Merkle-Patricia Trie (MPT)

개요

Merkle-Patricia Trie(MPT)는 Ethereum과 같은 블록체인 플랫폼에서 계정 상태, 트랜잭션, 스마트 계약 저장소의 정합성과 검색 속도를 보장하기 위해 사용하는 데이터 구조입니다. 해시 기반 무결성 검증이 가능한 Merkle Tree와 키 기반 빠른 검색이 가능한 Patricia Trie를 결합한 형태로, 탈중앙 환경에서 효율적이고 신뢰할 수 있는 상태 관리 기술로 주목받고 있습니다.

---

1. 개념 및 정의

항목	설명	비고
정의	Patricia Trie의 구조에 Merkle Hash 기능을 결합한 인증 가능한 키-값 저장 구조	블록체인 상태 트리 구현에 최적화
목적	빠른 검색과 구조적 정합성 보장	탈중앙 상태 저장의 핵심
활용 분야	블록체인, 분산 저장, 인증 가능한 데이터베이스 등	Ethereum, IPFS 등

MPT는 블록체인 노드 간 데이터 동기화와 변경 추적의 근간이 되는 핵심 기술

---

2. 특징

항목	MPT	일반 Trie	일반 Merkle Tree
검색 효율	O(log n) 수준	빠름	느림
무결성 검증	가능 (해시 사용)	불가	가능
구조 안정성	동적 키 업데이트 안정성 확보	불안정	안정적이나 느림

Patricia Trie + Merkle Tree의 장점만 결합한 구조로, 신뢰성과 실용성을 모두 갖춤

---

3. 구성 요소

구성 요소	설명	역할
노드(Node)	빈 노드, 확장 노드, 브랜치 노드로 구성	데이터 삽입 및 탐색의 단위
해시(Hash)	각 노드에 대한 RLP 인코딩 후 Keccak256 해시	무결성 검증의 기준점
경로 압축(Path Compression)	공통 접두어를 하나의 노드로 압축 저장	공간 효율성과 검색 속도 향상

Ethereum의 State Trie는 모든 상태(account, storage 등)을 MPT로 표현

---

4. 기술 요소

기술 요소	설명	활용
RLP (Recursive Length Prefix)	노드 직렬화 방식	트리 저장 구조 통일
Keccak256 해시	MPT 노드 해싱에 사용되는 해시 함수	변경 이력 추적 및 인증 가능
Ethereum State DB	MPT 기반 계정, 계약, 저장소 상태 관리	실시간 상태 증명 가능

트리의 루트 해시는 블록 헤더에 포함되어 전체 상태의 무결성을 보장함

---

5. 장점 및 이점

항목	설명	기대 효과
데이터 정합성	해시 기반 노드 연결 구조	블록 위·변조 방지
경량성	경로 압축 및 노드 공유로 저장 공간 최적화	빠른 노드 동기화 가능
검증 용이성	루트 해시만으로 전체 트리 상태 검증 가능	경량 클라이언트에 유리

완전 노드뿐 아니라 Light Client에서도 유효성 검증을 가능하게 함

---

6. 주요 활용 사례 및 고려사항

사례	활용 방식	고려사항
Ethereum	계정 상태(State Trie), 스토리지(Storage Trie) 관리	노드 크기 증가에 따른 스냅샷 처리 필요
zk-Rollups	Merkle Proof와 결합하여 상태 압축 증명	증명 효율성과 포함 증명 처리 비용 고려
블록체인 라이트 클라이언트	트리 루트 해시 기반 상태 검증	정확한 인코딩/디코딩 규칙 구현 필요

MPT의 설계는 변경의 추적성과 증명의 가벼움을 동시에 고려해야 함

---

7. 결론

Merkle-Patricia Trie는 블록체인에서 상태 무결성과 검색 효율을 모두 확보할 수 있는 핵심 데이터 구조입니다. 해시 기반 검증과 경량 클라이언트 친화성을 바탕으로 Ethereum을 비롯한 다양한 분산 시스템에서 채택되고 있으며, 향후 zk기반 확장성과 라이트 클라이언트 아키텍처에도 더욱 중요한 기술로 자리잡을 것입니다.