블록체인 합의 메커니즘이 무엇인가요?

여러분이 여러 소대로 구성된 군대의 지휘관이라고 상상해 보세요. 각 소대는 서로 다른 지점에 위치해 있습니다. 이제 특정 시간에 요새화된 한 지역을 공격할 계획입니다. 이를 위해서는 각 소대와 협력하여 모두가 올바른 공격 시간, 위치 및 행동 계획을 알고 있도록 해야 합니다.

하지만 이것은 여러 가지 문제를 야기합니다. 하나 또는 여러 소대가 마지막 순간에 후퇴하기로 결정하면 어떻게 될까요? 또는 그들이 너무 일찍 공격하면 어떻게 될까요? 잘못된 위치에 도착하면요? 소대에 배신자가 있어 계획을 방해하려고 한다면요? 

공격이 성공하기 위해서는 모든 사람이 계획이 무엇인지에 대해 만장일치의 합의에 도달하는 것이 중요합니다. 이 예시는 비잔틴 장군의 문제를 기반으로 합니다. 이는 1982년 논문에 발표된 개념으로, 강력한 통신 시스템을 구축할 때 시스템의 참가자들이 부정직하게 행동할 때 생길 수 있는 문제에 대해 설명합니다. 

Bitcoin은 합의 메커니즘이라고 불리는 것을 구현하여 이 오랜 문제를 해결한 최초의 탈중앙화 시스템이 되었습니다.

블록체인 합의 메커니즘은 두 가지 주요 목표를 달성하는 것을 목표로 하는 자동화된 시스템의 일종입니다.

1. 리더가 없는 네트워크 검증자로 이루어진 탈중앙화 커뮤니티가 블록체인 원장에 있는 신규 및 기존 데이터에 대해 효율적이고 만장일치로 동의할 수 있도록 보장합니다.
    
2. 모든 네트워크 검증자가 프로토콜의 규칙을 따르고 자신의 역할을 정직하게 수행하도록 보장합니다.

데이터 검증은 새로운 정보가 정확하고 유효한지 확인하는 것을 의미합니다. 이는 탈중앙화 시스템, 특히 탈중앙화 화폐 시스템에서 매우 중요합니다. 잘못된 잔액이나 이중 지출 거래와 같이 잘못된 거래 정보가 블록체인에 추가되는 것이 허용된다면, 데이터베이스의 무결성이 완전히 훼손할 것입니다.

무결한 데이터베이스가 없다면, 아무도 그것을 신뢰하거나 사용하지 않을 것입니다.

합의 메커니즘이 해결하는 또 다른 주요 문제는 네트워크 보안입니다. 

Bitcoin의 창시자인 사토시 나카모토는 합의 메커니즘이 다수의 공격(네트워크의 50% 이상에 대한 통제권 확보)을 통해 네트워크를 장악하려는 나쁜 행위자를 효율적으로 저지할 수 있는 시스템으로도 활용될 수 있다는 것을 처음으로 인식했습니다. 이것은 혁신의 혁신이었으며 Bitcoin 프로토콜을 최초로 전 세계에서 실행 가능한 탈중앙화 암호화폐로 확립하는 데 도움을 주었습니다.

여러 블록체인에는 서로 다른 유형의 합의 메커니즘이 사용되지만, 대부분은 검증자 노드가 새로운 데이터 블록을 제안하고 검증할 권리를 부여받기 전에 일정한 투자 및/또는 노력을 할 것을 기본적으로 요구합니다.

이 개념은 간단합니다. 네트워크에 참여하기 위해 자신의 시간과 돈을 투자한 검증자는 이론적으로 네트워크를 무너뜨릴 시도를 할 가능성이 낮습니다. 왜냐하면 그렇게 하면 그들도 잃을 것이 있기 때문입니다.

간단히 말해, 합의 메커니즘은 검증자가 강제(처벌의 위협) 및/또는 인센티브(좋은 행동에 대한 보상 획득)를 통해 규칙을 준수하도록 장려하는 시스템입니다.

앞서 언급했듯이, 오늘날 암호화폐 산업에서 합의를 달성하기 위해 다양한 블록체인에서 여러 가지 방법이 사용됩니다.

이중 가장 인기 있는 두 가지는 작업증명(Proof-of-work, PoW)과 지분증명(Proof-of-stake, PoS) 합의 메커니즘으로 알려져 있습니다.

작업증명은 Bitcoin과 다양한 다른 암호화폐에서 사용되는 합의 메커니즘입니다. 

이 개념은 1993년 컴퓨터 과학자 Cynthia Dwork와 Moni Naor가 스팸 이메일을 방지하기 위해 처음 개발했으며 Nakamoto가 탈중앙화 화폐 시스템에서 사용되도록 조정했습니다.

PoW는 검증자, 즉 "채굴자"가 컴퓨터 장비를 구매, 임대 또는 아웃소싱하고 그 역량을 암호화폐 보상 경쟁에서 이기는 데 사용하도록 요구하는 것이 기본 동작입니다. 이 과정은 일반적으로 암호화폐 채굴로 알려져 있습니다.

채굴의 전체 세부 사항은 여기에서 찾을 수 있습니다.

검증자가 컴퓨팅 장비에 투자하고 이를 운영하는 데 따른 지속적인 비용을 부담하도록 요구하는 PoW의 아이디어는 악의적인 행위자가 이러한 모든 노력을 꺼릴 것이라는 것입니다. 이와 마찬가지로, 블록체인의 보상 인센티브 구조(채굴 경쟁에서 이김으로써 보상 획득)는 정직한 참가자가 보상을 잘 받게 되어 있습니다.

