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by Writing Tree Jul 16. 2022

비트코인은 어떻게 작동하는가?

비트코인의 작동방식과 장점을 알아보자

Disclaimer: 이 글은 크립토 입문자를 위한 해외 사이트 LearnCrypto의 아티클 <Crypto Basics: How Bitcoin Works>를 번역한 글입니다. 대부분의 정보의 출처는 해당 아티클에 있으며, 이해를 돕기 위해 약간의 정보가 추가되거나 생략되었을 수 있습니다. 또한, 이 글은 투자 추천이나 보증 글이 아닙니다. 모든 투자판단은 본인의 책임 하에 있습니다.

비트코인은 사토시 나카모토 (Satoshi Nakamoto)가 만들었다. 사토시 나카모토의 정체는 - 최소한 공개적으로는 - 아무도 모르고, 심지어 한 명인지 여러 명인지 조차 알려지지 않았다. 이는 사실 비트코인이 성공할 수 있었던 가장 큰 이유였을 수도 있다. 금이 누군가에 의해 발명되었다고 생각해보자. 만약 그랬다면, 해당 발명가는 엄청난 영향력을 발휘했을 것이다. 혹은 금의 경제를 조종할 수 있는 열쇠를 남겨놓았다면, 그 열쇠를 가진 사람들이 권력의 중심이 되었을 것이다. 동시에 뇌물과 같은 외부 압력에도 노출되어 있었을 것이다. 다시 말해 중앙화의 문제점을 모두 가지고 있었을 것이다.

사토시 나카모토가 누구인지는 그 누구도 모른다 (출처: Investopedia)

비트코인은 발명가인 사토시 나카모토의 정체가 드러나지 않으며 위와 같은 문제에서 자유로워졌다. 비트코인의 주인은 전 세계이며, 어떠한 사람이나 국가에 종속되지 않는다.

암호학과 경제학

비트코인은 컴퓨터와 암호학을 경제적 경쟁과 보상을 합친 시스템이라고 볼 수 있다. 여기서 보상은 탈중앙화에 매우 중요한 역할을 한다. 왜냐하면 보상을 위해 중앙화 된 권력 없이 모두가 비트코인의 규칙을 따라야 할 동기가 생기기 때문이다. 이에 대해 조금 더 자세하게 이야기해보도록 하자.

비트코인은 컴퓨터와 암호학, 경제적 경쟁 보상을 합친 시스템이다 (출처: Crypto.com)

비트코인은 네트워크를 지탱하는 "정직한 작업"에 대한 보상을 준다 (이 정직한 작업이 무엇인지는 추후에 알아보도록 한다). 반면, 부당한 방법에 대한 비용을 매우 높게 만들어 이를 방지한다. 이 보상 방식은 새로운 비트코인이 시스템에 추가되는 방식이기도 하고, 공급량의 증가를 예측 가능하게 하는 방식이기도 하다. 다시 말해, 비트코인의 보상 시스템은 비트코인이 희소성을 지키는 방식이다.

이 효과는 네트워크가 성장할수록 급격하게 증가한다. 그래서 비트코인 네트워크에 참가하는 사람들의 다양성은 네트워크를 유지하는데 매우 중요하다. 우선 비트코인 네트워크에 참여하는 사람들은 비트코인을 소유하고 있는 사람들이며, 이들은 공통된 목적을 가지고 있다. 바로 비트코인이 성공하는 것이다. 그래서 비트코인의 사용자들 사이에서 일어나는 갈등은 궁극적으로 비트코인이 성공함에 있다. 비트코인이 무너지면 네트워크에 참여하는 모두가 손해를 보기 때문에 사용자들은 모두 공생관계에 있다고 볼 수 있다.

그렇다면 비트코인 장부는 누가 관리할까? 그리고 비트코인은 어떻게 건전 화폐의 조건을 갖추고 있을까? 이 질문들에 대한 답변을 하기 위해서는 비트코인 시스템이 어떻게 설계되어 있는지를 알아야 한다.

