트 값들이 블록 헤더에 들어갑니다. 즉 블록 헤더는 큰 데이터 묶음을 직접 들고 있는 것이 아니라, 그 데이터 묶음을 검증할 수 있는 대표값을 들고 있습니다.

그래서 블록 헤더는 단순한 설명 문서가 아닙니다. 블록 안의 데이터와 실행 결과를 검증하는 기준점입니다.

Ethereum.org의 Merkle Patricia Trie 문서는 이더리움 실행 레이어의 블록 헤더에 세 가지 루트가 있다고 설명합니다.

각 루트는 서로 다른 데이터 묶음을 대표합니다.

transactionsRoot는 블록 안에 포함된 트랜잭션 묶음의 루트입니다.

블록 body에 여러 트랜잭션이 들어 있다면, 그 트랜잭션들을 트리 구조로 묶고 루트 값을 계산합니다. 그 루트 값이 블록 헤더의 transactionsRoot입니다.

단순화하면 이런 관계입니다.

Block Body
└── Transactions
    ├── Tx1
    ├── Tx2
    └── Tx3

Block Header
└── transactionsRoot

어떤 트랜잭션이 블록에 포함되어 있는지 검증할 때, 이 루트가 기준이 됩니다.

트랜잭션은 실행되면 결과를 남깁니다. 이 결과를 receipt라고 부릅니다.

receipt에는 트랜잭션 실행 결과와 로그 같은 정보가 들어갑니다. 이 receipt 묶음도 트리 구조로 정리할 수 있고, 그 루트가 receiptsRoot입니다.

Transaction execution
-> Receipt
-> receiptsRoot

transactionsRoot가 “어떤 트랜잭션들이 들어 있었는가”와 연결된다면, receiptsRoot는 “그 트랜잭션들이 실행된 결과는 무엇인가”와 연결됩니다.

stateRoot는 블록 실행 이후의 이더리움 상태를 대표하는 루트입니다.

이더리움의 상태에는 계정, 잔액, 컨트랙트 코드, 컨트랙트 저장소 같은 정보가 포함됩니다. 블록 안의 트랜잭션을 실행하면 상태가 바뀝니다.

이전 상태
-> 트랜잭션 실행
-> 새로운 상태
-> stateRoot

그래서 stateRoot는 특히 중요합니다. 블록 안의 트랜잭션을 순서대로 실행한 결과가 어떤 상태가 되었는지를 대표하기 때문입니다.

노드가 블록을 검증할 때는 트랜잭션을 직접 실행해보고, 자신이 계산한 상태 루트가 블록 헤더의 stateRoot와 맞는지 확인할 수 있습니다.

머클 트리 글에서는 검증자가 이미 Root를 알고 있다고 했습니다.

검증자가 이미 알고 있는 것:
Root

블록 헤더 글에서는 그 말이 더 구체화됩니다.

검증자가 이미 알고 있는 것:
블록 헤더 안의 Root 값들

풀 노드가 어떤 트랜잭션, receipt, 상태 증명을 제공할 수 있습니다. 하지만 검증자는 그 값을 그대로 믿지 않습니다.

검증자는 받은 증거를 이용해 루트 값을 다시 계산하고, 블록 헤더 안의 루트와 비교합니다.

받은 데이터와 증거
-> Root' 다시 계산
-> 블록 헤더의 Root와 비교

그래서 블록 헤더는 큰 데이터 묶음을 직접 들고 있지 않아도, 그 데이터 묶음을 검증하는 기준이 됩니다.

블록 헤더에는 이전 블록과 연결되는 정보도 들어갑니다.

Ethereum.org는 블록이 이전 블록의 해시를 포함한다고 설명합니다. 이 값 덕분에 블록들이 체인처럼 연결됩니다.

Block 1 hash
      ↓
Block 2 header includes Block 1 hash
      ↓
Block 3 header includes Block 2 hash

과거 블록의 내용이 바뀌면 그 블록의 해시가 바뀝니다. 그러면 다음 블록이 들고 있던 이전 블록 해시와 맞지 않게 됩니다. 이 구조가 과거 데이터 변경을 쉽게 드러나게 합니다.

블록 헤더는 블록 전체를 대표하는 작은 요약 정보입니다.

이더리움에서는 헤더 안의 stateRoot, transactionsRoot, receiptsRoot가 각각 상태, 트랜잭션, receipt 묶음을 검증하는 기준이 됩니다.

오늘 기준으로는 이렇게 정리합니다.

블록 헤더는 블록 전체를 대표하는 요약 정보이고, 그 안의 Root 값들은 거래와 상태 같은 큰 데이터 묶음을 검증하는 기준이 된다.