블록체인 기술의 발전과정과 이해 pt.1
피넥터 리포트
이 블로그 포스팅은 블록체인 전문 리서치 스타트업 피넥터(Finector)가 무료로 배포한 첫번째 보고서이다. PDF파일은 여기 링크를 통해 받아 볼 수 있다.
집필진: 백종찬/한승환/안상욱/Chris Hong
01 핵심요약
이 보고서에서 피넥터 연구팀은 블록체인 기술의 발전 양상을 크게 5가지 방향으로 나눠 설명하고, 향후발전 방향을 모색하고자 한다. 블록체인 기술은 크게 화폐, 자산등록기술, 자산중심기술, 확장 응용 플랫폼, 허가형 분산원장 갈래로 발전했다.
암호화폐 (Crypto-currency)
초기의 블록체인 기술은 비트코인(Bitcoin), 라이트코인(Litecoin), 피어코인(Peercoin), 도기코인(Dogecoin) 등의 이체와 화폐의 기능을 수행하는 전자화폐에 적용되었다. 마치 법정화폐(Fiat cur-rency)처럼 투자나 온라인/POS 이체, 가치의 저장 수단 등으로써 이용되었는데 다만 규제, 감독, 법제화 등과 관련된 공인성은 가지고 있지 않았다.
이렇게 암호화폐는 판매자와 구매자가 필요로 하는 근본적인 부분들(연결, 환전, 지급)을 충족시켜 주었기에, 빠른 속도로 인기를 얻게 되었고 전 세계의 수많은 다양한 채널들을 통해 사용되기 시작하였다.물론 아직 전체 거래시장규모에 비하면 매우 작은 수준이며 이러한 화폐들이 얼마나 많은 이체 건수를처리할 수 있는지에 대해서도 의문이 제기되고 있는 것은 사실이나, 이러한 암호화폐가 가져올 시장 혁신이나 법제화 가능성, 집단지성(collective knowledge)을 통한 활용도 확장 등의 가능성은 분명히제고되어야 할 부분이다. 지급 관련 서비스 사업자들(PSPs)은 이 분야의 기능적, 기술적, 법적 변화상을 면밀히 지켜보고 이러한 화폐가 어떻게 응용되어가고 있는지를 이해할 필요가 있을 것이다.
암호화폐에 대해서는 관할에 따라 각기 다른 법리적 해석이 적용되고 있지만 그 맥은 동일하다. 암호화폐는 법정화폐의 자격을 취득할 수 없으며, 기존 법정화폐와 같은 법적 보호나 법적 권리를 보장받을 수없다는 것이다. 암호화폐가 근시일 안에 실제로 일상에서 통용되기는 쉽지 않을 것이다.
자산등록기술 (Asset registry technology)
자산등록 기능은 주식, 자동차, 건물, 도메인네임 등의 현존하는 자산들을 국가공인을 거칠 필요 없이 바로 비트코인과 같은 퍼블릭 블록체인에 기록하는 기술이다. 각 등록된 자산과 합치되는 개인키(private key)의 소유자가 해당 자산의 소유권을 가진다. 이러한 방식을 이용하여 관리주체 자체를 생략하고 감사비용이나 관리비용을 절감한다. 일명 비트코인 2.0이라 불리는 마스터코인(Master-coin), 컬러드코인(Coloredcoin), 네임코인(Namecoin), 카운터파티(Counterparty) 등이 이러한기능을 제공한다.
현재 적용되고 있는 자산등록 방식은 블록체인에 단순히 이체(등록) 검증을 하기 위한 것 이상의 정보를등록하고 있다. 이 때문에 블록체인의 크기가 필요 이상으로 커지게 되고 네트워크 성능 저하와 동시에 처리비용의 증가로 이어진다. 이체정보의 크기와 빈도의 증가로 발생하는 ‘블록체인 팽창’ 현상은 더많은 사용자가 참여할 수 있도록 하는 ‘확장성(Scalability)’ 부분에 있어서 문제가 된다. 단순한 자금이체와 같은 은행이체 기능의 역할 이상을 수행하기는 어렵다고 볼 수 있다.
자산중심기술 (Asset-centric technology)
자산을 중심으로 다루는 기술에는 리플(Ripple), 스텔라(Stella) 등이 있다. 이들은 현존하는 자산(화폐, 자원, 주식, 채권 등)의 거래를 공공장부가 아니라 ‘공유장부(Shared Ledger)’에 기록하는 방식을 사용한다. 장부가 공유된 사용자들만이 해당 장부기록에 참여할 수 있으며, 공공장부가 아니기 때문에 비트코인에서처럼 채굴(mining)의 개념이 사용되지는 않는다.
참여자들은 디지털 자산(달러,위안화,금,비트코인 등)을 네트워크상에 전파하며, 이 중 일부 참여자들은 실제 자산(Physical)과 디지털 자산(Virtual) 사이를 이어주는 ‘중간자(gateway)’의 역할을 하게된다. 또한 ‘마켓메이커(market maker)’들이라 불리는 참여자들은 디지털 자산 간의 거래와 매도/매수호가 격차(spread)를 좁히는 역할을 수행한다.
