블록체인 기반 암호화폐 통제 방식 바뀐다…지분 중심 방식 대두

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블록체인 분산 원장은 각각 그 앞의 기록과 불가분하게 연결되는 전자 기록 체인을 서로 연결한다. 각각의 새로운 항목 집합 또는 “블록”은 합의 프로세스를 거친 이후에만 완료되고 해시태그와 함께 시간 스탬프가 찍힌다.

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이런 블록체인의 새 항목을 인증하고 네트워크의 변경을 통제하기 위해 가장 널리 사용되는 두 가지 메커니즘 또는 프로토콜은 작업 증명(Proof of Work, PoW)과 지분 증명(Proof of Stake, PoS)이다.

이름이 시사하듯이 PoS 합의 모델에서는 디지털 코인이 가장 많이 소유한 사람(지분이 가장 큰 사람)이 암호화폐 또는 비즈니스 블록체인 원장을 통제한다. 그러나 현재까지 가장 인기 있는 블록체인 기반 암호화폐인 비트코인, 이더리움, 라이트코인은 합의 메커니즘으로 PoW를 사용해왔다.

그러나 이러한 관행이 곧 바뀔 가능성이 잇다.

작업 증명 프로토콜
이유를 알아보자. PoW 알고리즘에서는 컴퓨터가 블록체인 기반 암호화폐에 데이터를 추가하도록 승인을 받으려면 먼저 CPU 성능을 확장해서 복잡한 암호화 기반 방정식을 풀어야만 한다. 방정식을 가장 빠르게 푸는 컴퓨터 노드에는 비트코인과 같은 디지털 코인이 지급된다. 이렇게 PoW를 통해 암호화폐를 벌어들이는 과정을 채굴이라고 한다. 비트코인 채굴이 바로 그러한 의미다.

PoW 프로세스의 문제는 프로세서를 연중무휴 24시간 가동하고 채굴 작업을 위한 서버 팜을 냉각시켜야 하는 데 따른 전기 소비량이 엄청나다는 것이다. 채굴 작업에 소비되는 전기가 너무 큰 탓에 일부 도시와 국가에서는 채굴 작업을 제한하기 시작했다.

또한 PoW 프로토콜은 수학 퍼즐을 푸는 긴 과정으로 인해 속도가 매우 느려질 수 있다. 따라서 비즈니스 분산 원장 또는 비트코인과 같은 암호화폐 네트워크에서 새 항목을 승인하는 데 10분 이상이 소요되기도 한다.

금융 거래가 네트워크에서 승인되기까지 10분 동안 기다린다고 상상해 보라.



지분 증명 프로토콜
반면 PoS 알고리즘은 완전히 새로운 블록체인 항목을 몇 초 이내에 완료할 수 있다. 카네기 멜론 대학(CMU) 컴퓨터과학부 부교수인 바이풀 고얄은 “지분 증명 알고리즘에는 확실히 작업 증명 알고리즘을 추월할 잠재력이 있지만, 그 전에 해결해야 할 몇 가지 중대한 연구 과제가 아직 남았다”고 말했다.

예를 들어 작년 이더리움은 “캐스퍼(Casper)”라는 테스트넷에 PoS 메커니즘을 도입했다. PoS 합의 프로토콜은 “담보부 검증자(bonded validator)”를 생성한다. 담보부 검증자란 블록체인 합의 또는 투표 커뮤니티에 참여하기 위해 먼저 보증금을 예치해야 하는 사용자다. 담보부 검증자는 블록체인에서 정직하게 행동하는 한 합의 커뮤니티에 계속 남을 수 있다. 그러나 시스템을 기만하려는 시도를 할 경우 지분(돈)을 잃는다. 이더리움의 캐스퍼 PoS 시스템이 구현하는 합의 메커니즘은 새 트랜잭션을 약 4초만에 처리할 수 있다.

PoW 알고리즘은 채택 과정이 상대적으로 간단한 반면 PoS 프로토콜은 여러 가지 미묘한 과제에 직면해 있는데, 고얄은 그 중에서 가장 어려운 과제로 “사후 부패”를 지적했다. 사후 부패는 블록체인의 신빙성을 훼손할 수 있다.

예를 들어 블록체인의 한 집단이 과반 지분을 보유했다가 팔았다고 가정해 보자. PoS 시스템에서는 과거 통제력을 부여했던 암호화 키를 이들이 지분을 판매한 이후에도 계속 보유할 수 있으며, 이 권한을 사용해서 현재 블록체인에서 새 블록체인을 분기해 생성할 수 있다(포크(fork)라고 함). 고얄에 따르면 사실상 애초에 지분을 판매하지 않은 상태와 동일한 금전적 지분을 보유하게 되는 셈이다.

