1. 블록체인(Blockchain)
거래 기록을 "블록"단위로 묶고, 다른 블록과 암호학적으로 연결(체인)하여 변조가 불가능하게 만든 구조. 중앙 서버가 없어도 누구나 풀 노드를 띄워서 P2P 방식으로 노드 정보 동기화 후 기록을 공유하고 검증한다. 모두가 공유하되 누구도 마음대로 바꿀 수 없는 "공개 장부"를 만드는 기술이며, 신뢰를 중앙 기관이 아닌 수학적/합의적 구조로 보장한다.
피어
나와 연결된 다른 특정 노드들
노드
블록체인 네트워크에 참여하는 모든 각 컴퓨터나 프로그램
풀 노드
블록체인 네트워크의 모든 노드들. 일반적인 서버/PC 전력만 사용하여 누구나 풀 노드를 띄울 수 있다.
1.1 블록체인이 중앙서버 없이 운영되는 방법
풀 노드에 블록체인 전체 데이터(원장)를 모두 저장한다. 각각의 모든 노드가 전체 데이터를 갖고 있다는 의미이다. 네트워크에 새로운 블록이 전파되면, 모든 풀 노드가 독립적으로 검증하게 된다. 검증이 실패하면 그 블록을 거부하며, 누가 만들고 전파한 블록이든 무조건 다시 검증하는 과정을 거친다.
1.2 내가 처음 풀 노드를 띄울 때, "어디서" 노드 정보를 받아오나?
그 어떤 피어로부터도 블록체인 데이터(원장)을 내려받을 수 있다. 첫 피어 접근 방식은 각 블록체인 네트워크 세부 구현 방식에 따라 다르지만, 비트코인의 경우 Bitcoin core 클라이언트 안에 DNS 주소를 하드코딩해 둠으로써 이것을 참고해 피어에 접근한다. 각 노드는 P2P 구조로 이어져 있으며, 각 피어 간 블록을 주고받으며 전체 원장을 복제한다. (토렌트하고 비슷한 느낌)
2. 비트코인(BitCoin, BTC)
중앙기관 없이 개인 간 직접 송금이 가능한 암호화폐. 모든 거래는 블록체인(분산원장)에 기록되고, 채굴자가 작업증명(PoW)으로 블록을 추가해 보안성을 확보한다. 총 발행량은 2100만 개로 한정되어 있고, 채굴자는 블록 보상으로 새롭게 발행된 비트코인과 거래 수수료를 받는다.
PoW(Proof of Work, 작업증명)
블록체인 합의 알고리즘 중 하나. 새로운 블록을 추가하려면 막대한 비용을 들여 난이도 높은 수학적 퍼즐(해시 문제)를 풀어야 한다. 비트코인에서 사용되는 방식이다.
2.1 비트코인에서 PoW가 활용되는 방식
1. 거래 기록 저장
- 거래가 일어나면, 해당 내역이 트랜잭션으로 네트워크에 전파. 트랜잭션은 각 노드의 메모리 풀(mempool)에 저장된다.
- 채굴자는 원하는(일반적으로 높은 수수료) 트랜잭션을 모아서 블록을 만든다. = PoW 해시 퍼즐을 푼다.
(이 때 트랜잭션 간 의존성을 고려하는 게 우선이다)
- 해시 퍼즐을 푸는 과정은 엄청난 비용이 소모된다. (비싼 장비, 전력)
- 퍼즐을 풀고 만들어진 블록은 "검증받을 준비"가 된 상태다.
2. 검증
- 만들어진 블록의 거래 유효성을, 모든 풀 노드가 독립적으로 검증한다. (진짜 코인을 가지고 있는지, 이중지불은 아닌지 등)
3. 블록 생성
- 검증을 통과한 블록은 기존 블록체인의 마지막 블록 뒤에 연결된다. 이를 컨펌(Confirm) 이라 한다.
