Bitcoin 채굴: 완전 가이드

Bitcoin 채굴은 Bitcoin 거래를 검증하고 새로운 Bitcoin(BTC)을 유통하는 과정입니다.

Bitcoin 채굴은 다음을 돕습니다.

• Bitcoin Blockchain에 대한 새로운 거래를 제안하고 검증하는 채굴자에게 보상을 제공합니다.

• Bitcoin Blockchain을 공격으로부터 보호합니다.

• 시장에 처음으로 진입하는 Bitcoin 암호화폐의 새로운 단위 생성 및 흐름을 관리합니다.

금과 같은 귀금속을 물리적으로 채굴하는 것과 유사하게, Bitcoin 채굴은 전문 하드웨어, 에너지 및 약간의 운이 필요합니다.

그러나 삽과 패닝 접시 대신, Bitcoin 채굴자들은 목적에 맞게 설계된 컴퓨터 장비를 사용하여 서로 경쟁합니다. 

각 채굴자의 목표는 암호학 기반의 경쟁에서 이기는 것입니다. 각 라운드의 승자는 그들의 노력에 대한 매우 바람직한 블록 보상을 받습니다. 또한 Blockchain에 추가할 보류 중인 거래 데이터의 새로운 블록을 제안할 권리를 부여받습니다.

이 모든 것이 처음이라면, 아래의 Bitcoin 채굴에 대한 완전한 가이드를 계속 읽어보세요.

하지만 보다 심층적이고 기술적으로 이해하고 싶다면, 암호화폐는 암호학을 어떻게 사용하는가?라는 문서를 확인해 보실 수 있습니다.

Bitcoin의 메커니즘을 살펴보기 전에 우선 Bitcoin 채굴이 왜 발생하는지 이해하는 것이 중요합니다.

Bitcoin 네트워크는 중앙은행, 영향력 있는 억만장자 또는 중개 금융 기관에 의해 관리되지 않습니다. 전 세계에 퍼져 있는 자발적 참여자들에 의해 집단적으로 관리되며, 누구나 참여할 수 있습니다. 

이는 Bitcoin이 사용자들의 협력에 의존해 운영되고 작동한다는 것을 의미합니다. 거래를 검증하기 위해 컴퓨터 연산력을 헌정하는 대가로 프로토콜은 채굴자에게 새로운 Bitcoin 암호화폐 단위를 보상합니다. 

인센티브를 제공하여 협력을 장려함으로써 채굴자들은 악의적인 행위자가 네트워크의 과반수를 통제하는 것을 엄두도 나지 않게 비싸게 만들어 네트워크를 보호하는 데 집단적인 도움을 제공합니다.

Bitcoin의 탈중앙화를 더 잘 이해하기 위해, Uber와 같은 전통적인 중앙 집중식 회사를 살펴보겠습니다. 

Uber가 소수의 고위 경영진이 아닌 수백만 명의 택시 기사와 앱 사용자에 의해 공동으로 관리되는 모습을 상상해 보세요. 이러한 탈중앙화된 Uber 모델에서는 모든 관련 당사자가 드라이버의 보수와 드라이브 호출 앱의 기능에 대해 경영진에 의한 결정이 아닌 집단적인 합의가 이루어집니다.

나아가 운영 관리와 앱 개발 등의 중요한 역할을 회사에서 관리하는 대신, 전 세계의 누구나 자신의 장치를 사용하여 집에서 이러한 역할에 기여할 수 있습니다. 이렇게 하면 모든 사람에게 더 접근하기 쉽고 투명한 생태계를 만들 수 있습니다.  

그럼에도 불구하고 이러한 수준의 탈중앙화는 심각한 질문을 제기할 수 있습니다. 누구나 네트워크에 참여할 수 있고 이를 감독할 단일 기관이 없다면, 어떻게 불성실한 사람들이 네트워크를 오염시키려는 시도를 억제할 수 있으며, 모든 사람이 효과적으로 협력하도록 보장할 수 있을까요?

여기서 Blockchain 합의 메커니즘이 등장합니다.

간단히 말해 Bitcoin 채굴은 약 10분마다 반복되는 운의 게임에서 이기기 위한 경쟁입니다.

여기에는 채굴자들이 특수한 기계를 사용하여 무작위 값을 생성하는 것이 포함됩니다. 목표 값을 초과하는 값을 생성하는 사람이 승리합니다. 어려운 점은 채굴자들이 자신이 생성하는 값을 제어할 수 없다는 것입니다. 채굴자들은 그저 새로운 값을 계속 생성해야 하면서 마침내 승리 값을 우연히 발견하게 되기를 바랍니다.

누군가가 승리 값을 생성하면, 그들은 네트워크의 다른 모든 채굴자에게 그 값을 전파하여 유효성을 확인합니다.

