안녕하세요 :)
알기쉬운 블록체인 2강 강의 노트입니다.
2강에서는 비트코인에 대한 특징, 형태와
채굴에 대한 간단한 정리,
그리고 가장 중요한 블록체인이 당면한
7가지 기술적 문제들에 대해 다루고 있습니다.
7가지 문제를 보니.. 블록체인이 가야 할 길은 아직 먼 것 같네요.. ㅎㅎ
이번 강의 노트도 도움이 되셨으면 좋겠습니다.
제 2강 블록체인의 개요
2-1. 암호화폐 비트코인의 핵심기술, 블록체인(1)
• 비트코인과 관련한 소프트웨어
1) W(Wallet) : 실제로 암호화폐 사용
2) B(Full blockchain) : 모든 거래 기록을 저장하는 기능
3) M(Miner) : 채굴 기능
4) N(Network Routing Node) : 통신을 위한 소프트웨어
| 인터넷 뱅킹(계좌이체) | 비트코인 |
| 계좌 개설시 실명확인 O | 계좌 개설시실명확인 X (익명성 보장) |
| 계좌번호 | 전자지갑 주소 |
| 공인인증서 | 전자서명 |
• 블록 = 10분 단위로 모든 기록을 거래한 장부의 한 페이지
- 여러 계좌이체가 동시다발적으로 발생(계좌 소유주는 나타나지 않음-익명성)
- 이전 블록에 대다수가 옳다고 선정된 ‘블록’이 ‘해시함수’를 통해 ‘체인’에 연결된다.
- 연결이 되면 블록에 있는 거래 내역들은 체인에 연결이 되면 삭제, 수정이 불가하다.
• 비트코인의 특징 : 투명성
- 비트코인은 중앙 은행, 서버가 없기 때문에 모든 비트코인 사용자의 거래내역은 개별 사용자들 pc에 저장되어 있어서 누구든 원하는 사람은 자기 pc에 저장된 블록체인을 살펴보면 비트코인의 흐름을 파악할 수 있다. 이런 성질로 인해 블록체인은 투명성을 갖는다.
• 비트코인의 특징 : 가용성
- 모든 기록이 중앙 서버에 저장되어 있을 경우에 중앙 서버가 해킹 당하면 모든 거래가 마비되는 위험성이 올 수 있으나 블록체인은 개별 사용자 pc에 저장되기 때문에 해킹을 방지하고 24시간 365일 동작할 수 있는 가용성 특징이 있다.
• 블록체인 기술 – 합의(I)
- 전제 : 5명의 사용자가 비트코인을 쓰고 있다
1) A가 최초로 10분 동안 일어난 비트코인 거래기록을 블록에 기록하고 나머지 사용자들에게 회람 후 비교 요청
2) 만장일치로 서로 다른 장부가 존재하지 않을 경우 최초로 옳다고 인정받은 기록을 Genesis Block이라고 하고 A블록은 5명의 PC에 저장.
3) 또 10분이 지나서 B가 10분간의 모든 거래기록이 담긴 블록을 만들었고 회람해서 또 나머지 사람들이 만든 기록과 비교하고 만장일치로 옳으면 B의 기록을 인정해주고 A가 만든 블록에 체인으로 연결한다. A, B 블록에 기록된 데이터는 삭제, 수정 불가하다.
4) 다시 10분이 지나서 C가 블록을 회람했는데 D가 C의 블록과 다르다고 주장해서 의견 불일치가 되어 구성원들 간의 투표가 시행된다.
5) 대다수가 C가 아닌 D가 만든 블록이 옳다고 합의가 되면 D의 블록은 A, B 블록체인에 연결된다.
6) 또 10분이 지나서 E가 뿌리고 만장일치로 옳다고 인정받으면 기존의 블록에 체인으로 연결된다.
• 블록체인 기술 – 합의(II)
전제 : 5명의 사용자가 비트코인을 쓰고 있다
1) 2) 3) 동일
4) C가 만든 블록에 의견 불일치가 나오면 일단 C, D 블록 모두 B에 연결시킨다. A, B, C, D 블록 체인은 삭제, 수정 불가하고 모든 사람들 PC에 저장된다.
5) 10분 후 E는 C와 D 중 어디에 연결해야할지 선택해야 한다. E는 D를 신뢰한다면 D에 연결. 이런식으로 10분이 계속 지나게되면 블록체인의 형태는…
- The Longest Chain Rule : 유효한 장부는 대다수(>50%)의 합의가 모인 (가장 긴) 블록
- 실제로 이런 블록체인 형태에서는 줄이 길다 짧다는 언제든 뒤바뀔 수 있다. 따라서 이런 형태의 블록체인에서는 줄의 차이가 6개 정도 나면 안정화된 것으로 약속을 한다.