- 이 때 새 블록은 이전 블록의 해시값을 포함하므로 블록 하나를 조작하려면 이후 모든 블록을 다시 채굴해야 한다.
-> 조작이 사실상 불가
4. 보상
- 채굴자가 블록을 성공적으로 추가하면 "블록 보상"으로 새 비트코인을 발행받고, 블록 내 트랜잭션에 대한 거래 수수료도 획득한다.
2.2 PoW의 리오그, Orphan/stale 블록
블록체인은 분산 네트워크이기 때문에, 잠깐 동안은 체인이 갈라지는(Reorg) 현상이 발생할 수 있다.
리오그(Reorg)
컨펌된 블록 순서에 대한 합의가 깨지고 블록이 재구성되는 현상. 일반적으로는 1컨펌 내에서만 발생하기 때문에, 6컨펌 이상을 신뢰의 기준으로 본다.
Orphan/stale 블록
부모가 없거나, 리오그로 인해 메인 체인에서 제외된 블록이다. 두 채굴자가 동시에 블록 생성 시, 잠시 두 체인이 공존하다가 시간이 지나 더 긴 체인이 선택된다. 짧은 쪽 블록은 orphan(stale) 처리되며, 그 안의 거래는 다시 mempool로 돌아가거나 다른 블록에 재포함된다.
2.3 PoW 방식의 안전성 보장 원리
- PoW 자체의 확률적 안전성과, 경제적 안전성(채굴, mining)이 공존하며, 채굴(mining)에 들어가는 비용이 PoW의 안전성을 보장하는 원리이다.
- 특정 블록을 수정하려면, 이후 모든 블록을 수정해야 하기에 사실상 조작이 불가하다.
-> 블록체인 네트워크는 "가장 긴 체인(누적 작업량 최대)"를 "정본"으로 간주함.
-> 따라서 정상 채굴자는 신규 블록만 생성하면 되는데, 공격자는 기존 블록도 같이 생성해야 해서 경쟁 뒤쳐짐
-> 심지어 경쟁자가 너무 많아서, 51%이상의 해시파워를 갖지 않는이상 사실상 공격 불가
-> 만약 엄청난 투자금을 들여 51%이상을 얻었다고 해도, 블록 생성만으로는 투자금 복구가 어려우며
-> 거래기록 조작을 통해 이득을 취해야 하는데 이 과정에서 중간에 탐지될 확률 높으며,
-> 성공했다고 해도 이걸 매도할 때 가격이 폭락할 확률 높음
투자금도 많이 들고, 공격에 성공해도 이득을 볼 확률이 매우매우 낮다. 그렇게 돈 많은 양반이 굳이 공격할 이유도 없다. PoS는 스테이킹 + 슬래싱 방식으로 채굴을 대체한다.
2.4 어째서 PoW 방식에서는 "채굴(mining)"을 해야 하는가?
비트코인의 해시 풀이, 즉 채굴은 엄청난 전력을 소모하지만 이 계산 자체가 유의미한 값을 도출하지 않는다. 그러나 공격자 입장에서 채굴이라는 엄청난 비용을 감내하게 함으로써, 이 비용 자체가 공격으로부터의 보호막이 된다. 즉 채굴이란 것 자체는 무의미하지만, 채굴을 의무화 시키고 비용을 강제하여 보안성이 향상되는 효과를 가져온다.
그러나 현재 채굴 방식은 막대한 전력 사용으로 비판을 받아오고 있으며, 이더리움의 경우 채굴 대신 스테이킹 + 슬래싱 방식(PoS)를 채택하여 전력 소모를 줄였다.
3. 이더리움(Ethereum, ETH)
비트코인을 확장한 블록체인 플랫폼이며, 단순 송금 기능을 넘어 스마트 컨트랙트를 실행할 수 있다는 것이 특징이다. 네트워크 수수료는 ETH로 지불하며, 발행과 소각이 동시에 이루어져 가치가 조정된다. PoS(지분증명) 으로 보안성을 확보한다.