이러한 자산중심 기술은 실시간 처리기법을 통한 외환거래, 외환송금, 국제무역의 신용장거래, 결제사업자들간의 이체정리, 자산 서비스 등이 그 대상이 될 수 있다.
확장응용 플랫폼 (Application platform)
NXT, 이더리움(Ethereum), 에리스(Eris)와 같은 어플리케이션 플랫폼은 블록체인을 통해 화폐 이상의 역할을 수행하려는 목적에서 개발되었다. 탈중앙화된 네트워크 위에서 다양한 응용 프로그램들 개발하고 작동시키는 ‘플랫폼’의 역할을 지향하는데, 일종의 아마존이나 마이크로소프트 등에서 제공하는클라우드 서비스의 탈중앙화된 버전이라고도 볼 수 있다. 이러한 탈중화된 플랫폼에 누구든지 원하는응용 프로그램을 제작하고 서비스할 수 있다는 점이 특징이다.
결제 유관업종에 있는 경우, 이 기술이 매력적으로 보일 수 있으나, 아직 은행 시스템에 적용되기에는 충분히 성숙하지 못한 것이 사실이고 많은 주목을 받고 있는 상당수의 어플리케이션도 아직은 구현되지 못한 상황이다.
프라이빗 블록체인 (Private Blockchain)
블록체인은 애초에 누구나 네트워크에 참여할 수 있는 ‘퍼블릭 블록체인(Public Blockchain)’ 또는 ‘공개형 분산원장(Public Distributed Ledger)’으로 고안됐다. 하지만 비트코인이 증명하듯 공개형 분산원장은 여러 기술적·실증적 문제를 안고 있다. 불특정 다수가 참여하는 네트워크를 유지·관리하는데많은 자원을 투입해야 한다는 문제, 이체와 관련된 내부정보가 투명하게 공개된다는 문제, 매우 느린 처리속도와 거래자의 익명성 등 여러 가지 단점이 존재한다.
때문에 글로벌 금융업계를 중심으로 한정된 참여자만으로 분산 네트워크를 구성하는 ‘프라이빗 블록체인’ 기술이 부각되고 있다. 비트코인 블록체인처럼 막대한 컴퓨팅 파워를 소진하지 않아도 네트워크 안정성을 확보하면서도 실시간으로 거래 실행 및 정산을 자동 처리하는 블록체인 네트워크의 장점을 활용할 수 있기 때문이다. 허가형 분산원장이라고도 불리는 프라이빗 블록체인은 기존 퍼블릭 블록체인이가지고 있던 다양한 문제를 동시에 해결하면서도 더욱 효율적인 운용을 가능하게 할것으로 보인다.
02 블록체인 탄생 이전
비트코인은 블록체인 기술이 처음으로 실용화된 사례이다. 비트코인이 탄생하기까지 수많은 역사적 실험과 제반 기술의 발전이 있었으며, 다양한 형태의 화폐가 탄생하고 발전되어 왔다. 디지털화폐부터 암호화폐까지의 흐름을 간단히 살펴보자.
화폐 (Currency)
화폐(currency)는 시장에 유통되며 가치를 창출하는 돈을 가리킨다. 학계에서는 아래 5가지 조건을 충족하면 화폐라고 본다.
1. 시장이 화폐로 인식하고 받아들인다.
2. 가치가 안정돼 크게 변하지 않는다
3. 화폐를 관리할 최종 책임 주체가 있다.
4. 액면가가 같은 화폐는 가치가 같다. 나누거나 합치더라도 가치가 달라지지 않는다.5. 다른 것과 쉽게 구분되며 내구성을 지닌다.
이런 성질을 지니기 때문에 화폐는 아래와 같은 기능을 한다.
1. 교환 수단
2. 계산 단위
3. 가치 저장 수단4. 지불 수단
학계의 정의에 따르면 선사시대에 돈 대신 쓰인 희귀한 조개껍데기부터 동네 아이들 사이에서 통용되는딱지까지도 화폐라고 볼 수 있다. 화폐의 발전 단계를 아울러 연구해야 하기 때문에 유연하게 정의되었다.
규제기관은 학계보다 화폐를 더 엄격하게 규정한다. 미 재무부 산하 규제기관인 금융경제분석기구(FinCEN)의 화폐(currency)에 대한 정의는 다음1과 같다.
1. (각국 정부가) 법정 화폐로 지정한다.
2. 유통된다.
3. 발행 국가에서 교환수단으로 통용된다.
화폐의 역사는 인류의 역사와 궤를 같이한다. 수렵채집 생활을 하면서도 인류는 작은 경제를 운영했다.이웃 부족과 생산물을 맞바꾸는 정도로 원시적인 물물교환 경제였지만 모든 상품을 자급자족하기보다교환을 통해 더 효율적인 경제생활을 영위한다는 기본적인 개념은 지금도 마찬가지다.
