분산형 네트워크를 기반으로 하는 블록체인 기술은 부패 없는 시스템을 구축하고, 강력한 보안, 투명성 및 불변성을 제공한다는 것은 이미 잘 알려진 사실입니다. 하지만 이러한 중앙 권한이 없는 시스템이 어떻게 운영되는지, 혹은 거래에 대한 의사 결정이 어떻게 검증되는지에 대해 궁금해하신 적이 있으신가요?
블록체인 기술의 핵심적인 약속 중 하나는 커뮤니티 구성원들이 거래의 진실성을 공동으로 검증하는 무신뢰 P2P 시스템을 제공하는 것입니다. 그렇다면 이러한 검증 과정은 정확히 어떻게 이루어질까요? 다양한 블록체인은 ‘합의 알고리즘’이라는 고유한 방식을 활용합니다.
합의 프로토콜이라고도 불리는 이러한 알고리즘은 네트워크 운영의 기본 규칙 집합입니다. 이 주제에 관심이 있으시다면, 본 가이드에서 블록체인 합의 알고리즘의 정의, 목적, 작동 원리, 그리고 오늘날 가장 널리 사용되는 두 알고리즘 간의 차이점에 대해 자세히 알아보세요.
블록체인의 작동 원리
블록체인은 정보의 변조나 해킹을 방지하는 기록 시스템입니다. 분산 원장 기술(DLT)이라고도 하는 블록체인은 탈중앙화된 암호화 해싱을 사용하여 디지털 자산의 안전하고 투명한 기록을 생성합니다.
블록체인은 복잡한 시스템에서 실행되지만, 이해를 돕기 위해 비유를 통해 설명할 수 있습니다. 가장 쉬운 예는 Google 문서입니다. Google 문서를 사용하면 문서를 복사하거나 전송하는 대신 팀 내에서 공유하고 배포할 수 있습니다.
Google 문서는 팀 구성원 모두가 동시에 문서에 접근할 수 있는 분산 네트워크를 활용합니다. 문서에 대한 모든 변경 사항은 실시간으로 기록되며, 어느 누구도 변경을 독점할 수 없으므로 투명성이 보장됩니다.
블록체인의 각 블록은 여러 거래를 포함합니다. 사용자가 새로운 거래를 블록체인에 추가하면 해당 거래 기록이 모든 참여자의 원장에 추가됩니다.
마찬가지로, 체인의 한 블록이 변경되면 해당 변경 사항은 모든 참여 컴퓨터에 즉시 공개됩니다. 시스템을 손상시키려는 해커는 체인의 모든 분산된 버전에서 모든 블록을 동시에 변경해야 하므로 사실상 불가능합니다.
블록체인 합의 메커니즘이란?
합의 메커니즘은 중앙 권한이 없는 그룹 구성원들이 합의에 도달하고 준수하도록 하는 공식입니다. 블록체인 합의 알고리즘은 블록체인 네트워크 내에서 사용자 또는 피어들이 블록체인의 실시간 상태에 대한 공동의 합의 또는 동의에 도달하는 과정을 의미합니다.
합의 프로토콜을 통해 블록체인 네트워크는 분산 원장 내에서 보안을 강화하는 동시에 안정성을 확보하고 다양한 노드 간의 신뢰를 구축할 수 있습니다. 합의 알고리즘은 블록체인 기반의 모든 애플리케이션 또는 DApp 프로젝트의 필수적인 구성 요소입니다.
일반적으로 블록체인 합의 메커니즘은 다음과 같은 세 가지 주요 기능을 수행합니다:
- 블록체인의 다음 블록이 진실의 유일하고 올바른 버전임을 보장합니다.
- 악의적인 공격자가 51%의 해시 파워를 획득하여 시스템을 장악하거나 체인을 분기하는 것을 방지합니다.
- 네트워크의 무결성을 보장하는 데 가장 중요한 요소 중 하나인, 여러 노드를 포함한 네트워크의 신뢰성을 확보합니다. 합의 메커니즘의 핵심 기능 중 하나는 사용자가 동일한 암호화폐를 두 번 사용하는 것을 방지하는 것입니다(이중 지불 방지).
