블록체인

작업 증명에서 지분 증명으로… 변화하는 블록체인 기반 암호화폐 거버넌스 방식

Lucas Mearian | Computerworld 2018.05.08
블록체인 분산 원장의 원리는 각기 그 앞의 기록과 불가분하게 연결되는 전자 기록의 체인을 형성하는 것이다. 각 새로운 항목 집합, 또는 “블록”은 합의 과정을 거친 후에만 완료되고 해시태그와 함께 시간 도장이 찍힌다.

블록체인의 새 항목을 인증하고 네트워크의 변경을 관리하는 용도로 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 가장 많은 디지털 코인(가장 큰 지분)을 가진 자가 암호화폐 또는 비즈니스 블록체인 원장을 지배한다. 그러나 현재까지 가장 인기 있는 블록체인 기반 암호화폐인 비트코인, 이더리움(이더), 라이트코인은 PoW를 합의 메커니즘으로 사용해왔다.

그러나 조만간 이 관행이 바뀔 수도 있다.

작업 증명 프로토콜(PoW)
이유는 이렇다. PoW 알고리즘은 블록체인 기반 암호화폐에 데이터를 추가하도록 인증하기에 앞서 컴퓨터가 CPU의 역량을 확장해서 복잡한 암호화 기반 방정식을 풀도록 한다. 방정식을 가장 빨리 푸는 컴퓨터 노드에는 비트코인과 같은 디지털 코인이 보상으로 지급된다. PoW를 통해 암호화폐를 버는 과정을 “채굴”이라고 한다. 비트코인을 채굴한다는 말도 그런 의미다.

문제는 PoW 프로세스는 프로세서를 24/7 실행하고 채굴 작업용 서버 팜을 냉각시키기 위해 막대한 전기를 소비한다는 점이다. 이러한 마이닝 작업이 너무 많은 전기를 소비하는 탓에 도시, 심지어 국가 차원에서도 마이닝 작업을 단속하기 시작했다.

PoW 프로토콜은 수학 퍼즐을 풀기 위한 과정이 긴 탓에 속도가 극히 느려질 수 있어서 비즈니스 분산 원장 또는 비트코인과 같은 암호화폐 네트워크에서 새 항목을 승인하는 데 10분 이상이 소요되기도 한다.

금융 거래 한 건이 네트워크에서 승인되기까지 10분을 기다린다고 상상해 보라.

지분 증명 프로토콜(PoS)
반면 PoS 알고리즘은 완전히 새로운 블록체인 항목을 수 초 이내에 완료할 수 있다.
카네기 멜론 대학(CMU) 컴퓨터과학 학부의 바이풀 고얄 부교수는 “지분 증명 알고리즘은
작업 증명을 추월할 잠재력을 지녔다”면서 “그러나 그 전에 극복해야 할 중대한 과제도 아직 있다”고 말했다.

예를 들어 이더리움은 작년 “캐스퍼(Caspter)”라는 테스트 네트워크에 PoS 메커니즘을 도입했다. PoS 합의 프로토콜은 “담보부 검증자(bonded validator)”, 즉 블록체인 합의 또는 투표 커뮤니티에 참여하기 위해 먼저 보증금을 예치해야 하는 사용자를 생성한다. 담보부 검증자는 블록체인에서 정직하게 행동하는 한 합의 커뮤니티에 남을 수 있다. 반면 시스템을 기만하려고 시도하는 경우 지분(돈)을 잃는다. 이더리움의 캐스퍼 PoS 시스템은 약 4초만에 새 거래를 처리하는 합의 메커니즘을 실현한다.

PoW 알고리즘은 비교적 배포가 간단한 반면 PoS 프로토콜은 여러 가지 미묘한 과제에 직면해 있다. 그 중에서 가장 어려운 과제는 고얄에 따르면 “사후 부패(posterior corruption)”다. 이 부패가 블록체인의 진실성을 훼손할 수 있다.

블록체인의 한 무리가 과반 지분을 보유했다가 이 지분을 팔았다고 가정해 보자. PoS 시스템에서 이러한 주체는 과거 자신들에 지배력을 부여했던 암호화 키를 여전히 보유할 수 있으며, 이 권한을 사용해서 현재 블록체인에서 새 블록체인을 만들 수 있다(이를 포크(fork)라고 함). 고얄은 사실상 애초에 지분을 판매하지 않은 상태와 동일하게 금전적 지분을 보유할 수 있다고 말했다.

고얄은 “이 문제는 지분 증명에서만 발생하며 대처하기가 상당히 어려워 보인다. 이더리움은 만족스러운 해결책을 찾을 때까지 지분 증명으로의 전환을 계속 미루고 있는 상황”이라고 말했다.

PoS에 대한 또 다른 비판점은 채굴자 지분 크기에 따라 소수 노드에 대한 힘의 집중이 가능하다는 것이다. 로펌인 리드 스미스(Reed Smith) LLP가 발표한 연구 논문에 따르면 이로 인해 변조의 가능성이 증가하게 된다.

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블록체인의 거버넌스 방법
포레스터 리서치의 수석 분석가 마르타 베넷은 적절한 거버넌스 모델에 대한 합의에 이르는 것이 모든 기업용 블록체인 이니셔티브의 가장 큰 과제 중 하나라면서 “합의점을 찾지 못해 중단되거나 아예 시작도 되지 못한 프로젝트도 있다”고 말했다.