- A, B, D는 Decided Block (안정화된 블록) / 나머지 검은색 블록들은 Undecided Block (안정화되지 않은 블록)
• Safety Vs. Liveness
| 형태 | Safety | Liveness |
| 특징 | 선투표 후기록 | 선기록 후투표 |
| 단점 | 무한대기 가능성 | 판정번복 가능성 |
| 해결방법 | 시간 안에 접수되지 않은 투표 기록은 기권한 것으로 간주 | 6개 이상 차이가 나면 더 이상 판정 번복하지 않음 |
| 예시 | Tendermint, Other PBFT-Style Blockchain |
Bitcoin |
- 두개의 장점 결합한 비트코인 만들면 안돼!?
FLP Impossibility Result: 인터넷상에서 판정이 번복도 안되고 무한대기 가능성에 빠지지도 않는 투표 시스템을 만드는 것은 불가능하다는 것을 이론적으로 입증한 논문.
• 사카시 나카모토는 영국 사람이다?
비트코인에서 최초로 생성된 장부에 나타난 문자는 영국 잡지에서 따온 것.
2-2. 채굴(Mining)이란?
- 채굴은 사토시 나카모토만의 독특한 개념
- 비트코인을 얻는 가장 기본적인 방법
• Proof of Work(작업증명) : 참가자가 일을 하고 그에 대한 보상을 받음.
- Sybil Attacks: 블록체인에서 가장 긴 블록이 연결된 데이터를 옳은 데이터라고 인정하지만 해커가 나타나서 다수의 가짜 ID를 이용해 평판도 조작을 통해 Longest Chain을 바꿀 수 있다.
- 개별 사용자가 여러 사람인척하는 것을 주의해야 한다는 것을 말하는 논문.
- 해결책은 사용자가 블록을 만들 때마다 적당히 어려운 암호퍼즐을 풀게 하는 것!
- 사용자가 장부를 만들어 회람할 때마다 암호퍼즐을 풀어야 한다. 정상적인 사용자의 경우 퍼즐을 1개씩만 풀면 된다. 해커의 경우 혼자서 2~300개의 암호퍼즐을 풀어야 한다. 정상적으로 검은색 블록이 증가하는 속도가 해커가 만든 빨간색 블록이 늘어나는 속도보다 빠르다.
- PoW는 비트코인에서 최초로 사용된 것인가?
A : NO. 1992년도에 최초로 제안되었었다. 처음에는 스팸메일을 막기 위해 만들어진 개념이다. 사용자가 메일을 보낼때마다 CRYPTO 퍼즐을 하나씩 풀어야 했다.
2002년도 논문에서는 Denial-of-Service 용도로도 활용되었다.
• 블록체인의 코인 보상체계
- 인프레이션을 방지하기 위해 보상을 받는 가격이 점점 떨어지도록 설계되었다. 4년마다 절반으로 감소. (2009년 - 50비트코인 -> 2013년 - 25비트코인 -> 2016년 – 12.5비트코인)
- 끊임없이 반으로 줄어들면 최종에는 약 2천1백만 개의 비트코인만 존재하게 된다. 따라서, 2140년 5월 7일경 모든 비트코인이 생성될 것으로 예측된다.
- 이후에는 수수료를 떼고 그 수수료를 인센티브으로 주는 방법을 통해 한정된 수량으로도 영구히 운영될 수 있다. (block rewards -> transaction fees)
2-3. 블록체인이 당면한 기술적 한계들
• 블록체인의 Trilemma
1) 탈중앙화(Decentralized)
- 1-CPU-1-Vote Rule : 비트코인을 만들 당시 사토시 나카모토는 모든 참가자가 CPU를 이용해 채굴 작업을 할 것이라 가정했다.
- 암호화폐 가치가 폭등함에 따라 특별히 설계된 전용 채굴 장비가 등장하기 시작했다.
CPU->GPU->FPGA->ASIC (암호퍼즐을 풀기 위한 전용칩까지도 만들어지고 있다.)
- 다수의 채굴 장비를 보유한 참가자들이 뭉치면서 집단화, 세력화되기 시작했다.
- 시가총액 1위의 비트코인인 경우 상위 4개의 전문 꾼들, 2위의 이더리움의 경우 상위 3개의 전문 꾼들이 있어서 두 경우는 탈중앙화가 되기 어렵다는 연구 결과가 있다.
- A. ASIC Resistant Mining Puzzles : 유효한 PoW을 계산하려면 단순히 계산(CPU)만 빨리 하면 되는 것이 아니라, 많은 양의 메모리 또한 필요하게 한다.
2) 확장성
- 블록체인은 모든 구성원들이 투표로 결정을 하기 때문에 사용자가 많아질수록 속도가 떨어지는 문제가 있다. 즉, 규모의 경제를 달성하기 위해서는 사용자가 많아져야 하는데 사용자가 많아질수록 속도가 떨어져 쓸 수가 없게 되는 문제를 일컫는다.
- 중앙 집중형 데이터베이스 시스템에서는 더 많은 서버를 추가하면 됐지만, 탈중앙화된 블록체인에서는 확장이 쉽지 않다.