비트코인의 설계

첫째로, 비트코인은 [비트코인 프로토콜]이라고 불리는 법칙과 지시 (rules and instructions)를 통해 거래 내역을 검증하고 새로운 코인을 발행하는 P2P (peer-to-peer) 네트워크다. P2P란 모든 거래가 개인과 개인 간에 이루어지며 중간 관리자가 존재하지 않음을 의미한다. 그리고 위의 법칙을 따르는 소프트웨어를 운영하는 모든 컴퓨터는 비트코인 네트워크에 참여할 수 있다. 이런 컴퓨터들을 비트코인 노드(Bitcoin Nodes)라고 부른다.

이 프로토콜은 은행법이라고 생각하면 된다. 법을 따르는 모든 은행은 영업이 가능하다. 은행법과 비트코인의 차이는 프로토콜에서는 코드가 법이라는 것이다. 그래서 훨씬 더 객관적이다 (원문에서는 reliable, 즉 믿을 수 있다고 쓰여있었지만 코드는 여러 문제점을 가지고 있을 수 있기에 객관적이라고 번역했다).

둘째로, 비트코인은 모든 거래 내역의 장부를 가지고 있다. 이 장부가 바로 블록체인(Blockchain)이다. 모든 거래내역은 "블록"에 기록되는데, 이 블록은 특정 간격을 두고 생성된다. 그리고 이렇게 생성되는 블록은 이전의 블록과 체인으로 연결된다. 블록체인이라는 이름의 어원은 여기서 나왔다.

비트코인은 블록체인에 모든 거래 내역을 기록한다 (출처: MEXC 블로그)

마지막으로, 블록체인에 블록을 더하고 검증하는 것에 대한 메커니즘이 있다. 이는 합의 메커니즘(consensus mechanism)이라고 부르며, 모든 거래 내역과 체인이 정확한지 검증한다. 이 과정은 우리가 흔히 아는 채굴(Mining)이다.

비트코인의 위와 같은 설계 때문에 참여자들은 서로를 믿을 필요가 없다. 참여자들은 법칙과 코드만 믿으면 된다.

블록체인: 신뢰하고 검증하라

비트코인의 혁신이라고 하면 단연 장부를 꼽을 수 있다. 특히 거래 내역이 검증되는 방식에 있어서 그렇다.

전통 은행의 장부 시스템과 비교해보자. 우리는 은행을 사용하면 은행의 장부를 믿어야만 한다. 그러나 우리가 직접 그들을 검증할 수는 없다. 은행의 장부는 은행만 보고 기록하고 수정할 수 있으며, 은행이 실수를 하거나 신용을 늘리는 선택을 합리적인 판단 하에 하는지 검증할 수 없다. 그나마 법이 최소한의 장치를 해주기는 한다. 그러나 은행이 금전적인 이익을 위해서 편법을 쓰거나 규제에 대한 로비를 할 수 있다는 점에서 법도 완벽하지는 않다.

2008년 금융 위기는 은행의 신뢰도를 떨어뜨린 대표적인 사건이다. 은행 등 대출 기관은 말도 안 되는 양의 대출을 "서브프라임"이라는 금융 상품에 내주었는데, 문제는 이 서브프라임이 무엇인지 제대로 이해하고 있는 사람은 사실상 존재하지 않았다는 것이다. 소위 "서브프라임 모기지 (subprime mortgage)"로 잘 알려진 이 사건의 문제는 1) 모든 사람들이 장부를 확인할 수가 없었다는 점, 그리고 2) 장부를 확인할 수 있었던 몇 안 되는 사람들이 서브프라임의 복잡한 구조를 이해할 수 없었다는 것이다. 그리고 이 문제가 불거질 때쯤 세계 경제가 휘청거렸다. 아이러니하게도 이 사건의 주범이었던 대부분의 은행들은 정부로부터 몇조 달러 단위의 구제를 받으며 다시 살아날 수 있었다.