신용 카드나 체크 카드 회사와 같은 기존 금융 서비스 제공업체는 블록체인 회사와 달리 합의 메커니즘을 운영하지 않습니다. 이러한 회사는 네트워크를 자체적으로 제어하기 때문입니다. 신용 카드를 사용할 때마다 정보는 중앙 데이터베이스로 전송됩니다. 신용 카드 사용자는 회사가 거래 과정에서 데이터와 각 주문 프로세스를 모두 안전하게 보호할 수 있다고 믿습니다.
그러나 신용 카드 회사만이 전체 네트워크를 제어하기 때문에 모든 거래를 취소하거나 검열할 수 있는 권한을 가집니다. 검열 권한 외에도 대부분의 중앙 집중식 데이터베이스는 해킹과 손상에 취약합니다.
블록체인과 암호화폐의 세계로 들어오십시오. 이제 탈중앙화된 네트워크 내에서 신뢰할 수 있고 변경 불가능하며 추적 가능한 P2P 거래를 수행할 수 있습니다. 이러한 네트워크는 확립된 규칙을 강제할 중앙 권한이 없기 때문에 다양한 블록체인 합의 알고리즘을 통해 네트워크 참여자 모두가 규칙에 동의하고 준수하도록 합니다.
블록체인 합의 메커니즘의 목표
블록체인 합의 메커니즘의 주요 목표는 다음과 같습니다.
#1. 통합 합의
통합된 합의를 달성하는 것은 합의 메커니즘의 주요 목표 중 하나입니다. 블록체인의 분산 네트워크에 내장된 프로토콜은 프로세스 중에 입력된 모든 데이터가 사실이고 정확하며 원장의 상태가 최신 상태로 유지되도록 합니다. 그 결과, 사용자는 동료를 반드시 신뢰하지 않더라도 안전하게 거래할 수 있습니다.
#2. 공동 경제적 인센티브 생성
블록체인은 자체적으로 규제되는 무신뢰 시스템이기 때문에 모든 참여자의 이익이 일치해야 합니다. 이를 위해 블록체인 합의 알고리즘은 경제적 인센티브를 통해 규칙을 준수하는 사람에게는 보상을 제공하고, 규칙을 위반하는 사람에게는 처벌을 부과합니다.
#3. 공정성과 형평성
합의 프로토콜은 모든 관심 있는 사용자가 동일한 기본 규칙을 사용하여 네트워크에 참여할 수 있도록 합니다. 이러한 공정성은 블록체인 시스템의 탈중앙화와 오픈 소스 특성을 정당화합니다.
#4. 결함 제거
합의 메커니즘은 또한 블록체인이 일관성 있고 안정적이며 결함이 없음을 보장합니다. 즉, 시스템은 외부 실패 및 위협에도 불구하고 항상 독립적으로 작동할 수 있습니다.
블록체인 합의 알고리즘 유형: 작업 증명 대 지분 증명
블록체인 생태계에는 수많은 합의 알고리즘이 존재하며, 새로운 알고리즘이 지속적으로 개발되고 있습니다. 따라서 모든 사용자나 기업가는 다양한 합의 메커니즘의 작동 원리를 이해하고, 부적절한 메커니즘을 식별할 수 있어야 합니다. 블록체인 합의 알고리즘의 기본 원리를 이해한 후에는 가장 널리 사용되는 두 가지 합의 방법의 장단점을 비교해 볼 차례입니다.
작업 증명(PoW)과 지분 증명(PoS)은 가장 널리 사용되는 블록체인 합의 메커니즘입니다. 두 방식 모두 P2P 거래가 확인되고 중앙 권한 없이 블록체인의 공개 분산 원장에 추가되는 과정을 규제합니다. PoW와 PoS의 차이점을 이해하면 포트폴리오 내 암호화폐를 보다 쉽게 평가할 수 있습니다.
작업 증명(PoW)이란 무엇인가?
작업 증명(PoW) 합의 방식은 1990년대 초 이메일 스팸을 처리하기 위해 처음 도입되었습니다. 핵심 아이디어는 사용자가 이메일을 보내기 전에 간단한 작업을 수행하도록 하는 것이었습니다. 이는 합법적인 이메일을 보내는 사용자에게는 작은 부담이었지만, 스팸 메일을 대량으로 보내려는 사람에게는 상당한 리소스와 컴퓨팅 성능을 요구했습니다. 비트코인의 창시자인 사토시 나카모토는 비트코인 백서를 통해 디지털 통화 기술에 이 방식을 최초로 적용했습니다.