화폐는 인류의 경제 규모가 확장되는 데 큰 영향을 미쳤다. 귀금속으로 동전을 주조해 교환과 가치 저장수단으로 쓰면서 대항해시대의 토대가 마련됐다. 국가 간 무역이 급증하면서 각국 정부 대신 중앙은행에 보관된 금으로 화폐 가치를 보증하는 금본위제가 도입됐다. 세계대전 즈음 금본위 화폐만으로는 전쟁 비용을 충당할 수 없던 미국이 금태환을 금지하며 금본위제 폐지에 불을 댕겼다. 1929년 대공황이생기자 각국 정부는 금본위제를 폐지한다. 화폐 발행량이 금에 구속되지 않게 되자 세계 경제는 한층 크게 성장했다.
금본위제 폐지는 신용 화폐(credit money)의 시대2를 불러왔다. 금세공자의 보관증서에서 유래한 신용 화폐가 역사의 전면으로 부상했다. 신용화폐란 화폐의 가치가 신용에서 유래한다는 뜻이다. 금본위제가 폐지되자 화폐의 가치는 실물 자산에게 뒷받침받지 못했다. 대신 화폐를 독점적으로 생산하는 정부가 화폐의 가치를 보증했다. 정부의 신용이 곧 정부 발행 화폐의 값을 결정했다. 화폐 발행량이 금 생산량에서 해방되자 세계 경제 규모는 비약적으로 성장했다.
디지털 화폐 (Digital Currency)
디지털 화폐(digital currency)란 컴퓨터 데이터로 존재하는 화폐를 칭한다. 컴퓨터가 발명된 뒤로 각종 자료를 문서로 만들어 서류함에 보관하기보다 물리적인 공간을 차지하지 않는 디지털 파일로 보관하는 것이 대세가 됐다.
화폐도 마찬가지로 금융 거래 내역을 장부에 적는 대신 컴퓨터로 기록하고 보관하는 편이 효율적이다.이 때문에 금융 분야는 적극적으로 디지털 기술을 도입했다. 이미 대다수 화폐는 실물 화폐가 아니라 장부에 적힌 숫자인 신용 화폐였기에 이를 디지털로 대체하는 것은 큰 어려움이 없었다.
가상 화폐 (Virtual Currency)
이런 맥락에서 가상 화폐(virtual currency)가 나타난다. 가상 화폐란 특정한 이용자끼리 화폐로 통용하는 디지털 화폐다. 유럽중앙은행(ECB)3은 가상 화폐를 아래처럼 정의했다.
규제되지 않은 디지털 화폐의 한 가지 유형이다. 개발자가 발행하고주로 같은 개발자가 통제하며 특정한 가상 공동체 안에서 인정받고 사용된다.
인터넷이 보급돼 전자상거래가 활성화되며 다양한 가상 화폐가 등장했다. 사회관계망서비스(SNS)인싸이월드에서 배경음악과 꾸미기 아이템을 살 때 썼던 도토리가 대표적인 예다. 미국 MMORPG 세컨드라이프(Second Life)에서는 린든 달러(linden dollar)라는 가상 화폐가 쓰였다. 게임 내 경제가 성공적으로 성장하자 개발사는 상업은행과 제휴를 맺고 일정 환율로 린든 달러를 미 달러화로 환전해주기도 했다. 게임 속 가상세계가 가상 화폐를 매개로 실제 세계와 연동되자 다양한 기업이 세컨드라이프 안에서 활동하기 시작했다. 한창때 세컨드라이프 주민이 창출하는 가치는 5~6억 달러에 달하기도 했다.하지만 미 연방수사국(FBI)이 불법 온라인 도박 혐의로 세컨드라이프 내 카지노 영업을 중단시키고, 미의회가 가상현실에서 벌인 사업에서 얻은 소득에 세금을 부과하겠다는 입장을 밝히자 세컨드라이프 내경제는 급격히 쇠락했다.4
가상 화폐는 특정 개발자가 발행하고 관리하기 때문에 해당 주체에 종속된다는 한계를 갖는다. 싸이월드 도토리는 싸이월드와 함께 인기를 잃었다. 더는 예전처럼 도토리로 생일 선물을 주는 이는 없다. 린든달러 역시 세컨드라이프라는 서비스와 흥망성쇠를 같이한다.
e골드 (e-gold)
국경을 초월한다는 인터넷의 속성을 활용하면서 주류 경제에 밀착한 가상 화폐를 만들려는 시도가 나타났다. e골드의 발상은 간단하다. 고객이 실물 금이나 은을 운영사인 ‘골드앤실버리저브(Gold & SilverReserve Inc.)’로 부치면 이를 보관하고 상당액의 e골드를 계좌에 넣어준다. 회사에 돈을 부치면 상당액의 실물 금은을 사서 보관하고 e골드를 계좌에 충전해주기도 했다. 금(은)본위 가상화폐를 발행한 셈이다. e골드 충전액을 거래하면 실물 금(은)을 거래하는 것과 같으니 국가 간 무역업에 종사하며 환차손으로 어려움을 겪던 고객에게 호응을 얻었다.