이 과정을 이해하는 더 쉬운 방법은 수천 명의 사람들이 동시에 눈을 가리고 루빅스 큐브를 풀려고 시도하는 모습을 상상해 보는 것입니다. 

시작 시점에 각 개인은 동일하게 섞인 큐브를 가지고 있습니다. 경쟁이 시작되면 모든 사람들이 큐브를 돌리기 시작하고, 감독자가 승자를 발표합니다. 나머지 경쟁자들은 눈가리개를 벗고 승자의 큐브를 검사하여 완성을 확인합니다. 그런 다음 경쟁이 다시 시작됩니다.

여기까지 이해하셨나요? 조금 더 깊이 들어가 보겠습니다. 

더 구체적으로 설명하자면, 채굴자들은 목적에 맞게 설계된 컴퓨터를 사용하여 암호화 해시를 생성하는 경쟁을 합니다. 보통 초당 수백만 개의 해시를 생성하며 올바른 해시를 처음으로 추측하는 것을 목표로 합니다.

각 새로운 해시는 루빅스 큐브를 한 번 회전하는 것으로 생각할 수 있습니다. 

가장 먼저 올바른 해시를 추측한 채굴자가 그 블록을 Blockchain에 추가할 권리를 얻습니다. 그 작업에 대한 보상으로, 채굴자는 블록 보상을 받습니다.

Blockchain 합의 메커니즘은 탈중앙화 네트워크의 참가자들이 Blockchain에 들어오는 새로운 데이터에 대해 합의에 도달할 수 있도록 보장하는 컴퓨터 기반 시스템입니다.

Bitcoin 블록과 그 안의 거래 데이터는 Blockchain에 추가되면 영구적으로 변하기 때문에 이 정보가 유효한 것이 중요합니다. 

예를 들어, 네트워크는 사람들이 실제로 가지고 있지 않은 자금을 이체하려고 하거나, 같은 잔액을 두 명의 다른 사람에게 동시에 보내는 "이중 지출"을 시도하지 않아야 합니다.

합의 메커니즘은 네트워크가 이러한 질문에 대해 집단적으로 동의하도록 도와주어 새로운 거래가 Blockchain에 영구적으로 추가되기 전에 프로토콜의 규칙을 따르도록 보장합니다.

Blockchain 기반 네트워크에서 사용할 수 있는 다양한 합의 메커니즘이 있으며, 각 메커니즘은 부정직한 사용자를 걸러내기 위한 특정 방법을 가지고 있습니다. 

Bitcoin은 작업증명(PoW) 합의 메커니즘을 사용합니다. 이는 참가자들이 네트워크의 최선의 이익을 위해 행동하도록 보장하기 위해 컴퓨터 연산력과 에너지를 활용하는 시스템입니다. 

이 방법은 인간 상호작용에 대한 수학적 연구인 게임 이론의 원리를 활용합니다. 참가자들의 직접 참여를 요구함으로써(장비를 구매하고 운영 비용을 부담하게 하여) 작업 증명 시스템은 나쁜 행위자들이 네트워크를 오염시키려는 시도를 억제하는 데 도움을 줍니다.

작업 증명 및 기타 유형의 합의 메커니즘에 대해 더 알고 싶다면, 당사 Kraken Learn Center 기사 Blockchain 합의 메커니즘이 무엇인가요?를 확인해 보세요.

해시는 누군가가 어떤 종류의 입력을 암호화 해시 함수에 통과시킬 때 생성되는 고정 길이 코드입니다.

암호화 해시 함수를 마법의 코드 기계라고 생각해 보세요. 이 기계는 단일 문자에서 백과사전까지 어떤 것이든 받아들여 아주 독특하고 랜덤한 고정 길이 코드로 변환합니다.

수년 동안 다양한 유형의 해싱 알고리즘이 등장했습니다. 각각의 알고리즘은 입력을 받아 무작위 코드로 변환하는 다양한 방법론을 사용합니다.

Bitcoin 네트워크는 본래 미국 국가안보국(NSA)에서 개발한 안전 해시 알고리즘 256(SHA-256)을 사용합니다.

SHA-256 해시는 0~9의 숫자와 A~F의 문자 혼합을 포함하는 28자 고정 길이 16진수 코드입니다. 

입력값의 크기에 상관없이 항상 정확히 같은 길이의 코드를 생성합니다. 예를 들어, "안녕하세요"라는 인사나 "반지의 제왕" 전권을 SHA-256 알고리즘에 통과시키면 두 개의 고유한 28자 해시 코드가 생성됩니다.

해시는 고유한 특성을 가지고 있기 때문에 채굴 과정에서 매우 중요합니다.