2008 글로벌 금융 위기로 인해 파산하여 전 세계에 충격을 안긴 리만 브라더스 (출처: CNBC)

비트코인은 정반대의 논리로 운용된다. 모든 사람들이 탈중앙화 된 방식을 통해 장부에 대한 접근 권한이 생기는 것이다. 그리고 모든 사람들이 수학적인 방식을 통해 거래 내역을 검증할 수 있고, 법칙을 따르지 않는 거래 내역들은 소프트웨어에 의해 자동으로 거절되는 것이다.

비트코인의 거래 내역은 약 10분에 한 번씩 블록으로 묶이고 이전의 거래 내역을 포함하고 있는 블록들과 사슬로 엮이게 된다. 이렇게 새로운 블록을 생성하는 과정을 채굴 (mining)이라고 부른다.

그러나 공용 장부에도 단점은 존재한다. 전 세계의 몇천, 혹은 몇만 개의 컴퓨터가 장부를 관리하는데 가장 최신 버전의 장부가 무엇인지 합의하려면 중앙화 된 권력이 필요하다는 것이다. 그러나 비트코인은 중앙 권력을 사용하지 않은 합의 메커니즘을 제시하여 이 문제를 풀어나간다.

비트코인 채굴이 인센티브로 작동하는 방식

이건 진짜 광산이다 (출처: National Geographic Society)

비트코인의 채굴 방식은 수학과 경쟁, 그리고 경제적 보상을 사용하는 해결 방식이다. 채굴을 하기 위해 노드들은 복잡한 수학 문제를 풀어야 하는데, 이 수학 문제는 푸는데 약 10분 정도 걸린다. 그리고 2주마다 네트워크에 참여하고 있는 컴퓨터 파워에 따라 문제의 난이도가 조정된다. 수학 문제를 가장 먼저 풀게 된 컴퓨터는 거래내역을 담은 블록을 생성할 수 있게 되며, 이에 대한 보상을 얻게 된다.

여기서 주목할 점은 모두가 그 해답의 정답 여부를 쉽게 검증할 수 있다는 것이다. 만약 채굴자가 사기를 친다면 다른 참여자들이 해당 블록을 버리게 될 것이다. 그리고 그 사기꾼은 보상만 놓치는 것이 아니라 해당 블록을 채굴하기 위해 사용된 자원도 낭비하게 되는 것이다. 이론적으로는 아무나 채굴에 참여할 수 있지만 현재는 수학 문제의 난이도가 너무 높고 경쟁이 너무 강해 채굴을 위한 특수 컴퓨터가 몇백대나 필요하다. 그래서 초기 투자비용이 매우 높다. 결론적으로 악의적인 노드는 기대 수익보다 손실이 훨씬 커져 사기를 칠 동기가 사라진다.

채굴의 장점은 이뿐만이 아니다. 채굴 자체가 매우 수익성이 좋다는 것이 증명되었기 때문에 굉장한 경쟁이 생기고 있고, 이는 곧 채굴 파워가 분산되고 있음을 이야기한다. 즉, 탈중앙화에 점점 더 가까워지는 것이다. 게다가 더 많은 경쟁 때문에 비트코인의 가치가 지속적으로 상성 하고, 더 많은 채굴자들이 네트워크에 참여하며, 사기가 더욱 어려워지고, 결국 비트코인 자체가 성장하는 선순환이 일어나게 된다.

통화량과 인플레이션

인플레이션을 설명하는 우리나라의 고전 예시가 짜장면이라면, 미국의 고전 예시는 햄버거다 (출처: Capital.com)

채굴은 비트코인이 시스템에 추가되는 방식이기도 하다. 위에 언급된 암호학 문제를 먼저 푸는 노드는 거래 수수료와 새 비트코인이라는 보상을 받게 된다.

우선 거래 수수료란 해당 블록에 기록된 모든 거래 내역에서 생긴 수수료의 합을 의미한다. 네트워크 혼잡도에 따라 거래 수수료가 달라질 수 있으며, 이미 유통되고 있던 비트코인이다. 반면, 새로운 코인은 유통이 되지 않던, 즉 새로 발행되는 비트코인을 뜻한다. 현재 발행이 완료된 모든 비트코인은 이와 같은 방식으로 채굴되었다.