하지만 일반 회사가 금본위 화폐를 만든다는 발상은 화폐 발권력을 독점해 통화 정책을 펼쳐야 하는 정부가 수용하기 어려웠다. 2001년 9·11테러 이후 미국 정부가 만든 애국법(Patriot Act)은 테러 자금추적을 명분으로 송금업체가 송금 라이센스를 취득하도록 못박았다. 미 재무부는 애국법 제정 5년 전부터 사업을 시작한 e골드 역시 송금업체로 규정하고 법무부와 공조해 e골드를 수사했다. 이즈음 가상 화폐를 화폐의 정의에 포함하는 광범위한 규제 개혁도 병행했다. e골드가 화폐가 아니라 실물 자산을 거래하는 곳이라고 발뺌하지 못하도록 매듭짓는 조치였다. 설상가상으로 e골드 서비스를 이용해 아동음란물을 구매한 사용자가 덜미를 잡혔다.
법무부는 e골드 이사진을 자금세탁방지법 위반과 아동음란물 구매 방조 혐의로 기소5했다. 압수수색도이뤄졌다. 압수수색 당일 e골드 거래액은 25% 줄어들었다. 법무부는 검사 허락 없이 e골드 잔액을 실물로 바꿀 수 없다고 발표했다. 수사 대상의 자산을 보존하려는 조치였으나, 이런 발표는 e골드의 가치를 물거품으로 만들었다. 수사와 재판이 진행되는 와중에 e골드는 시장으로서 매력을 잃어버렸다.
재판 중 이사진은 혐의를 인정하고 보석을 신청(plea to guilty)했다. 더글라스 잭슨(Douglas Jack-son) 대표는 사회봉사 300시간과 벌금 200달러, 6개월 가택 구금을 포함한 보호관찰 3년형을 선고6받았다. 애초 검찰이 연방법 위반으로 그에게 최대 벌금 50만달러와 20년형을 구형했던 것에 비하면 상당히 가벼워진 결과였다. 판사는 그가 법을 준수하며 불법 행위에 가담할 의도가 없었다고 양형 이유를설명했다.
암호 화폐 (Crypto Currency)
앞서 등장한 가상 화폐는 모두 발행 또는 운영 주체인 특정 업체에 종속된다는 한계를 갖는다. 운영사가신뢰를 잃거나 서비스를 종료할 경우 가상 화폐도 가치를 잃는다. 이 때문에 가상 화폐는 진짜 화폐처럼널리 통용되기 어렵다.
이런 종속성을 초월해 더 보편적으로 쓰일 가상 화폐를 만들려는 시도가 바로 암호 화폐를 낳았다. 암호화폐는 암호화 기술(cryptography)을 접목한 가상 화폐이다.
디지캐시 (Digicash)
더 독립적이면서도 더 안전한 가상 화폐를 만들어 더 널리 보급하려는 기획은 사실 오래전 등장했다.1983년 암호학자 데이비드 차움(David Chaum)은 웹 보안에 널리 쓰이는 RSA 알고리즘을 확장한 공식을 고안7했다. 거래 당사자의 정보를 암호화해 금융기관 등 관리 주체가 거래 당사자를 추적하지 못하게 하면서도 거래의 완결성을 확보하는 기술이었다.
그는 이 기술을 가상 화폐 거래에 적용하기 위해 동료 암호학자와 1990년 디지캐시(DigiCash)라는 회사를 창업했다. 디지캐시는 관리주체가 거래 내역을 볼 수 없다는 면에서 새로운 차원의 가상 화폐로 주목받았다. 하지만 일련의 경영 실패로 획기적인 기술을 널리 보급하는 데 실패하고 1998년 파산8했다.
03 암호화폐
비트코인 (Bitcoin)
비트코인은 2009년에 ‘사토시 나카모토(예명)’로 알려진 개인 또는 다수의 개발자들을 통해 탄생되었다. 비트코인은 P2P네트워크, 해시, 암호화, POW(작업증명) 등의 기술을 다차원적으로 종합하여 만든 프로그램이며, 기존의 가상화폐들과는 달리 암호화 기술(cryptography)와 해시를 이용한 POW(작업증명)방식을 이용하였다는 점에서 암호화폐(cryptocurrency)로 불리고 있다.
이러한 암호화폐 발행 및 거래 프로그램을 ‘비트코인’ 또는 ‘비트코인 코어’라고 부르며, 이 프로그램 안에서 통용되는 암호화폐 또한 ‘비트코인’이라고 칭한다. 비트코인은 특정한 발행 또는 관리 주체 없이 운영되는데, 참여하는 사용자들이 주체적으로 화폐를 발행하고 이체내역을 관리하게 된다. 중앙화된 주체에서 주도적으로 관리하는 것이 아니라 P2P로 운영되기 때문에 계좌동결, 강제인도, 강제신원공개 및서비스정지 등이 불가능하다.