해시는 다음과 같은 특징을 가집니다.

• 결정적 - 동일한 입력값은 항상 똑같은 해시 코드를 생성합니다.

• 단방향 - 입력값을 해시로 변환하는 것은 쉽지만, 출력값을 보고 입력값이 무엇인지 알아내는 것은 불가능합니다.

• 무작위 - 해시 코드는 입력값과 전혀 유사하지 않습니다.

• 고유 - 해시에는 결코 동일한 해시가 없습니다.

이러한 특징의 특별한 점은 사람이 입력값을 작은 부분만 수정해도 완전히 다른 출력을 생성한다는 것입니다.

예를 들어, "반지의 제왕" 책에서 한 글자를 변경하면 첫 번째 해시와는 전혀 다른 완전히 새로운 해시 코드가 생성됩니다.

누구나 암호화 해시 함수를 통해 어떤 입력값을 실행하여 해시를 생성할 수 있습니다. 무료 온라인 해싱 계산기를 사용하면 직접 시도해 볼 수도 있습니다.

Bitcoin 채굴 경쟁에서 이겨 블록 보상을 얻으려면, 채굴자는 Bitcoin 프로토콜 자체에 의해 자동으로 설정된 목표보다 같거나 낮은 값을 가진 해시를 생성해야 합니다. 이 값은 목표 해시값으로 알려져 있습니다.

모든 목표 해시값은 앞에 일정한 수의 0이 붙습니다. 프로토콜에 의해 자동으로 설정된 현재 채굴 난이도에 따라 앞에 붙는 0의 개수는 그냥 몇 개일 수도 있고 더 많을 수도 있습니다.

목표 해시값의 앞에 붙는 0이 많을수록 채굴자들은 목표 해시값을 달성하기 어렵고 적을수록 달성하기 쉽습니다.

예를 들어 일반적인 Bitcoin 목표 해시값은 다음과 같이 표시될 수 있습니다.

00000000000a28ba41fe240e0b37

달성하기 쉬운 목표 해시값을 다음과 같은 형태일 수 있습니다.

000agh3h5g6711deabcc650918d9

앞에 붙은 0의 개수가 현저하게 적다는 것을 눈치채셨나요?

사소하게 보일지도 모르겠지만 앞에 0이 하나 더 붙는다는 것만으로도 경쟁이 수백 배는 더 어려워집니다. 

동전을 던져서 연속으로 세 번 앞면이 나오는 것과 스무 번이 나오는 것의 차이라고 생각할 수 있습니다.

각 새로운 거래 블록의 목표 해시값은 이전 블록의 일부로 네트워크에 처음 전파됩니다. 이 정보는 블록 헤더에 저장되는데, 이 때 블록 헤더는 여러 중요한 식별 정보를 저장하는 Bitcoin 블록의 일부입니다.

블록 헤더 안에는 nonce이라고 불리는 값이 있으며, 이는 "한 번 사용되는 숫자(number used once)"의 약자입니다. 

목표 해시값을 달성하기 위해 해시를 생성할 때, 모든 채굴자는 이전 블록의 블록 헤더를 가져와 nonce를 새로운 숫자로 변경하고 SHA-256 해싱 알고리즘을 통해 실행합니다. nonce 값이 변경될 때마다 완전히 새로운 해시가 생성됩니다.

채굴자들은 어떤 입력값이 어떤 해시를 생성할지 알 수 없기 때문에 목표를 달성하는 것은 단순히 시행착오의 문제입니다. 

추측하고 확인하는 과정은 한 채굴자가 현재 목표 해시와 동일하거나 더 많은 0이 붙은 해시를 성공적으로 생성할 때까지 계속됩니다.

승리한 채굴자는 Blockchain에 있는 다른 모든 채굴자들이 독립적으로 검증할 수 있도록 새로운 거래 데이터 블록을 제안합니다. 채굴 경쟁에서 이기지 못한 다른 채굴자들은 제안된 블록이 유효한지 독립적으로 검증합니다.

채굴 시 난이도가 증가하면, 채굴과 관련된 비용도 증가합니다.

이로 인해 솔로 채굴자가 손익 분기점을 넘어서 운영하는 것이 어려워지는 경우도 있습니다.

이런 상황에서 많은 독립 채굴자들은 소위 채굴 풀이라는 곳에 자원을 모으기로 결정합니다.

채굴 풀은 처리 능력을 공유하고 그들이 얻는 블록 보상을 풀의 모든 구성원에게 비례 배분합니다. 

오늘날 Bitcoin 채굴의 대부분은 이러한 그룹에 의해 이루어지지만, 집에서 암호화폐를 채굴하는 것도 가능합니다.

채굴 경쟁에서 이기고 블록 보상을 받는 것의 용이함 또는 어려움은 세 가지 주요 요소로 귀결됩니다.