고얄은 “이 문제는 지분 증명 알고리즘에서만 발생하며 대처하기가 매우 어려워 보인다. 이 문제에 대한 만족스러운 해결책을 찾을 때까지 이더리움은 지분 증명으로의 전환을 계속 미루고 있다”고 말했다.

법률회사 리드 스미스(Reed Smith LLP)가 최근 발행한 연구 논문에 따르면 채굴자의 지분 양에 따라 소수 노드에 힘이 집중되고 변조 가능성이 높아지게 된다는 점도 PoS에 대한 비판 중 하나다.



블록체인 통제 방법
포레스터 리서치의 수석 분석가 마르타 베넷은 모든 기업용 블록체인 이니셔티브의 가장 큰 과제는 적절한 통제 모델에 대한 합의에 이르는 것이라면서 “합의점을 찾지 못해 중단되거나 아예 시작도 되지 못한 프로젝트도 있다”고 지적했다.


디지털 화폐 네트워크인 디크레드(Decred)를 만든 제이크 요콤-피아트는 PoW와 PoS 메커니즘을 모두 채택하는 것이 최선의 통제 모델이라는 생각이다. 디크레드는 네트워크에서 디지털 코인을 소유하기 위한 암호적 증명을 거친 사용자가 옵트인을 통해 합의 커뮤니티 참여할 수 있게 해주는 무작위 “티켓” 시스템을 사용한다. 요콤-피아트는 “일반적인 지분 증명의 경우 간혹 참여 요청을 받지만 옵트인 시스템을 사용하면 사전에 참여를 자원할 수 있다”고 설명했다.

이전 블록의 작업 증명, 즉 이전 블록이 진짜인지 악성인지 여부에 투표할 수 있는 수천 명의 사용자로 구성된 풀에서 5명의 티켓 소지자를 선택하는 무작위 프로세스가 진행된다. 복권과 같은 기회 게임과 마찬가지다. 요콤-피아트는 “투표를 위해서는 온라인 상태의 컴퓨터가 필요하다. 투표를 하면 보상으로 디지털 토큰을 받게 된다”고 말했다.

PoS 투표자가 블록체인에서 PoW 항목을 승인 또는 거부한다는 점에서 디크레드 시스템은 투표자의 의사를 존중한다. 요콤-피아트는 “작업 증명 채굴자가 편법을 부리고 네트워크에서 말썽을 일으킨다면 네트워크의 지분 소유자들이 보상을 박탈할 수 있다. 또한 규칙 변경 합의에도 투표할 수 있다”며, “이것이 암호화폐의 주요 의사 결정, 즉 신규 소프트웨어 릴리즈를 비롯한 기타 블록체인 관련 변화에서 분쟁 해결과 의사 결정 메커니즘 역할을 한다”고 덧붙였다.

PoW와 PoS의 차이점
PoW 시스템을 기반으로 하는 블록체인 분산 원장에서는 노드의 합법성을 입증하기 위해 상대적으로 어려운 무작위 수학 방정식을 풀어야 하므로 상당한 처리 성능이 필요하다. 사람이 CAPTCHA 테스트에 문자를 입력하는 것과 비슷하다. 시간과 전력의 소비가 크다는 것은 블록체인 네트워크를 속이려 할 때의 비용도 이를 통해 얻는 가치보다 크다는 것을 의미한다.

반면 지분 증명 프로토콜의 경우 이름이 시사하듯이 가장 많은 디지털 화폐 또는 코인을 가진 사람이 새 블록 데이터를 인증할 수 있다. 즉, 소유한 컴퓨팅 파워가 아니라 소유한 코인으로 투표를 하게 된다.

PoW와 PoS는 블록체인 네트워크의 통제 모델이기도 하다. 블록체인의 모든 변경에는 과반수 노드의 사전 합의 또는 동의가 필요하다. 예를 들어 블록체인에 소프트웨어 업데이트를 적용하려면 먼저 과반수 노드가 업데이트를 승인해야 한다. 이를 합의 메커니즘 또는 알고리즘이라고 한다.

고얄은 “기업의 주주총회 투표와 상당히 비슷하다. 지분이 많을수록 투표 영향력도 커진다”면서 “누군가 시스템에서 과반수의 지분을 확보하면 그 시점부터 전체를 좌우하는 강력한 힘을 갖게 된다”고 말했다.