비트코인의 작동원리 (Bitcoin Mechanism)
채굴 (Mining)
비트코인은 사용자들에 의해 직접 발행이 되는데 이를 통상적으로 채굴이라고 부른다. 이를 기술적으로는 끊임없는 해싱 작업을 통한 ‘목표값(target value)’ 이상의 해시(hash)값 찾기(작업증명, POW:Proof of Work)로 정의할 수 있다. 채굴에 참여하는 모든 사용자가 목표값을 찾기 위한 경쟁을 벌이며,특정한 사용자가 목표값에 해당하는 해시값을 찾는데 성공하면, ‘블록’을 발행하게 된다. 이들은 블록을 발행하고 이를 네트워크에 전파하면서 동시에 블록발행보상인 ‘비트코인’과 해당 블록 안에 포함된 ‘이체 수수료’를 받게 된다. ‘비트코인 지급’이라는 경제적 보상이 채굴자들이 해싱작업에 참여하는 동기가 된다. 채굴은 근본적으로 끊임없는 해싱작업이며, 많은 컴퓨팅 파워를 가지고 있을수록 빠른 속도의해싱이 가능하다. 즉, 컴퓨팅 파워를 많이 투입할수록 다른 경쟁자들보다 비트코인을 많이 받게 되는 구조이다. 블록 발행 확률(목표값 경쟁 승리확룔)과 네트워크 상에서 자신이 차지하는 컴퓨팅파워 비율은정확히 비례하며, 만일 누군가가 전체 투입 컴퓨팅 파워 중 30%를 점유하고 있다면, 수학적으로 블록생성 확률도 정확히 30%에 수렴한다.
(*POW로 통칭하는 ‘작업증명’은 기본적으로 특정한 난이도의 작업을 수행했음을 증명하는 기법이며,해당 작업의 어려움은 난이도에 맞게 설정되어 있어야 하지만 그 작업이 완료되었음을 확인하는 것은 쉬워야 한다. 여러 가지 방법이 작업증명에 사용될 수 있는데, 비트코인의 경우 위에 언급된 ‘Hashcash’방식을 통해 작업증명을 한다.)
조폐 (Mintage)
블록은 위에서 설명된 채굴 작업을 통해 발행되며, 매 발행 시마다 비트코인 프로그램 자체(coinbase)에서 ‘블록발행보상’을 채굴자에게 지급하는 방식으로 신규 화폐를 발행(조폐)하게 된다. ‘블록발행보상’은 2016년 기준으로 25 비트코인이며, 매 ‘21만 블록(약 4년)’을 기준으로 발행량이 절반으로 줄어든다. 2009년 1월 첫 발행 시에는 50 비트코인씩 발행이 되었으나 약 4년 뒤인 2013년 말부터는 25비트코인으로 발행량이 줄었으며, 역시 4년 뒤 2016년 7월 10일에는 12.5 비트코인으로 매 4년마다계속 반으로 줄어든다. 이렇게 발행되는 비트코인의 총량이 2,100만개에 이르면 비트코인의 신규 발행은 종료된다. (*더 정확하게는 20999999.9769개인데, 블록당 최소 보상량이 0.00000001비트코인(=1사토시)이기 때문이다.
블록 (Block)
블록은 위에서 설명된 채굴행위를 통해 매 10분을 주기로 발행된다. 블록은 일종의 데이터 패킷으로 몇가지 정보9를 담고 있다. 가장 중요한 것으로 참여자들이 화폐를 거래한 ‘거래내역’, 그리고 이전 블록의해시값, 난이도, 논스(nonce) 등이 포함된다. 매 블록은 바로 전 블록의 해시값을 담고 있으며, 이렇게이어진 블록들은 시간순으로 발생한 이체내역들을 담고 있는 하나의 ‘블록체인(blockchain)’을 이룬다. 각 블록은 최대 1MB의 크기까지 확장될 수 있으며, 헤더 80바이트, 기타 17바이트 등을 제외하고총 1,048,479바이트 가량이 이체내역 저장을 위해 사용될 수 있다.
블록은 헤더(header)와 바디(body)로 나뉜다. 헤더는 다음의 6가지로 이루어져 있으며 -
1) 현재 비트코인 프로그램의 버전, 2) 이전 블록을 해싱한 해시값, 3) 현재 블록의 거래내역들을 모두해싱한 해시값, 4) 현재 블록의 타임스템프, 5) 난이도(해시 목표값), 6) 논스값 - 바디는 해당 블록 안에 기재된 모든 이체내역을 담는다.
난이도 (Difficulty)
블록의 생성 주기는 네트워크 전파 속도 및 보안성 등을 이유로 사토시에 의해 ‘10분’으로 채택되었다.그러나 위 ‘채굴’ 부분에서 언급된 바와 같이, 블록 생성은 곧 특정한 목표값을 해싱 작업으로 찾아내는것인데 그렇다면 해싱작업 속도만 빠르다면 10분이 아니라 1분 안에도 목표값을 찾아낼 수 있을 것이다. 그렇다면 충분한 컴퓨팅 파워만 있다면 1초안에도 블록을 생성하는 것이 가능할 것이다. 이것을 막기 위해 도입된 것이 ‘난이도’의 개념이다. 비트코인이 채택한 작업증명(POW: Proof of Work) 방식은 ‘Hashcash’10 방식이다.