1. 해시레이트.

2. 채굴 난이도.

3. 장비.

해시레이트는 Blockchain 네트워크의 모든 채굴자의 총 계산 능력을 추적하는 데 사용되는 지표입니다. 간단히 말해, 이는 각 채굴자가 자신의 기계로 생성하는 초당 해시 수를 결합한 것입니다. 

이 측정값은 Blockchain의 채굴 네트워크의 총 규모와 다수 공격에 대항하는 보안 수준에 대한 통찰을 제공합니다.

네트워크의 해시레이트가 높아지면 채굴 난이도가 증가하고, 해시레이트가 낮아지면 채굴 난이도도 낮아지는 경우가 많습니다.

루빅스 큐브의 사례로 돌아가 설명하자면 큐브를 해결하기 위해 경쟁하는 사람이 많을수록 이길 확률은 낮아지는 것과 같습니다.

Bitcoin 프로토콜에는 채굴 경쟁의 난이도를 자동으로 조정하여 채굴자들이 최대한 10분 블록 시간 목표에 가까운 시간에 새로운 블록을 발견하도록 보장하는 내장 기능이 있습니다.

위에서 설명했듯이 새로 발행된 Bitcoin은 채굴자가 목표 해시값을 성공적으로 달성하고 Blockchain에 새로운 블록을 추가할 권리를 부여받을 때마다 블록 보상을 통해 유통됩니다.

네트워크에 새로운 채굴자가 점점 늘어나면서 새로운 코인이 시장에 넘쳐나지 않도록 하기 위해 Bitcoin 프로토콜의 창시자인 사토시 나카모토는 출시 전 이 문제를 관리하기 위해 알고리즘적 난이도 조정 시스템을 프로토콜에 코딩했습니다.

Bitcoin 채굴 난이도 알고리즘은 2,016 블록(약 2주마다)마다 프로토콜이 채굴자들이 각 블록의 승리 해시값을 발견하는 데 걸린 시간을 확인하고 그 시간을 20,160분(10 x 2,016)과 비교하도록 설정되어 있습니다. 

갑자기 Bitcoin을 채굴하는 사람의 수가 급증하고 새로운 블록의 발견 속도가 급격하게 빨라지면 알고리즘은 목표 해시 난이도를 증가시켜(앞쪽에 붙은 0의 개수를 증가시켜) 채굴자들의 발견 속도를 늦춥니다. 

반대로 채굴자의 수가 줄어들거나 새로운 블록을 발견하는 데 걸리는 시간이 지나치게 느려지면 알고리즘은 이후의 목표 해시를 더 쉽게 만들어(앞쪽에 붙은 0의 개수를 줄여) 속도를 조절합니다.

루빅스 큐브의 난이도를 조정하는 것이라고 생각해 보세요. 큐브의 행 수를 늘리거나 줄이는 것입니다.

예를 들어 3x3 큐브는 5x5 큐브보다 훨씬 쉽게 해결할 수 있습니다.

많은 채굴자들은 네트워크에서 다른 사람들보다 경쟁에서 유리한 고지를 차지하기 위해 애플리케이션 전용 집적 회로(ASIC) 채굴 장비를 사용합니다. 이 기계들은 초당 수억 개의 해시를 생성할 수 있으며, 병렬 실행을 통해 소유자가 블록 보상을 받을 확률을 높일 수 있습니다.

Riot Platforms, Marathon Digital 및 CleanSpark Inc.를 포함한 여러 대형 공개 기업들이 현재 수천 대의 ASIC 채굴 기계를 포함한 대규모 암호화폐 채굴 시설을 운영하고 있습니다.

이러한 대형 업체들의 참여로 Bitcoin의 전체 해시레이트가 급격히 증가하여 새로운 블록을 발견하기가 점점 더 어려워지고 있습니다.

누구나 여러 무료 온라인 해시레이트 차트를 사용하여 특정 시점에 현재 Bitcoin 해시레이트가 어떻게 되는지 확인할 수 있습니다.

채굴 시 난이도가 증가하면, 채굴과 관련된 비용도 증가합니다.

이로 인해 솔로 채굴자가 손익 분기점을 넘어서 운영하는 것이 어려워지는 경우도 있습니다.

이런 상황에서 많은 독립 채굴자들은 소위 채굴 풀이라는 곳에 자원을 모으기로 결정합니다.

채굴 풀은 처리 능력을 공유하고 그들이 얻는 블록 보상을 풀의 모든 구성원에게 비례 배분합니다. 

오늘날 Bitcoin 채굴의 대부분은 이러한 그룹에 의해 이루어지지만, 집에서 암호화폐를 채굴하는 것도 가능합니다.

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