블록체인은 디지털 정보를 저장하는 기술로, 이 정보는 '블록'이라고 불리는 데이터의 단위로 구성되어 있다. 이 블록들은 서로 '체인'처럼 연결되어 있어서 '블록체인'이라는 이름이 붙었다.
블록체인의 기본 이해
블록체인은 기본적으로 공공 장부(public ledger)의 형태를 취한다. 여기에는 거래와 같은 데이터가 기록되며, 이 데이터는 네트워크에 참여하는 모든 컴퓨터에 복제되어 저장된다. 이러한 구조는 데이터의 변조를 매우 어렵게 만든다. 왜냐하면 한 곳의 데이터를 변경하려면 네트워크 상의 모든 복제본을 동시에 변경해야 하기 때문이다.
합의 알고리즘의 역할
합의 알고리즘(consensus algorithm)의 역할은 네트워크상의 모든 참가자가 데이터(예: 거래)의 유효성에 대해 합의에 이르는 과정이다. 이 과정은 블록체인이 탈중앙화된(decentralized) 환경에서도 안정적으로 작동할 수 있도록 도와준다. 탈중앙화는 블록체인 네트워크가 특정한 중앙 집중식 권한이나 관리자 없이 운영된다는 것을 의미한다.
주요 합의 알고리즘
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작업증명(Proof of Work, PoW)
- 비트코인과 같은 초기 블록체인에서 사용된다.
- 네트워크 참가자(채굴자)가 복잡한 수학적 문제를 풀어야 새로운 블록을 생성할 수 있다. 이 과정은 많은 컴퓨팅 자원을 필요로 한다.
- 새 블록이 생성되면, 다른 참가자들은 그 블록이 유효한지 검증한다. 검증이 완료되면 블록이 체인에 추가되고, 채굴자는 보상을 받는다.
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지분증명(Proof of Stake, PoS)
- 에너지 소비가 적은 대안으로, 이더리움 2.0과 같은 새로운 블록체인에서 사용되고 있다.
- 참가자들은 네트워크의 토큰을 '스테이킹'(staking)함으로써 새로운 블록을 생성하고 검증하는 데 참여할 수 있다. 스테이킹은 일정량의 토큰을 일종의 보증금으로 네트워크에 예치하는 것을 의미한다.
- 블록 생성의 기회는 참가자가 스테이킹한 토큰의 양과 기간에 비례한다. 이는 PoW보다 에너지 효율적이다.
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위임지분증명(Delegated Proof of Stake, DPoS)
- 토큰 소유자들이 대표를 선출하여 네트워크의 거래와 블록 생성을 관리하도록 한다.
- 이 시스템은 더 빠른 거래 처리 속도와 효율성을 제공한다.
- 하지만, 중앙집중화의 우려가 있으며, 네트워크 안정성과 보안에 대한 질문이 제기될 수 있다.
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실용적 비잔틴 장애 허용(Practical Byzantine Fault Tolerance, PBFT)
- 분산 시스템에서 신뢰할 수 없거나 잠재적으로 악의적인 노드가 존재할 경우에도 네트워크가 합의에 도달할 수 있도록 설계되었다.
- 이 알고리즘은 주로 사설 블록체인과 컨소시엄 블록체인에서 사용된다.
- 노드 간의 상호 작용과 정보 공유를 통해 네트워크의 합의 상태를 유지한다.
이러한 합의 알고리즘들은 블록체인 네트워크가 안전하고, 투명하며, 탈중앙화된 방식으로 운영될 수 있게 하는 핵심 요소이다.
작업증명(Proof of Work, PoW)
개념과 작동 원리
- 작업증명은 채굴자가 복잡한 수학적 문제를 해결해야 하는 과정이다. 이 문제는 대답을 찾기 어렵지만, 한 번 찾아지면 그것이 올바른지 검증하기는 쉽다.
- 문제를 해결하는 과정에서 많은 컴퓨팅 파워가 소모되며, 이를 '채굴(mining)'이라고 한다.
- 문제를 해결한 채굴자는 새로운 블록을 네트워크에 제안하고, 이 블록에는 최근의 거래 기록이 포함된다.
- 다른 참가자들은 제안된 블록을 검증하고, 유효하다고 판단되면 블록체인에 추가한다.
장단점
- 장점: 안정성과 보안이 높다. 변조가 거의 불가능하다.
- 단점: 많은 에너지 소비와 환경에 대한 우려가 있다. 또한, 네트워크의 처리 속도가 상대적으로 느리다.
지분증명(Proof of Stake, PoS)
개념과 작동 원리
- 지분증명에서는 채굴자 대신 '검증자(validator)'가 존재한다. 검증자는 블록체인 네트워크에 토큰을 예치(스테이킹)하여 참여한다.
- 새로운 블록을 생성할 때, 네트워크는 다양한 요소(스테이킹한 양, 보유 기간 등)를 바탕으로 검증자를 선택한다.