Hashcash 방식의 요소는 네 가지로, ‘목표’, ‘작업방식’, ‘난이도 조정방법’, ‘난이도 조정시점’이다. ‘목표’는 2016개의 블록을 생성하는데에 2주(2016블록*10분=2주)가 소요되야 한다는 것이며, ‘작업방식’은 해싱을 통한 목표값 찾기, 그리고 ‘난이도 조정방법’은 목표치를 초과/미달하는 부분만큼 ‘목표값(target value)’11의 난이도가 변경되는 것이다. 이 난이도 조정은 매 2016번째 블록마다 이루어진다.
만일 2016개의 블록을 생성하는데 2주가 아닌 1주일이 걸렸다면, 목표에 도달키 위한 필요 작업의50%만 이루어진 것이므로, 목표에 도달치 못한 것이다. 따라서 난이도를 2배로 증가시켜서, 기존 1주일의 두 배인 2주가 걸리게 조정하고 목표를 충족시킨다.
이체확인 (Confirmation)
이용자가 이체를 하면 이를 채굴자가 자신의 블록에 넣어서 발행하게 되는데, 이 순간 해당 이체내역의 ‘이체확인(confirmation)’은 1이 된다. 그리고 해당 블록의 해시를 이용한 다음의 블록이 발행되면, 해당 이체내역의 이체 확인은 2가 되는 식이다.
비트코인 프로그램은 각 이체가 총 6번(60분)의 이체확인을 받아야 재이체(사용)가 가능하도록 설계되어 있는데, 이것을 일반적인 POS과정(*슈퍼에서 껌을 사기 위해 이체하고 1시간을 기다릴 수는 없는일이다)에 그대로 도입하는 것은 불가능할 것이다. 따라서 각 사업자는 자신이 리스크를 지고 필요에 따라 1~2이체확인 또는 단순히 TxID를 통한 이체신청내역 사실 확인만으로도 이체 확인을 해주는 ‘제로컨펌(zero-confirmation)’까지 다양하게 조정하여 사용하고 있다. (일반적인 가상화폐 거래소의 경우 한 번의 이체내역 확인(=1블록 컨펌) 만으로도 이를 인정해주고 있다.)
이체 발생 과정 (Transaction Process)
이체가 발생하고 확정되어 가는 과정을 다음과 같이 정리할 수 있다.
1) 한 이용자가 개인키를 사용하여 이체 거래 A를 신청한다.
2) 이체 거래 A에 해당하는 해시값이 발행된다. (TxID) - 이를 통해 이체내역은 즉시 확인할 수 있다.3) 이체 거래 A 내역을 채굴자가 자신의 이체 풀에 넣어 보관한다.
4) 채굴자가 목표값 해싱에 성공하여 블록 생성 권한을 얻게 되면 새 블록에 이체신청내역을 ‘우선
순위’부터 차례로 담아 발행한다. 우선순위 안에 들지 못하는 거래 건은 영원히 확인받지 못하는 경우
도 생긴다.
5) 이체 거래 A 내역을 담은 블록이 네트워크에 전파된다.
6) 이체 거래 A가 1회 확인 받는다.
7) 네트워크를 통해 해당 블록을 전파(다운)받은 다음의 채굴자가 블록 생성 권한을 얻고 다음 블록을
생성하게 된다.
8) 이체 거래 A를 담은 블록의 ‘다음 블록’이 네트워크에 전파된다.9) 이체 거 래 A가 2회 확인 받는다.
10) 위의 과정이 끝없이 반복된다.
위의 과정은 이체신청과 이체 확인의 과정을 설명하고 있으며, 누군가 A주소의 비트코인을 B주소로 이체하기 위해 이체 거래를 신청하고 자신의 ‘개인키(private key)’로 서명해 네트워크에 전파하면 ‘이체신청(Transaction)’이 끝난다. 이를 채굴자가 전파받아 자신이 발행하는 블록에 산입하여 넣고 이를전파하면 ‘이체 확인(Confirmation)’이 된다. 마지막으로 비트코인을 이체받는 주체가 이체내역을 승인하면 그것이 ‘이체 확정(Settlement)’이 된다.
거래소는 1~2회 이체 확인만으로 이체 거래를 확정해주기도 한다. POS의 경우 0~1회, 고액의 이체건의 경우 10회 등 거래 확정의 엄격성을 달리 적용한다. 일부 거래소는 암호화폐를 탈취한 해커가 요청한 이체 거래를 영원히 확정하지 않는 식으로 해커가 빼앗은 비트코인을 동결하기도 한다. 이렇게 이체는 ‘이체 신청(Transaction)’, ‘이체 확인(Confirmation)’, ‘이체 확정(Settlement)’의 세 단계를 거치게 된다.