퍼블릭 블록체인 대 프라이빗 블록체인
퍼블릭 또는 공개 블록체인의 경우 단일 노드 또는 소규모 노드 그룹이 통제력을 장악하는 경우 블록체인 본연의 가치를 잃게 된다. 따라서 암호화폐 블록체인에는 통제력의 균등한 분산이 반드시 필요하다.

비트코인, 라이트코인, 이더리움을 비롯한 퍼블릭 블록체인 네트워크는 핵심 소프트웨어 개발자 그룹이 이끄는 “비공식적인” 형태의 통제에도 의존한다. 베넷은 “이 경우 플랫폼이 발전함에 따라 통제력을 어떻게 확장할 것인가라는 중대한 과제가 뒤따른다”고 말했다.

반면 리눅스 재단 산하의 오픈소스 블록체인 플랫폼으로 기업이 분산 원장 데이터를 교환할 수 있도록 개발된 하이퍼레저(Hyperledger)에서는 활성 참가자로 구성된 풀에서 커뮤니티를 통해 선출된 개발자 그룹이 추가할 기능, 그 방법 및 시기와 같은 의사 결정을 담당한다.

각 통제 모델은 블록체인의 일시적 또는 영구적인 분할 또는 “포크”를 통해 새로운 블록 가지를 생성할 수 있도록 허용한다. 이전 블록체인에서 영구적으로 분기되는 형태를 하드 포크, 하위 호환성을 유지하는 일시적 변경을 소프트 포크라고 한다. 스위치를 사용한 기차 선로 변경과 비슷하다. 블록체인에서는 철도 서비스를 운영할 권한을 가진 과반수가 이 스위치를 관리한다고 보면 된다.

다양한 블록체인과 각각의 암호화폐는 여러 가지 PoW 또는 PoS 프로토콜을 사용할 수 있다. 예를 들어 비트코인은 해시캐시(Hashcash) PoW 알고리즘을, 라이트코인은 스크립트(scrypt)를 사용한다. 피어코인(peercoin)과 같은 잘 알려지지 않은 PoS 기반 암호화폐도 있지만 고얄에 따르면 이러한 암호화폐 중에서 비트코인 또는 이더리움에 필적할 만한 규모를 가진 화폐는 없다.

암호화폐는 누구나 참여할 수 있다는 면에서 퍼블릭 블록체인에 속한다. 중앙 기관이나 관리자가 존재하지 않는다. 네트워크를 사용하는 당사자들이 새 블록 승인 또는 소프트웨어 변경에 대해 투표하는 방식으로 네트워크를 통제한다.

프라이빗 또는 “허가” 기반의 블록체인은 사전 심사를 거친 정해진 사용자만 사용할 수 있으며, 중앙에서 관리되는 형태의 블록체인이다. 내부적으로 또는 사전 심사를 받은 비즈니스 파트너 간에 데이터를 공유하기 위한 목적으로 블록체인을 사용하는 기업이 허가 기반 분산 원장에 속한다.

다른 합의 알고리즘도 있다. 예를 들어 공간 증명(Proof of Space)은 노드가 가진 데이터 스토리지 공간의 크기에 따라 투표 효력을 비례 계산한다. 고얄은 “꽤 유망한 여러 시스템이 현재 개발되고 있다”고 말했다. PoET(proof of elapsed time, 경과 시간 증명)를 비롯해서 많은 수의 “~증명” 알고리즘이 있지만 베넷에 따르면 대부분은 아직 검증되지 않았다.

이외에도 텐더민트(Tendermint), 알고랜드(Algorand), 그리고 다양한 비잔틴(Byzantine) 결함 허용 알고리즘을 포함한 합의 모델이 있고, 라운드 로베인(Round Robein), 가십(Gossip)과 같은 프로토콜도 있다. 베넷은 “그 중 상당수는 새로운 알고리즘이 아니라 새로운 사용 방법일 뿐”이라면서 “모든 합의 알고리즘에는 타협점이 있다. 대부분 확장성과 기밀성 사이의 타협”이라고 말했다.

PoW와 PoS에는 각기 장점이 있다. 어느 하나에서 다른 쪽으로 변경하는 것은 현재의 모든 블록체인에서 하드 포크에 해당하므로 이미 투자한 사람은 큰 영향을 받게 된다. 그러나 확장성, 속도, 효율성을 높일 수 있는 만큼 결국 업계에서도 진지하게 방향 전환을 고려해야 하는 때가 올 것이다.  editor@itworld.co.kr