블록체인 합의 메커니즘의 최종 가이드

2022년 3월 10일, 13:00 KST
업데이트 Jisoo Kim
2022년 3월 10일, 13:00 KST
요약
  • 합의 메커니즘은 모든 블록체인의 중심 요소이며 네트워크의 보안성과 신뢰성을 보장한다.
  • 시간이 지나면서 점점 더 많은 메커니즘이 개발되었으며 이들 각각에는 장점과 단점이 있다.
  • 하지만 왜 합의가 필요하고 합의 절차에는 무엇이 있을까?

작업 증명, 지분 증명, 아니면 오히려 권한 증명일까? 블록체인의 신뢰성 보장을 위해서는 참여자들이 네트워크 상태에 대한 합의가 필요하다. 이를 달성하기 위해 수년간 많은 새로운 합의 과정이 개발되었다. 이번 기사에서는 무엇이 합의 메커니즘을 구성하는지, 그리고 왜 그것이 블록체인의 기능에 중요한지 자세히 살펴본다.

블록체인 기술은 2009년 나카모토 사토시라는 익명의 인물이 비트코인 블록체인을 출시하면서부터 존재해왔다. 실험으로 시작한 것이 이제는 세계적인 움직임이다. 이러한 성장으로 인해, 작업 증명이라고 불리는 합의 메커니즘을 사용하여 비트코인을 채굴하기 위해 특별히 제작된 하드웨어가 요구되고 있다. 과거에는 자신의 컴퓨터에서 채굴이 가능했다. 처음에는 컴퓨터 프로세서만 있으면 충분했고, 그 다음에는 그래픽 카드로 업그레이드해야 했다. 오늘날 채굴은 전기가 싼 전문 채굴장소이어야 성과를 낼 수 있다.

비트코인의 경우 작업증명을 통한 채굴에 많은 전기가 필요하다. 전문 채굴기기가 알고리즘을 풀기 위해 연산력을 소모하기 때문이다. 이 알고리즘은 Sha-256이라고 불리며 이 솔루션이 성공적이면 소위 말해 블록 보상이 지급되며 그 보상이 바로 비트코인이다.

높은 에너지 소비로 인해, 많은 블록체인은 현재 선호되는 합의 메커니즘으로 작업 증명에서 벗어나고 있다. 업데이트 “병합”이 임박함에 따라 이더리움은 더 이상 작업 증명서에 의존하지 않게 되었다 그런 다음 스테이크 증명이라는 다른 방법을 통해 합의에 도달할 것이다.

하지만 합의 메커니즘이 정확하게 무엇이며 그것은 왜 필요할까? 블록체인이 어떻게 작동하는지 자세히 살펴보자. 

블록체인이 작동하는 방식

컨센서스라는 단어는 “합의”를 의미한다. 구체적으로 말하자면 그것은 질문에 대한 사람들의 만장일치의 의견을 의미한다. 이는 모든 블록체인의 중심 요소를 나타낸다. 

블록체인에서 거래는 이른바 검증자에 의해 블록에 저장된다. 그리고 이것들은 무한히 계속되는 사슬을 형성한다. 그래서 “블록체인”이라는 이름이 붙었다. 블록체인은 전 세계의 독립적인 컴퓨터 커뮤니티에 의해 유지되는 공개 분산 데이터베이스이다.

이 독립 커뮤니티는 노드 및 검증자에 의해 관리되는 P2P 네트워크를 형성하며 이들은 블록체인의 상태를 확인한다. 데이터베이스가 변조되지 않도록 하기 위해서는 전체 참여자 대다수가 블록체인의 동일한 지위를 인식하고 공감대를 찾아야 한다.

그러므로 합의 메커니즘은 참여자들 간의 블록체인의 지위에 대한 합의를 달성하는 알고리즘이다. 이 메커니즘은 모든 참가자가 동일한 데이터베이스 복사본을 가질 수 있도록 하기 위해 사용된다. 

이 경우 51% 어택이라고 하는 동일한 조작 상태에 과반수가 동의해야만 네트워크가 뒤집힐 수 있다. 특정 웹 사이트에서 컴퓨팅 파워를 대여할 수 있기 때문에 특히 작은 작업 증명 블록체인의 경우는 위험하다.

부분적으로 높은 에너지 소비와 51%의 어택으로 인해 최근 몇 년 동안 다른 합의 방법이 개발되었다. 어떤 방법은 다른 것보다 더 성공적이었지만 아직까지는 완벽한 합의 절차가 존재하지 않는다.