A. 블록체인 순서
블록체인은 시간순으로 배열된 거래 그룹을 나타내는 일련의 블록으로 구성됩니다. 작업 증명 기반 블록체인의 첫 번째 블록은 소프트웨어에 하드코딩되어 있으며, 블록 0 또는 제네시스 블록이라고 합니다. 제네시스 블록은 이전 블록을 참조하지 않지만, 블록체인에 추가되는 다른 모든 블록은 이전 블록을 참조해야 합니다. 각 블록은 업데이트된 원장의 복사본을 포함합니다.
B. 에너지 사용
작업 증명 알고리즘은 경쟁 레이스를 통해 누가 원장을 조정할 수 있는지 결정합니다. 암호화폐 채굴자라고 불리는 참가자들은 네트워크 규칙에 따라 유효한 블록을 생성할 자격을 얻기 위해 컴퓨팅 에너지를 사용해야 합니다.
비트코인 소프트웨어를 실행하는 컴퓨터(노드)는 거래를 검증하고, 이중 지출을 방지하며, 제안된 블록이 체인에 추가되어야 하는지 여부를 결정합니다. 비트코인 채굴자들은 ‘해싱’이라는 과정을 통해 복잡한 수학 문제를 풀면서 새로운 블록을 생성할 기회를 얻기 위해 서로 경쟁합니다. 이 수학 문제는 풀기는 어렵지만, 네트워크는 정답을 쉽게 확인할 수 있습니다.
C. 참여
PoW 합의 방식은 컴퓨팅 능력과 암호화를 결합하여 합의를 구축하고 블록체인에 기록된 거래를 검증합니다. 해싱 과정에 참여하는 채굴자는 수학 문제에 대한 정답을 찾아야만 새로운 블록을 체인에 추가할 수 있습니다.
참여 채굴자들은 일련의 의사 난수를 추측하며, 이 숫자를 블록 정보와 결합하여 해시 함수 컴퓨터를 통해 전달할 때 알고리즘에 의해 미리 설정된 조건과 일치하는 솔루션을 찾아야 합니다.
답이 찾아지면 시스템은 정답 해시를 네트워크에 브로드캐스트하여 다른 채굴자들이 유효성을 검증할 수 있도록 합니다. 다른 채굴자들이 해시를 확인하면 블록은 블록체인에 추가되고, 성공한 채굴자는 블록 보상을 통해 보상을 받습니다.
D. 보상 분배
네트워크에서 유효하다고 승인된 블록을 채굴한 사람은 일반적으로 새로운 암호화폐 형태의 블록 보상을 받습니다. 비트코인과 같은 암호화폐의 경우 블록체인은 총 자금 규모를 유한하고 디플레이션으로 유지하기 위해 일정 수의 블록이 생성된 후 블록 보상 금액을 체계적으로 줄입니다.
지분 증명(PoS)이란 무엇인가?
지분 증명(PoS) 합의 방식은 2012년에 처음 도입된 PoW의 개선된 형태입니다. PoW 방식처럼 정답 해시를 생성하기 위해 컴퓨터 간 경쟁에만 의존하는 대신, PoS 합의 프로토콜은 특정 암호화폐를 소유한 사용자의 참여를 허용하는 것을 목표로 합니다. 주요 목표는 주로 PoW의 높은 에너지 소비를 해결하고 블록체인 순서를 결정하는 데 있습니다.
PoS 알고리즘은 미리 정해진 요소들을 사용하여 코인 소유자 중에서 노드를 무작위로 선택하여 블록체인에 다음 블록을 추가합니다. 선택된 노드는 블록에 서명하고 제안하는 것 외에도 블록 내 거래의 유효성을 확인하는 역할도 수행합니다.
A. 블록체인 순서
PoW 메커니즘과 마찬가지로 PoS 합의 방식은 시간순으로 배열된 블록으로 구성됩니다. PoS 기반 블록체인의 첫 번째 블록 역시 제네시스 블록 소프트웨어에 하드코딩됩니다. 블록체인에 추가되는 후속 블록은 이전 블록을 참조하고 업데이트된 원장의 전체 복사본을 전달해야 합니다. 그러나 PoS 방식에서는 참가 노드들이 블록을 추가하기 위해 경쟁하지 않습니다. 그 대신, 새로운 블록은 일반적으로 채굴보다는 위조 또는 주조됩니다.
