📝 블록체인 간단 정리

블록체인이란?

블록체인은 간략히 '분산원장'(分散元帳, distributed ledger) 기술이라고 한다.
다수의 온라인 거래 기록을 묶어 하나의 데이터 블록(block)을 구성하고, 해시(hash) 값을 이용하여 이전 블록과 이후 블록을 마치 체인(chain)처럼 연결한 뒤, 이 정보의 전부 또는 일부를 피투피(P2P) 방식으로 전 세계 여러 컴퓨터에 복사하여 분산 저장·관리하는 기술이다.

블록체인 구조

블록체인은 트랜잭션을 담은 블록들을 블록 해시로 연결한 자료구조이다.

1. 블록

블록은 블록 해시, header, body, 거래 카운트로 구성

1.1. 블록 해시

블록 해시는 블록의 header 정보인 버전, 이전 블록 해시, 머클루트, 타임, bits/target, Nonce 를 모두 더한 합을 SHA-256 으로 변환한 결과 값. header 정보가 변경되면 블록 해시 또한 변경

1.2. Header

A.	버전 
	해당 블록의 버전 정보

B.	이전 블록 해시
	체인으로 연결한 이전 블록의 블록 해시
    
C.	머클루트
	Body에 저장된 트랜잭션들의 해시트리의 루트해시

D.	타임
	해당 블록 생성시간, 1970년 1월 1일 자정부터 경과한 시간을 초단위로 계산

E.	Bits/target
	난이도 해시 목표값, 논스를 조정해 난이도 해시 목표값보다 낮은 해시 값 나오면 블록을 생성. 이를 채굴이라함

F.	Nonce
	난이도 목표 값보다 낮은 해시 값을 구하기 위해 조정하는 변수

1.3. Body

거래내역을 트랜잭션으로 저장. 트랜잭션은 거래내역의 기본단위로 하나의 트랜잭션 당 하나의 거래내역을 기록

1.4. 거래 카운트

거래(트랜잭션)의 개수

2. 체인 연결

하나의 새로운 블록을 구성한 경우, 체인처럼 이전부터 이어져 내려오던 블록체인의 맨끝에 새로운 블록을 연결

위 블록 구조에서 설명한 채굴 방식으로 목표값보다 낮은 해시값을 찾아낼 경우 새로운 블록이 생성되어 기존 블록체인에 연결

새로운 블록은 생성 당시 이전 블록 해시 정보를 가지고 있으며 이를 연결된 이전 번호의 블록 해시와 비교해 해당 블록체인의 무결성을 검증

3. P2P 분산 저장

P2P란 Peer to Peer의 약자로 인터넷에서 연결된 다수의 개별 사용자들이 중개기관을 거치지 않고 직접 데이터를 주고 받는 것을 말함

블록체인의 데이터는 네트워크에 연결된 모든 노드에 복사되어 분산 저장

블록체인 네트워크에서 새로운 거래가 발생할 경우 내역이 네트워크에 연결된 모든 노드들에 전파되어 알려짐

각 노드들은 일정시간 동안 이루어진 모든 트랜잭션를 묶어 새로운 블록을 구성하고 목표값 이하의 해시값을 찾기 위해 서로 경쟁(채굴)

가장 먼저 채굴에 성공한 노드가 경쟁에서 승리하게 되고 이를 모든 네트워크에 알림

네트워크에 참여한 다른 노드들은 새로 생성된 블록의 유효성을 검사하고 문제가 없을 경우 해당 블록의 생성을 승인, 참여한 노드들의 과반수가 이를 승인할 경우 해당 블록은 정식블록으로 채택되어 블록체인에 추가

만약 서로 다른 블록이 동시에 생성될 경우 네트워크는 일정 시간 기다리며 지켜보다 가장 긴 길이를 가진 체인을 선택

이 때 선택되지 못한 블록은 버려져 고아블록(orphan block)이 됨

블록체인 종류

1. 퍼블릭 블록체인

개방형 블록체인으로 누구나 트랜잭션을 생성할 수 있음
누구나 참여할 수 있고 모든 참여자의 상호 검증을 거쳐 신뢰도가 높지만 모든 참여자의 거래 기록을 남기고 공유하느라 처리 속도가 느림

2. 프라이빗 블록체인

폐쇠형 블록체인으로 서비스 제공자의 승인을 받아야만 참여할 수 있으며 주로 기업에서 활용하여 엔터프라이즈 블록체인이라고도 함

3. 컨소시엄 블록체인

여러 기업이 공동으로 참여하는 블록체인

구분	퍼블릭 블록체인	컨소시엄 블록체인	프라이빗 블록체인
관리자	모든 거래 참여자	컨소시엄 소속 참여자	중앙 기관이 모든 권한 보유
거버넌스	정해진 법칙을 바꾸기 어려움	컨소시엄 참여자들의 합의에 따라 변경가능	중앙 기관의 의사결정에 따라 변경 가능
거래속도	네트워크 확장이 어렵고 거래속도가 느림	네트워크 확장이 쉽고 거래속도가 빠름	네트워크 확장이 매우 쉽고 거래속도가 빠름
데이터 접근	누구나 접근 가능	허가받은 사용자만 접근가능	허가받은 사용자만 접근가능
식별성	익명성	식별가능	식별가능
거래증명	PoW, PoS 등 알고리즘에 따라 거래 증명자가 결정됨. 사전에 확인불가	거래 증명자가 인증을 거쳐 알려진 상태	중앙 기관에 의하여 거래 증명이 이루어짐
활용사례	비트코인, 이더리움	R3 CEV, Hyperledger fabric	거래소 플랫폼 ‘Linq’ 엘지, 삼성, 한화 등 국내 대기업의 자체 개발 블록체인

암호화 기술

1. 해시함수

해시의 key를 받아 value를 생성하는 함수

해시란 ‘어떤 데이터를 고정된 길이의 데이터로 변환’하는 것을 의미

단방향 변환으로 해시값을 이용해 원본 데이터를 복원 불가능

ex) SHA-256

2. 머클트리(해시트리)

이진트리의 일종으로 해시로 암호화된 트랜잭션을 저장하는 자료구조

각 인접한 노드(암호화된 트랜잭션)들을 합한 다음,

다시 SHA-256으로 암호화해 해시 결과를 만들어 부모노드를 생성

위 과정을 노드들의 쌍을 지을 수 없을 때까지 반복, 최종적으로 생성된 부모노드를 머클루트라 함

머클트리 노드들이 해시로 이루어진 만큼 블록 내 필드값이 변조될 경우 머클루트 해시값이 변조되는 쇄도 효과가 발생. 이를 통해 블록의 무결성을 유지 및 검증

참고자료

1. http://wiki.hash.kr/index.php/%EB%B8%94%EB%A1%9D%EC%B2%B4%EC%9D%B8#cite_note-5
2. http://wiki.hash.kr/index.php/%EB%A8%B8%ED%81%B4%ED%8A%B8%EB%A6%AC
3. http://wiki.hash.kr/index.php/SHA256
4. https://brunch.co.kr/@skkrypto/2
5. https://steemit.com/kr/@yahweh87/3
6. https://www.kiri.or.kr/pdf/%EC%97%B0%EA%B5%AC%EC%9E%90%EB%A3%8C/%EC%97%B0%EA%B5%AC%EB%B3%B4%EA%B3%A0%EC%84%9C/nre2018-24_02.pdf
7. https://steemit.com/kr/@brownbears/merkle-tree