가장 잘 알려진 합의 절차

작업 증명(POW: Proof of Work)

작업 증명(POW)은 가장 오래된 합의 방법이다. 여기서 계산력을 통해 합의가 이뤄진다. 참가자들에게는 하드웨어를 이용해 풀어야 하는 복잡한 산술문제가 출제된다. 그들은 자원(하드웨어와 에너지) 사용에 대한 보상을 받는다. 현재 작업 증명에서 벗어나려는 움직임이 있으며 이는 주로 에너지 소비가 높기 때문이다. 작업 증명을 기반으로 한 잘 알려진 블록체인은 이더리움, 비트코인 그리고 모네로다.

지분 증명(POS: Proof of Stake)

지분 증명(POS)는 아마도 작업 증명 다음으로 가장 인기 있는 합의 메커니즘일 것이다. 여기서 제공되는 자산과 충당부채의 존속기간에 따라 합의가 이루어지기 때문에 ‘지분증명’을 의미한다. 스테이크 증명은 비트코인의 높은 에너지 소비에 대응하여 2012년에 시작되었다. 지분 증명에는 채굴이 없기 때문에 컴퓨팅 능력으로는 네트워크를 활용할 수 없다. 공격자들은 이를 위해 유통되는 코인의 절반 이상을 획득해야 한다. 안전 확인 블록체인의 잘 알려진 예로는 솔라나아발란체가 있다. 

위임 지분 증명(DPOS: Delegated Proof of Stake)

위임 지분 증명(DPOS)는 스테이크 증명에서 발전했으며 잘 알려진 메커니즘이다. 여기서는 네트워크의 특정 작업을 담당하는 위임자가 민주적으로 선출된다. 블록 검증, 블록체인 상태 확인 등이 과제다. 유권자의 투표권은 보통 토큰 수에 따라 가중치가 부여된다. 카르다노, 이오스, 트론, 코스모스와 같은 블록체인은 위임 지분 증명을 사용한다.

덜 알려진 합의 메커니즘

개인 증명(POP: Proof of Person)

개인 증명은 덜 알려진 합의 메커니즘이다. 여기서 네트워크 참가자들은 자신이 실제 사람임을 증명하므로 네트워크 활동에 참여할 수 있다. 이 증거는 특정 작업이나 생체 데이터를 통해 제공될 수 있다. 각 개인은 네트워크에서 한 번만 나타낼 수 있기 때문에 이것은 분산에 특히 유리하다. 개인 증명의 일부 형태에 기반한 블록체인에는 이데나와 휴머노드가 포함된다.

권한 증명(Proof of Authority)

권한 증명은 신뢰할 수 있는 참가자를 선택하기 위해 사용되며, 그런 다음 특정 작업을 수행할 수 있다 선발은 보통 참가자들의 평판에 따라 달라진다. 참가자들은 블록체인의 검증자로 고려되기 전에 신청 절차를 거친다. 그 과정은 보통 신청자의 실제 신분에 기초한다. 이는 권한 증명 네트워크에 대한 높은 수준의 신뢰성을 보장하지만 동시에 보안 위험을 수반한다. 가장 잘 알려진 인증 블록체인의 예는 이전에 바이낸스 스마트 체인으로 알려진 BNB 체인이다.

작업 증명 대 지분 증명: 어떤 것이 가장 좋을까?

작업 증명은 가장 안전한 합의 알고리즘으로 간주되지만, 많은 블록체인은 현재 스테이크 증명을 선호한다. 이는 주로 환경적 요인과 관련이 있지만 블록체인의 확장성도 큰 역할을 한다. 비트코인 네트워크는 디지털 골드처럼 거래량이 적어 보안을 최우선으로 선택할 수 있지만, 이더리움 같은 네트워크는 근본적으로 빠르고 저렴한 거래에 의존하는 상황이 다르다.

따라서 지분 증명은 이러한 블록체인에 대해 더 매력적인 합의 방법이다. 하지만 여기에는 몇 가지 약점도 있다. 주된 비판은 그것이 “부자”를 더 부유하게 만들고, 보통 중앙 집중식 네트워크를 만든다는 것이다. 예를 들어 이더리움 네트워크 검증자는 32 ETH(약 8만 7천 달러)가 승인되어야 한다. 이는 신규 투자자와 소액 투자자의 진입장벽이 큰 반면 필요한 자본이 있는 투자자는 스테이킹 보상을 쉽게 챙기면서 소액 투자자와 대형 투자자의 격차를 더 벌리게 된다.

블록체인 트릴레마(trilema)는 합의 절차 선택에 적용된다. 블록체인은 한쪽 요소가 다른 한 쪽을 희생해야만 얻을 수 있기 때문에 탈중앙화, 확장성, 보안이라는 원하는 자질을 한 번에 충족시킬 수 없다는 것이다. 원칙적으로 확장 가능한 블록체인은 매우 분산적이지 않으며 안전한 블록체인은 다소 느리다. 남은 한 가지 유일한 질문은 원하는 기능 중 어떤 것을 선호하느냐는 것이다. 

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