B. 에너지 사용
PoS 기반 블록체인은 에너지 효율적인 시스템을 사용하여 누가 새로운 블록을 제안할 수 있는지 결정하며, 높은 에너지 소비 및 컴퓨팅 성능에 의존하지 않는 것으로 알려져 있습니다. PoS 합의 메커니즘 지지자들은 이를 개별 노드가 경쟁하는 대신 새로운 블록을 생성할 권한을 할당받는 환경 친화적인 메커니즘이라고 주장합니다.
PoW 채굴과 PoS 채굴 모두 에너지를 소비하므로, 채굴 노드들은 가능한 한 가장 저렴한 형태의 전기를 사용하려 합니다. 이러한 전력은 일반적으로 석탄과 같은 온실가스 배출원이 아닌 수력, 풍력 또는 태양광과 같은 재생 가능 에너지원에서 생성됩니다.
PoS 채굴자는 소량의 에너지 소비를 요구하는 활성 인터넷 연결만 필요로 하는 반면, PoW 채굴자는 블록 생성 기회를 얻기 위해 특수 하드웨어(GPU), 채굴 장비 및 기타 고가의 장치를 구매해야 합니다.
C. 참여
PoS 합의 방식에 참여하고 블록을 체인에 추가할 기회를 얻으려면 사용자는 특정 스마트 계약에 일정량의 블록체인 토큰을 스테이킹하거나 잠가야 합니다. 참여 노드로 선택될 가능성은 스테이킹한 암호화폐의 양에 따라 결정됩니다.
악의적으로 행동하거나 규정된 규칙을 위반하는 사용자는 처벌로 스테이킹한 지분을 잃을 수 있습니다. PoS 알고리즘은 가장 부유한 노드만을 선호하는 것을 방지하기 위해 몇 가지 다른 결정 요인을 활용합니다. 여기에는 순수한 무작위화 또는 노드가 코인을 스테이킹한 기간 등이 포함됩니다.
D. 보상 분배
PoW 합의 메커니즘과 마찬가지로 유효한 블록을 성공적으로 제안한 사용자는 블록체인의 암호화폐 형태의 블록 보상을 받습니다. 코인 소유권이 선택을 결정하기 때문에 일부 암호화폐 거래소는 사용자를 대신하여 스테이킹 서비스를 제공하고 정기적인 지불의 대가로 사용자를 대신하여 스테이킹을 수행하기도 합니다.
PoW 대 PoS: 미래는 어디에 있을까?
작업 증명과 지분 증명 블록체인 합의 알고리즘에 대한 결론은 둘 다 동일한 목적을 달성하기 위해 서로 다른 방식으로 작동한다는 것입니다. 하지만 지분 증명은 시장에서 아직 비교적 새로운 기술이므로, 어느 한 쪽이 승자라고 단정하는 것은 시기상조입니다.
작업 증명은 비트코인 및 이더리움과 같은 대부분의 초기 블록체인에서 전통적인 합의 메커니즘으로 사용되어 왔습니다. 그러나 이더리움은 새로운 합의 방식의 잠재력을 보여주기 위해 새로운 PoS 프로토콜을 도입하는 과정에 있습니다.
PoW 합의 메커니즘은 오랜 기간 동안 블록체인을 보호하는 방법으로 그 가치를 입증해 왔습니다. 그러나 네트워크 확장성에 부정적인 영향을 미치고 거래 처리 속도를 저하시키는 단점이 있습니다. 오늘날에는 막대한 컴퓨팅 성능을 갖춘 대규모 중앙 집중식 채굴 조직이 주도하고 있으며, 그에 따른 비용이 높아 개인 채굴자의 참여 기회는 거의 없습니다.
반면에 PoS 알고리즘은 에너지 효율성이 더 높으며, PoS 기반 네트워크는 더 높은 확장성과 효율적인 거래 처리를 자랑합니다. 그러나 PoS 메커니즘은 참가자가 스테이킹한 암호화폐에 대한 보안성이 상대적으로 낮다는 단점도 있습니다.
결론
PoS는 PoW 메커니즘의 내재된 단점을 해결하고 에너지 효율성 측면에서 더 나은 성능을 제공하기 위해 등장했습니다. 그러나 비트코인은 PoW 방식을 고수하고, 이더리움은 PoS 방식으로 전환하고 있다는 점을 고려할 때, 두 블록체인 합의 알고리즘은 가까운 미래에도 공존할 가능성이 높습니다.
블록체인 노드에 대해 더 자세히 알아보고 싶으실 수도 있습니다.