- 선택된 검증자는 거래를 검증하고 블록에 포함시킨다. 이후 다른 검증자들이 이를 확인하고 승인한다.
장단점
- 장점: 에너지 효율적이며, 처리 속도가 빠르다.
- 단점: 네트워크에 많은 토큰을 보유한 개인이 더 큰 영향력을 가질 수 있어, 중앙집중화의 위험이 있다.
위임지분증명(Delegated Proof of Stake, DPoS)
개념과 작동 원리
- 토큰 소유자들은 자신들의 토큰을 바탕으로 대표(대리인)를 선출한다.
- 선출된 대리인은 네트워크의 거래를 검증하고 블록을 생성하는 역할을 수행한다.
- DPoS는 더 빠른 거래 처리와 효율적인 네트워크 관리를 가능하게 한다.
장단점
- 장점: 효율성과 확장성이 뛰어나다.
- 단점: 대표 선출 과정에서 정치적 요소가 개입될 수 있으며, 네트워크가 일부 대표에 의해 지배될 위험이 있다.
실용적 비잔틴 장애 허용(Practical Byzantine Fault Tolerance, PBFT)
개념과 작동 원리
- PBFT는 각 노드가 다른 노드들과 정보를 교환하며 합의에 이른다.
- 이 방법은 노드 중 일부가 악의적이거나 신뢰할 수 없는 환경에서도 네트워크가 정상적으로 작동하도록 설계되었다.
- 합의 과정은 다수결 원칙에 따라 이루어진다. 즉, 네트워크의 대다수가 어떤 블록을 유효하다고 인정하면, 그 블록이 체인에 추가된다.
장단점
- 장점: 신뢰할 수 없는 환경에서도 높은 수준의 안정성과 보안을 제공한다.
- 단점: 높은 네트워크 대역폭 요구와 복잡한 합의 과정이 필요하다.
비트코인과 작업증명(Proof of Work, PoW)
사례 설명
- 비트코인은 가장 널리 알려진 블록체인 기술로, 작업증명 알고리즘을 사용한다.
- 채굴자들은 복잡한 알고리즘을 풀어 새로운 블록을 생성하고, 이 과정에서 비트코인을 보상으로 받는다.
- 이 알고리즘은 네트워크를 안전하게 유지하는 데 핵심적인 역할을 하지만, 막대한 전력을 소모한다는 비판을 받고 있다.
실제 적용
- 비트코인 네트워크의 보안과 무결성을 유지하기 위해 전 세계 수천 대의 컴퓨터가 작업증명 과정에 참여한다.
- 채굴 난이도는 네트워크의 해시 레이트(hash rate)에 따라 조정되어, 새 블록이 평균적으로 10분에 한 번씩 생성되도록 한다.
이더리움과 지분증명(Proof of Stake, PoS)
사례 설명
- 이더리움은 초기에 작업증명을 사용하다가, 이더리움 2.0 업그레이드를 통해 지분증명으로 전환했다.
- 이 전환의 주요 목적은 에너지 효율성을 향상시키고, 네트워크의 확장성을 개선하는 것이었다.
실제 적용
- 이더리움 네트워크에서 검증자는 이더(ETH)를 스테이킹하여 블록 생성 과정에 참여한다.
- 블록 생성에 참여한 검증자는 거래 수수료와 보상으로 추가 이더를 받는다.
- 지분증명 메커니즘은 네트워크의 에너지 소비를 크게 줄이면서도, 보안과 무결성을 유지한다.
EOS와 위임지분증명(Delegated Proof of Stake, DPoS)
사례 설명
- EOS는 DPoS 합의 알고리즘을 사용하여 높은 트랜잭션 처리 속도와 확장성을 제공한다.
- 이 시스템에서는 토큰 소유자들이 대표를 선출하여 네트워크를 관리한다.
실제 적용
- EOS 네트워크에서는 토큰 소유자들이 투표를 통해 '블록 프로듀서(block producers)'를 선출한다.
- 선출된 블록 프로듀서들은 거래를 검증하고 블록을 생성하는 책임을 지닌다.
- 이 시스템은 빠른 거래 처리를 가능하게 하지만, 네트워크의 중앙집중화에 대한 우려가 있다.
하이퍼레저 패브릭과 PBFT
사례 설명
- 하이퍼레저 패브릭은 기업용 블록체인 플랫폼으로, PBFT와 유사한 합의 메커니즘을 사용한다.
- 이 플랫폼은 노드 간의 신뢰를 기반으로 안전하고 효율적인 네트워크 운영을 목표로 한다.
실제 적용
- 패브릭 네트워크에서는 다수의 참여 노드가 트랜잭션을 검증하고 합의에 이른다.
- 이 시스템은 특히 사설 네트워크에서 효과적이며, 기업 간 거래 또는 데이터 공유에 적합하다.