보안을 제공하는 측면에서, 더 많은 채굴자가 네트워크에 참여하고 장비의 정교함이 높아짐에 따라 Bitcoin 블록체인을 공격하는 비용은 기하급수적으로 증가합니다. 왜냐하면 가해자가 네트워크의 나머지 부분에 대해 대다수인 51%를 장악하려면 엄청난 연산 능력을 소싱해야 하기 때문입니다. 그렇다고 해도, 그들이 매 10분마다 채굴 경쟁에서 이겨 성공적으로 유효하지 않은 새로운 블록 체인을 구축할 수 있다는 보장이 없습니다.

지분증명은 2012년 Sunny King과 Scott Nadal이 개척한 비교적 새로운 유형의 합의 메커니즘입니다. 작업증명과 마찬가지로, PoS는 합의 메커니즘이라는 동일한 목표를 독특한 다른 방식으로 수행합니다.

참가자가 PoS 기반 블록체인의 검증자가 되려면 해당 프로젝트의 기본 암호화폐를 스마트 계약으로 구매하고 잠가야 합니다. 이를 스테이킹이라고 합니다.

스테이킹 스마트 계약은 본질적으로 에스크로 계좌처럼 동작하며, 각 블록체인 프로토콜의 특정 약관에 따라 일정 기간 또는 유동적 기간 동안 토큰을 잠급니다.

검증자는 프로토콜에 의해 무작위로 선택되어 설정된 기간 내에서 새로운 블록을 제안합니다. 이를 종종 에포크(epoch)라고 부릅니다. 스테이커는 스테이킹에 할당한 토큰이나 코인의 양을 늘림으로써 새로운 블록 제안에 선택될 가능성을 높일 수 있습니다.

이러한 시스템은 복권 시스템과 유사하게 작동하는데, 복권이 많을수록 잭팟에 당첨될 확률이 높아지는 것과 같습니다. 그러나 다시 말하지만, 복권처럼 매번 이길 것이라는 보장은 없습니다. 한 장의 복권을 가진 사람도 수천 개의 복권 복권을 가진 사람을 이길 수 있습니다. 암호화폐 스테이킹에도 동일하게 적용됩니다.

Peercoin은 이 메커니즘을 지닌 최초의 암호화폐였지만, Ethereum이 2022년에 PoW에서 전환을 완료한 후 PoS 블록체인으로 가장 잘 알려지게 되었습니다.

토큰을 잠그는 것 외에도, Ethereum이 사용하는 것과 같은 일부 PoS 합의 메커니즘은 "슬래싱(slashing)"이라는 과정을 통해 부정직한 행동에 대한 처벌을 관장합니다. 

프로토콜이 악의적인 활동을 의심할 경우, 개인이 잠궈둔 자금은 경고 없이 부분적으로 또는 모두를 압수 당하거나 "슬래시"될 수 있습니다. 이는 나쁜 행동을 강제로 억제하고 모든 네트워크 참가자가 규칙을 따르도록 보장하는 데 도움이 됩니다.

PoW와 PoS 외에도, 앞서 언급한 메커니즘의 새로운 또는 혼합된 버전을 나타내는 수십 가지의 다양한 합의 메커니즘이 등장했습니다. 이들 각각은 비잔틴 장군 문제를 다양한 방식으로 해결하고자 합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

• 활동증명(PoA)
• 역사증명(PoH)
• 중요성증명(PoI)
• 용량증명(PoC)
• 소각증명(PoB)
• 권한증명(PoA)
• 위임된 지분증명(DPoS)
• 경과 시간 증명(PoET)

최고의 합의 메커니즘에 대한 명확한 승자는 없지만, 많은 사람들이 PoS와 PoW 시스템을 가장 효과적이라고 생각합니다.

PoS(스테이킹)에 비해 PoW(채굴)의 주요 장점은 51% 다수 공격에 대해 훨씬 뛰어난 보안을 제공한다는 것입니다. 그러나 이 높은 보안을 달성하기 위해 채굴자들이 집단적으로 소비하는 에너지가 막대하여, 최근 몇 년 동안 많은 환경 운동가, 규제 기관 및 글로벌 기업들이 큰 우려를 표명했습니다. PoW의 에너지 사용은 복잡한 주제이며, 우리는 당사의 글 암호화폐 신화 폭로: “비트코인이 환경을 파괴하고 있다."에서 이 문제를 심층적으로 논의했습니다.

반면 PoS는 에너지 효율성이 훨씬 더 높습니다. 스테이킹을 위해 전기를 많이 소모하는 기계가 필요하지 않으며, 샤딩과 같은 확장 솔루션을 통해 여러 블록이 동시에 검증될 수 있는 잠재력이 있습니다. 

그렇긴 하지만, 둘 다 완벽하지 않으며 각자 고유한 중앙 집중화 문제가 있습니다. 두 경우 모두, 가장 많은 돈을 가진 사람들이 네트워크의 다른 참가자들에 비해 불공정한 이점을 얻을 수 있습니다.

PoW 시스템에서는 대규모 채굴 기업이 산업을 지배하여 소규모의 취미로 하는 채굴자들이 참여하기에는 금전적으로 불가능하게 만듭니다. 

PoS 시스템에서는 대량의 토큰을 스테이킹하는 사람들이 네트워크의 다른 모든 사람들에 비해 새로운 블록을 제안하고 보상을 받을 가능성이 훨씬 더 높습니다.

그럼에도 불구하고, 이는 모두는 아니더라도 대부분의 합의 메커니즘에서 생기는 자연스러운 부산물이라고 주장할 수 있습니다.

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