PoS(Proof of Stake, 지분 증명)
블록체인의 합의 알고리즘 중 하나로, 참여자가 가진 코인 지분(스테이킹 수량)에 따라 블록 생성/검증 권한을 부여하는 방식. 만약 생성/검증 과정에서 악의적인 행동이 검출된다면 슬래싱(slashing) 을 통해 스테이킹 금액이 일부 또는 전부 몰수된다.
3.1 이더리움에서 PoS가 활용되는 방식
1. 거래 기록 저장
- 거래가 일어나면, 해당 내역이 트랜잭션으로 네트워크에 전파. 트랜잭션은 각 노드의 메모리 풀(mempool)에 저장된다.
2. 검증
- 32ETH 이상을 스테이킹한 계정을 대상으로, 내부 알고리즘에 의해 랜덤으로 제안자(proposer)와 검증자(Attestor)를 선정한다.
- 제안자는 블록을 만들고, 다수 검증자가 블록에 대한 투표(attestation)을 진행하여 검증한다.
3. 블록 생성
- 검증을 통과한 블록은 기존 블록체인의 마지막 블록 뒤에 연결된다. 이를 컨펌(Confirm) 이라 한다.
- 만약 제안/검증 과정에서 악의적인 행동(거래 조작, 이중 서명 등)이 검출된다면 슬래싱(slashing) 으로 스테이킹 금액이 일부 또는 전부 몰수된다.
4. 보상
- 제안자의 블록이 성공적으로 추가되면, 제안자와 검증자는 "블록 보상"으로 새 이더리움을 발행받고, 블록 내 트랜잭션에 대한 거래 수수료를 획득한다.
3.2 PoS 방식의 안전성 보장 원리
- PoW의 경우, 채굴에 필요한 막대한 전력이 비용이 보호막
- 이더리움은 제안자로 선정되기 위한 이더리움 스테이크(ETH)에 대한 보유 강제와, 그에 대한 슬래싱이 보호막이다.
- 채굴과 마찬가지로, 슬래싱 비용이 막대하여 공격할 이유가 없다. 공격 효율이 나오지 않는다.
3.3 이더리움의 PoW -> PoS 전환 이유
- PoW는 막대한 전력 사용으로 비판을 받아왔기 때문. PoS는 PoW에 비해 전력 소모가 매우 작다.
- PoS의 검증자 집합이 샤딩 설계/실현에 유리하기 때문 (샤딩: 블록체인을 여러 조각으로 나눠 병렬 처리하는 것)
- 공격 비용을 전력이 아닌 ETH로 만들어 공격 비용, 패널티를 명확하게 한다.
3.4 무한 발행인 이더리움의 가치유지 방법과 소각
이더리움은 소각 메커니즘에 의해 가치를 유지하며, 동적으로 변하는 발행량과 소각량에 따라서 인플레이션 또는 디플레이션 될 수 있다.
이더리움의 발행
- ETH의 발행량은 스테이킹된 ETH 규모가 클 수록 증가하며 동적으로 변한다.
- 그러나 제곱근 비례라서, 스테이킹이 많아질수록 발행량 증가 속도는 둔화된다.
이더리움의 소각
- ETH는 자동으로 기본 수수료(Base Fee) 만큼 소각된다. (EIP-1559 이후)
- 트랜잭션(거래량)이 늘어날수록, 알고리즘에 의해 거래 당 기본 수수료(Base Fee)가 증가한다.
- 기본 수수료 측정 알고리즘은 지수적 특징을 가져서, 트랜잭션이 많아질수록 소각량 증가 속도가 빨라진다.
- 따라서 트랜잭션이 늘어날수록 더욱 많은 ETH가 소각된다.
-> 수요가 늘어날수록 공급이 줄어서, 가격이 폭등할 여지가 있다.
-> 그러나 공급이 줄어든다는 것은 유동성이 낮아진다는 것을 의미하며, 실거래가 어려워질 수 있다.
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