비트코인의 존재(Bitcoin Ontology)
사실 비트코인 프로그램에 비트코인의 실체적 개념은 존재하지 않는다. 그 어느 경우에도 비트코인이라는 것이 A의 계좌에서 B의 계좌로 ‘이동’하는 경우는 없으며, 단순히 해당 계좌들의 숫자를 증액하거나감액하는 원장정리개념만이 존재할 뿐이다. 그러한 원장정리 내용은 모두에게 동일하게 공유된다. 따라서 각자가 가진 원장 모두가 원본이 된다는 무신뢰거래(trustless settlement)가 비트코인 원장의 핵심개념이다. 각자가 가진 원장이 원본이기 때문에, 다른 누구에게 확인을 받을 필요나 다른 독립된 기관에 신뢰성을 의존할 필요가 없다. 이것을 구현하기 위해서 위에 언급되는 다양한 기법들이 사용되었다고 이해하면 된다, 블록체인 등장 이전에는 이것이 해결하기 어려운 문제로 남아 있었다.
해싱과 논스(Hash and Nonce)
해싱은 데이터(존재하는 모든 데이터에 적용 가능)를 무작위의 정해진 길이의 문자열로 치환시키는 것이다. 일례로 비트코인의 해싱 기법인 ‘SHA256^2’는 블록을 그 내용이나 크기에 상관없이 언제나 32바이트 즉 64자리 길이의 결과값으로 치환한다.
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해싱의 또 다른 특징은 같은 데이타를 해싱할 경우 언제가 같은 해시값을 얻는다는 것이다. 하지만 목표값을 찾으려면 해싱 작업을 반복해야한다. 따라서 블록의 내용을 임의로 바꿔야한다. 이체내용 등을 임의로 바꿔서는 안 되니, 블록에 포함된 논스값을 수정해 나올 결과값을 다르게 만든다. 블록 헤더 안에논스가 있는 이유가 바로 여기 쓰기 위해서다. 채굴자는 블록 헤더의 논스값을 0에서부터 1씩 반복해서늘려가며 해시값을 얻는다.
비트코인의 보안성 (Bitcoin Security)
화폐 거래원장을 공격한다는 말은 해당 장부의 내역을 조작한다는 뜻이다. 블록체인에 기록된 내역을변조한다는 말은 조작한 블록을 만들어 네트워크에 전파하는 데 성공한다는 얘기다. 이는 현실적으로불가능하다. 모든 블록은 바로 전 블록의 해시값을 기준으로 생성된다. 해시값으로 앞뒤 블록이 연결돼있어 블록체인이라 부른다. 만일 현재 총 10개의 블록이 있고 공격자가 9번째 블록을 변조하려 한다고가정해보자. 공격자는 변조된 9번째 블록을 네트워크에 전파하지만 네트워크는 이미 10번째 블록을 가지고 있기 때문에 공격자가 보내는 9번째 블록을 받지 않을 것이다.
결국 변조된 9번째 블록을 이미 10개의 블록을 가진 네트워크가 받아들이게 하려면 해당 9번째 블록의해시값을 이용하여 11번째 블록까지 생성하고 네트워크에 전파해야 한다. 그러나 변조된 블록을 기준으로 11번째 블록까지 만들었을 때는 네트워크상 다른 채굴자가 이미 11번째 혹은 12번째 블록을 만들고 있다. 결국, 네트워크가 변조된 블록을 받아들이게 만들려면 이보다 더 빨리 블록을 만들어 전파해야한다. 그러러면 기존 네트워크보다 더 많은 컴퓨팅 파워(hashrate)를 동원해야 한다.
2016년 8월 현재 비트코인 네트워크에 투입되는 컴퓨팅 파워는 1958만3587.6 페타플롭스(PetaFLOPS)다. 세계에서 가장 빠른 슈퍼 컴퓨터인 중국 턴헤 2호(Tianhe-2)의 계산력이 33.8페타플롭스임을 고려하면 비트코인 네트워크의 컴퓨팅 파워는 사실상 동원하기 힘든 규모다. 이런 까닭에 비트코인 블록체인을 해킹하는 일은 불가능하다고 봐도 무방하다.
알트코인 (Altcoin)
대체암호화폐(Alternative cryptocurrency)라고도 불리는 알트코인(Altcoins)은 일종의 경쟁화폐다. 첫 암호 화폐인 비트코인의 문제점을 해결해 이를 대체하려는 많은 개발자가 알트코인을 만들고 나섰다. 실용적인 이유도 있다. 비트코인 네트워크에는 이미 많은 자본이 투입됐다. 많은 이해관계가 얽힌비트코인 네트워크에는 실험적인 시도를 하기 어렵다. 이 때문에 많은 개발자가 비트코인 대신 기술적실험을 해 볼 만한 장으로 알트코인을 만들기 시작했다.
