이더리움은 단순한 암호화폐를 넘어, 다양한 스마트 계약과 분산형 애플리케이션(DApp)을 실행할 수 있는 블록체인 플랫폼으로 발전해왔습니다. 이더리움의 성공적인 작동과 확장성은 그 핵심 구조인 블록체인 시스템에 의해 가능해졌으며, 이는 일반적인 데이터베이스와는 전혀 다른 방식으로 설계되어 있습니다. 특히 이더리움은 스마트 계약 실행, 상태 저장, 트랜잭션 기록 등을 포함한 복합적인 기능을 블록체인이라는 구조 안에서 효율적으로 처리할 수 있도록 구성되어 있습니다. 이번 글에서는 이더리움 블록체인이 어떻게 구성되어 있으며, 각 요소가 어떤 역할을 수행하고 있는지를 단계별로 살펴보겠습니다.
블록과 블록 헤더의 구성 요소
이더리움 블록체인의 가장 기본적인 단위는 '블록'입니다. 각 블록은 블록 헤더, 트랜잭션 목록, 상태 변화 정보 등으로 구성됩니다. 블록 헤더에는 이전 블록의 해시값, 현재 블록의 해시값, 머클 루트, 타임스탬프, 난이도, 논스(nonce), 블록 생성자의 주소, 가스 리밋 등 중요한 정보가 포함되어 있습니다. 이 정보들은 새로운 블록의 유효성을 검증하고, 블록 간의 연결 고리를 유지하는 데 활용됩니다. 이더리움의 블록 헤더는 비트코인보다 더 많은 데이터를 포함하고 있으며, 특히 스마트 계약 실행 결과로 변화된 상태 정보까지 함께 기록해야 하기 때문에 복잡도가 높습니다. 블록 헤더를 기준으로 전체 블록체인이 순차적으로 연결되어 있으며, 이 연결을 통해 데이터 위조나 변조 시도가 원천적으로 차단됩니다.
트랜잭션 구조와 머클 패트리샤 트리
이더리움의 트랜잭션은 단순한 송금뿐만 아니라, 스마트 계약 호출, 배포, 데이터 기록 등 다양한 기능을 포함할 수 있습니다. 트랜잭션에는 보낸 사람의 주소, 받는 사람의 주소, 보낼 이더량, 가스 가격, 가스 한도, 데이터(payload) 등이 포함되어 있으며, 이더리움 가상 머신(EVM)에서 실행 가능한 코드가 첨부되기도 합니다. 이처럼 복잡한 트랜잭션을 효율적으로 처리하고 저장하기 위해 이더리움은 ‘머클 패트리샤 트리(Merkle Patricia Trie)’라는 데이터 구조를 사용합니다. 이 구조는 머클 트리의 무결성과 패트리샤 트리의 검색 효율성을 결합한 형태로, 트랜잭션, 상태, 영수증 데이터를 각각의 트리로 관리합니다. 이 트리를 통해 수많은 상태 데이터를 빠르게 검증하고 업데이트할 수 있으며, 블록체인의 투명성과 성능을 동시에 확보할 수 있습니다.
상태 저장과 계정 기반 구조
이더리움은 비트코인과 달리 계정(Account) 기반 구조를 사용합니다. 즉, 사용자 각각의 주소(계정)에 대한 상태 정보가 지속적으로 블록체인에 저장됩니다. 계정에는 두 가지 종류가 있으며, 하나는 외부 소유 계정(Externally Owned Account, EOA), 다른 하나는 계약 계정(Contract Account)입니다. 외부 소유 계정은 개인키를 가진 사용자가 직접 제어하며, 계약 계정은 스마트 계약이 배포된 주소로 사용자가 직접 조작할 수 없습니다. 각 계정은 상태(State)를 갖고 있으며, 여기에는 이더 잔액, 논스, 스마트 계약 코드, 저장소 정보 등이 포함됩니다. 이더리움은 이러한 상태 데이터를 매 블록마다 갱신하고 저장하는 구조로 운영되며, 이 과정은 트랜잭션 실행 결과에 따라 자동으로 적용됩니다. 상태 데이터는 머클 패트리샤 트리를 통해 관리되어, 특정 상태가 언제 어떻게 바뀌었는지를 추적하는 것이 가능합니다.
가스(Gas)와 실행 비용 관리 구조
이더리움에서는 스마트 계약 실행이나 트랜잭션 처리를 위해 ‘가스(Gas)’라는 단위를 사용합니다. 가스는 블록체인에서 연산을 수행하기 위한 자원 단위이며, 각각의 연산에는 고유의 가스 비용이 부과됩니다. 사용자는 트랜잭션을 보낼 때 가스 가격(Gas Price)과 가스 한도(Gas Limit)를 설정해야 하며, 가스는 실제 이더(ETH)로 환산되어 채굴자 또는 검증자에게 보상으로 지급됩니다. 이 구조는 네트워크 자원을 낭비하지 않도록 유도하며, 무한 루프나 과도한 처리 비용으로부터 네트워크를 보호하는 역할을 합니다. 또한 이더리움의 블록 생성자(지금은 검증자)는 블록당 최대 가스 사용량을 설정할 수 있으며, 이 값은 네트워크 전체의 처리량과도 직결됩니다. 가스 비용은 네트워크 혼잡도에 따라 변동하며, 이는 이더리움 사용자의 전략적인 트랜잭션 처리에도 영향을 미칩니다.
결론
이더리움 블록체인은 단순한 거래 장부를 넘어서, 전 세계적으로 분산된 컴퓨터가 하나의 거대한 실행 환경처럼 작동할 수 있도록 구성된 고도화된 시스템입니다. 블록 헤더, 트랜잭션, 상태 저장, 가스 처리 등 다양한 구조들이 유기적으로 결합되어 있으며, 이 구조를 통해 탈중앙화된 스마트 계약 실행이 가능해졌습니다. 특히 머클 패트리샤 트리, 계정 기반 상태 관리, 가스 시스템은 이더리움 고유의 기술적 강점으로 평가받습니다. 이러한 구조를 이해함으로써 우리는 단순한 사용자에서 한 단계 나아가 이더리움의 근본 원리를 이해하고, 향후 디지털 자산과 스마트 계약을 보다 효과적으로 활용할 수 있는 기반을 갖출 수 있습니다.