A. Private Blockchains
- Federated Blockchains : 인터넷상에서 우리를 대신할 대표 컴퓨터를 선정하고 모든 블록에 대한 투표는 선정된 대리자 컴퓨터가 투표에 참여한다.
*한계 : 독재, 간접민주주의 방식은 초기에 사카시 나카모토가 제안한 탈중앙화와 동떨어져 있다.
A. Off-Cain State Channels
- 신용카드를 처음만 보여주고 선불카드를 사는 것과 같은 방식.
- 비트코인을 쓸 때 응용 영역별로 기프트카드를 발행하여 블록체인 부하를 완화시킨다.
*한계 : 게임 이론의 관점에서 볼 때
LN을 사용할 경우 네트워크 거래 수수료가 줄어듦 -> 비트코인을 채굴하는 인센티브가 줄어들 수 있음 -> LN이 비트코인 채굴에 어떠한 영향을 미칠지에 대한 면밀한 분석이 요구됨
*한계 : 거래중개(Alice->Bob->Charlie)발생시의 적법성 문제
A. DB Sharding
- 중앙의 데이터베이스를 쪼개서 병렬처리가 가능하도록 하는 것
- 병렬화 및 보안성을 보장하기 위해, 각각의 데이터가 어떤 샤드에 저장돼 있는지 정확하고 신속하게 알 수 있는 매커니즘이 필요하다.
- 블록체인은 trustless 환경에서 작동하므로, 노드 A는 노드 B를 신뢰하지 않는다. 따라서, 특정 거래가 2개의 샤드로 분할돼 있을 경우, 노드 A는 B에게 다른 샤드에서 작업이 정상적으로 완료됐다는 증거를 제시할 수 있어야 한다.
*한계 : Race Condition 문제
3) 엄청난 양의 에너지 낭비
- 기사 : 비트코인, 지구 온난화 주범되나.. 올 연말 세계 전기 0.5% 쓸듯
- 에너지를 쓰려면 냉각 설비가 필요한데 아이슬란드는 추운 나라라 대규모의 설비를 세우기에 알맞기에 중국, 아이스란드에 꾼들이 많다.
A. PoS (Proof of Stake) : 지분증명
*한계 : 빈익빈 부익부 현상을 초래할 수 있는 증명이기 때문에 아직까지도 면밀히 검토되고 있는 기술이다.
4) 익명성
- 암호화폐의 존재 이유 중 제일 중요한 것은 익명성이다.
- 실제로 해커들은 비트코인이 유행하기 전부터 암호화폐를 써왔다. Deep web, dark web은 정상적인 검색 엔진으로는 검색이 안되는 사이트다. 위 사이트를 검색하기 위해서는 특수한 소프트웨어를 설치해야 한다. 이 사이트에서는 음란물, 마약류, 총기류, 해킹 도구 등을 거래한다. 이런 곳에서 실제로 신용카드를 쓸 수 없으니 암호화폐를 이용해왔다.
- 비트코인에서는 계좌번호의 실명 확인을 거치지 않기 때문에 익명성이 보장된다. 수사당국 입장에서는 수사의 차질 원인이 된다. 여러 나라의 수사기관들은 암호화폐의 익명성을 깨뜨리는 기술을 연구하고 있다. 40%의 비트코인 사용자를 추적할 수 있다는 연구결과도 있다.
A. Cryptocurrency Mixing Service
A. Monero(2014)
기존의 비트코인에 비해 익명성이 극도로 강화되어 있는 암호화폐로 추적이 가장 어렵기 때문에 해커들이 사랑하는 화페다.
5) 거래소 해킹 및 투명성
- 주로 큰 해킹 사건은 거래소와 관련되어 있다. 즉, 거래소가 투명하게 관리가 안되고 있다는 것이 더 심각한 문제라는 것이다. (특정 거래소가 해킹당했다고 신문에 올라오면 거래소 관리자가 먹튀하려고 조작하는거 아냐?하는 댓글들이 제일 많이 올라온다.)
- 암호화폐 거래소는 감사를 정기적으로 받지 않기 때문에 그 안에는 무슨 일이 일어나는지 몰라서 투명성이 굉장히 떨어진다.
6) Abusable Openness : 프라이버시 보호문제
- 블록체인을 열어서 기록된 내용을 볼 수 있게 해주는 프로그램
- 비트코인에서 사용하는 블록체인은 돈 이체 정보들만 있어야 하는게 상식적인데 1.4%는 비트코인 거래와는 전혀 상관없는 아동 포르노, 저작권, 회사 기밀정보가 기록되어 있다. 사용자의 프라이버시를 극도로 침해하는 동영상이나 사진을 블록체인에 올려버리면 삭제나 수정이 불가능한 특성, 모든 사람들이 볼 수 있다는 특성, 중앙 기관이 없어서 삭제가 불가능한 특성으로 인해 굉장히 조심해서 활용해야 한다.
7) Lack of Governance and Standards
- 표준 체제를 설립하기 어렵다.
2강 강의 노트 끝-!
감사합니다 :)
*사진의 모든 출처 : http://www.kmooc.kr/
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