단순히 비트코인의 통화발행 구조 또는 합의 알고리즘을 변경하는 수준에서, 기존에 없던 새로운 기능까지 추가하는 수많은 코인이 나타났다. 비트코인에 투자된 자금과 새로운 투자금도 알트코인 시장으로유입됐다. 알트코인 시장 규모는 2016년 8월 현재 2.5조 원 정도다. 비트코인까지 포함하면 암암호 화폐 시장 규모는 12조 원이 넘는다. 현재 거래소에서 거래되는 알트코인은 700개가량이다.
라이트코인 (Litecoin)
라이트코인은 구글 출신 중국계 미국인 개발자 찰스 리(Charles Lee)가 만들어 2011년 말 공개했다.라이트코인은 비트코인의 구조를 바꾸는 수준의 실험적 알트코인이다. 코인 생성 주기를 10분에서 2.5분으로 줄였다. SHA-256 알고리즘을 Scrypt로 바꿔 ASIC(주문형 반도체) 채굴기를 동원한 해싱 작업에 제동을 걸었다. 최종 통화 발행량도 비트코인보다 4배 이상 많은 8,400만개로 늘렸다.
대시 (Dash)
다크코인(Darkcoin)에서 이름을 바꾼 대시는 비트코인에는 없던 새로운 기능을 추가한 알트코인이다.대시가 추가한 기능은 다음과 같다.
1. 익명 거래(Anonymous transaction): 비트코인의 모든 이체내역은 어느 누구나 확인할 수 있도록공개돼 있다. 문제는 이러한 공개성이 화폐의 본질적 요소중 하나인 ‘가치동일성(Fungibility)’을 훼손한다는 점이다.가치 동일성이란 내가 가진 돈의 가치가 다른 사람이 가진 돈의 가치와 같아야 한다는것을 의미한다. 비트코인은 모든 이체내역이 기록되니 사람들이 불법적으로 쓰인 사실이 확인된 비트코인의 소유를 꺼리게 된다. 이 때문에 액면가가 같은 비트코인이라도 서로 가치가 달라지는 문제가 생긴다. 대시는 마스터노드 (Masternode)라는 새로운 형태의 노드를 구성해 코인을 서로 믹싱해 거래기록을 감춘다.
2. 실시간 이체 확인(Instant transaction) : 비트코인 네트워크에서 일어난 거래는 10분에 한 번씩생성되는 블록과 함께 이체가 확인된다. 이 과정을 확인(confirmaton)이라고 부른다. 확인 작업이 여러 차례 거듭돼야 거래가 안전하게 처리됐다고 볼 수 있다. 대시는 10분 이상 걸리는 컨펌 과정을 1초이내로 줄여 실시간으로 거래가 가능하게 한다.
이 밖에도 많은 알트코인이 새로운 기능을 추가하며 비트코인의 경쟁자로 도전하고 있다. 하지만 아직비트코인이 지닌 네트워크 효과(network effect)를 뛰어넘을 만한 알트코인은 등장하지 않았다.
암호화폐의 장단점
은행 및 공공서비스 적용 및 확장
비트코인이나 알트코인의 블록체인은 그 자체로 가치가 있으나, 현재 그대로 은행이나 공공기관에 적용하여 사용하기에는 무리가 있다.
익명성 - 은행거래에서는 익명성을 사용할 수 없으며, 거래가 비가역적이라는 부분도 치명적이다. 모든계좌는 계좌주의 신원을 밝히도록 되어 있고, 은행에서는 대포통장을 발급하는 부분 등도 문제가 된다.이러한 익명성 문제를 해결해야 한다. 또한 이체 사고 발생 시 강제로 이체를 동결하거나 법정인도명령등에 따 르기 위해 강제인도 등을 해야 할 경우가 생기는데, 이체의 비가역성(irreversibility)은 치명적결함이 된다.
투명성 - 이체내역과 계좌의 투명성도 문제가 된다. 이런 정보는 고객 개인정보이므로 은행이 독자적으로 관리해야 한다. 고객들이 서로 잔고와 이체내역을 확인하는 것뿐만 아니라 경쟁 은행 간의 고객정보를 서로 공개하는 것은 현재 규제와 금융 통념상 불가능하다.
합의구조 - 채굴자들이 해시 경쟁을 벌이는 현행 POW방식의 거래확정 방식도 의미가 없어진다. 다량의 전기를 소비하는 방식이 아니라 더 효율적이고 의미 있는 다른 작업증명 방식을 찾아야 할 것이다.
접속권한 - 현재 비트코인은 퍼블릭 블록체인으로, 누구든지 네트워크망에 접속하여 이체를 발생시키고 확정할 수 있는데 이는 기관의 입장에서 치명적인 결함이다. 정해진 참여자에게만 개인키를 발급하거나 단계적 접속권한 설정 등을 통해 참여자의 선택적 진입과 권한 수준 설정을 위한 모델을 설계해야할 것이다.
확장성 - 높은 처리속도와 처리량이 매우 중요하다. 현재 금융권에서는 초 당 수천 번이 넘는 이체를 처리하는 경우가 허다한데, 이러한 거래량과 속도를 비트코인 블록체인에서 처리하는 것은 불가능하다.