2009년 비트코인이 처음 시작되었을 때는 한 개의 블록 생성 당 50개의 비트코인을 보상으로 받을 수 있었다. 그러나 처음부터 보상량은 약 4년에 한 번씩 반감되도록 설계되었다. 따라서 현재는 블록 생성 당 6.25개의 비트코인을 보상으로 받고 있으며, 이는 2024년에 다시 반으로 줄어들 예정이다. 비트코인은 2100만 개가 발행되는 순간 더 이상 새로 생성되지 않으며, 이때부터 채굴자들은 블록 생성 보상으로 거래 수수료만을 받게 된다.

위의 모든 과정은 노드의 대다수가 합의하지 않는 한 절대 변하지 않는다. 이는 발행량과 속도도 마찬가지다. 다시 말해, 비트코인은 희소성이 있는 화폐이며, 이는 곧 인플레이션에 대한 불확실성을 제거한다는 뜻이다.

비트코인은 궁극적 건전 화폐인가?

비트코인은 명목 화폐와 달리 관리인이 없이도 확실한 디지털 희소성을 가지고 있다. 그리고 건전 화폐의 다른 속성들 또한 가지고 있다.

지속성: 블록체인의 구조로 인해 네트워크가 무너지는 것은 사실상 불가능하다. 최소 전 세계에 위치한 50,000개의 노드가 동시에 파괴되지 않는 한 비트코인 장부는 유지될 것이다.

가분성: 비트코인은 1/100,000,000까지 쪼갤 수 있다. 비트코인의 최소 단위인 1/100,000,000은 비트코인의 창시자의 이름을 따와 1 사토시(Satoshi)라고 부른다 (그러나 이 최소 단위는 아직까지는 문제가 되지 않지만, 추후 비트코인의 가치가 더 상승하게 되면 문제의 여지가 있다).

대체 가능성: 모든 비트코인의 가치는 같다. 1달러는 다른 1달러와 가치가 같은 것과 마찬가지다.

휴대 가능성: 비트코인은 완전 디지털로 되어 있기 때문에 쉽게 휴대가 가능하다. 컴퓨터나 핸드폰, 혹은 QR코드를 이용하여 종이에 들고 다닐 수도 있다. 인터넷 연결만 있다면 어디서든 쉽게 옮길 수 있다는 뜻이다 (인터넷이 없을 때도 가능한 경우도 있다).

비트코인의 한계

그러나 비트코인도 당연히 한계가 존재한다. 우선 가장 대표적인 문제는 트릴레마(trilemma)라고 불리는 문제다. 블록체인 네트워크를 포함한 모든 거래 장부는 안정성, 확장성, 그리고 탈중앙성을 모두 가질 수 없다. 다시 말해, 두 가지를 선택하면 한 가지는 필연적으로 포기해야 하는 것이다.

해당 단어들을 살펴보자. 확장성(scalability)란 많은 거래량을 한 번에 처리할 수 있는 능력을 말한다. 안정성(security)은 장부가 해킹이나 사기, 외부 공격에 얼마나 잘 견딜 수 있는지를 의미한다. 마지막으로 탈중앙성(decentralization)은 시스템의 권력이 중앙화 되어 있지 않고 여러 참여자에게 나누어져 있는 것을 말한다.

명목 화폐의 경우는 매우 뛰어난 확장성과 합리적인 안정성을 가지고 있지만, 완벽히 중앙화 되어 있다는 문제를 가지고 있다. 반면 비트코인은 탈중앙성에 가장 초점을 두고 만든 네트워크이며, 위에서 살펴본 것과 같이 안정성도 매우 뛰어나다. 그러나 확장성은 그렇지 못하다. 현재 비트코인은 평균적으로 초당 5개의 거래를 처리할 수 있다 (초당 거래량은 Transactions per Second, 즉 TPS라고 부른다). 명목 화폐 거래 시스템 중 하나인 비자가 50,000 이상의 TPS를 갖고 있다는 점을 생각하면 너무 큰 차이다. 확장성 문제는 비트코인이 거래를 위한 화폐보다는 가치 저장 공간으로 더 각광받는 이유이기도 하다.