디지털 화폐 네트워크인 디크리드(Decred)의 창시자 제이크 요콤-피아트는 최선의 거버넌스 모델은 PoW와 PoS 메커니즘을 모두 채택한 모델이라고 말했다.

디크리드는 네트워크에서 디지털 코인을 소유하기 위한 암호적 입증을 거친 사용자가
옵트인을 통해 합의 커뮤니티에 참여할 수 있게 해주는 무작위 “티켓팅” 시스템을 사용한다.
요콤-피아트는 “일반적인 지분 증명의 경우 이따금 참여 호출을 받는 형식이지만 옵트인 시스템은 참여에 선제적으로 자원할 수 있게 해준다”고 말했다.

일반적인 복권을 비롯한 기회 게임과 마찬가지로, 이전 블록의 작업 증명, 즉 진위 여부에 투표할 수 있는 수천 명의 사용자로 구성된 풀에서 5명의 티켓 소지자를 선택하는 무작위 프로세스가 진행된다.

요콤-피아트는 “투표를 위해서는 온라인 상태의 컴퓨터가 필요하다. 투표를 하면 보상(디지털 토큰)을 받게 된다”고 말했다.

디크리드 시스템에서 PoS 투표자는 블록체인의 PoW 항목을 승인 또는 거부한다는 점에서 공식적인 영향력을 가진다.

요콤-피아트는 “작업 증명 채굴자가 속임수를 써서 네트워크에서 문제를 유발하는 경우 그 네트워크의 지분 소유자들은 이에 대해 벌을 주고 보상을 박탈할 수 있다”면서 “또한 지분 소유자는 규칙 변경 합의에도 투표할 수 있다”고 말했다.

요콤-피아트는 새로운 소프트웨어 릴리스 및 기타 블록체인 변화가 “암호화폐의 주요 의사 결정을 위한 분쟁 해결 및 결정 메커니즘 역할을 한다”고 말했다.

PoW와 PoS의 차이점
PoW 시스템을 기반으로 구축된 블록체인 분산 원장의 경우 노드가 합법적인 노드임을 입증하기 위해 무작위지만 비교적 어려운 수학 방정식을 풀어야 하므로 상당한 처리 성능이 필요하다. 사람이 CAPTCHA 테스트에 문자를 입력하는 원리와 비슷하다.

대신 시간과 성능의 소비가 큰 만큼 블록체인 네트워크를 기만하기 위한 비용도 그로 인해 얻는 가치보다 크다.

반면 지분 증명 프로토콜은 그 이름이 시사하듯이 가장 많은 디지털 화폐 또는 코인을 가진 사람이 새 블록 데이터를 인증할 수 있게 해준다. 투표는 소유한 컴퓨팅 성능이 아니라 소지한 코인을 통해 이뤄진다.

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

고얄은 “기업에서의 주주 투표와 많은 면에서 비슷하다. 지분이 많을수록 투표 영향력도 커진다”면서 “누군가 시스템에서 과반수의 지분을 확보하면 그 시점부터 시스템의 미래에 대한 강력한 힘을 갖게 된다”고 말했다.

퍼블릭 대 프라이빗 블록체인
퍼블릭 또는 공개 블록체인은 하나의 노드 또는 소규모 노드 그룹이 거버넌스를 장악하는 경우 그 가치를 잃게 된다. 따라서 암호화폐 블록체인에는 통제력이 공정하게 분산되도록 보장할 방법이 필요하다.

비트코인, 라이트코인, 이더리움 및 기타 퍼블릭 블록체인 네트워크는 핵심 소프트웨어 개발자 그룹이 이끄는 “비공식적인” 형태의 거버넌스도 사용한다. 베넷은 “여기에는 플랫폼이 발전함에 따라 거버넌스를 어떻게 확장할 것인가에 대한 큰 과제가 뒤따른다”고 말했다.

반면 기업이 분산 원장의 데이터를 교환할 수 있도록 개발된 리눅스 재단 하의 오픈소스 블록체인 플랫폼인 하이퍼레저(Hyperledger)에서는 추가할 기능, 그 기능을 추가할 방법과 시기 등의 의사 결정이 적극적인 참가자 풀 중에서 커뮤니티를 통해 선출된 개발자 그룹에 의해 결정된다.

거버넌스 모델은 블록체인의 일시적 또는 영구적인 분할 또는 “포크”를 통해 새로운 블록 가지를 생성할 수 있도록 한다. 하드 포크는 이전 블록체인에서 영구적으로 분기되는 형태이며 소프트 포크는 하위 호환성을 지닌 일시적 변경이다. 기차가 스위치를 통해 선로를 바꾸는 것과 비슷하다. 블록체인에서 이 스위치는 철도 서비스에 대한 권한을 가진 과반수에 의해 관리된다.

다양한 블록체인과 각각의 암호화폐는 다양한 PoW 또는 PoS 프로토콜을 사용할 수 있다. 예를 들어 비트코인은 해시캐시(Hashcash) PoW 알고리즘을, 라이트코인은 스크립트(scrypt)를 사용한다.

피어코인(peercoin)과 같이 소소한 PoS 기반 암호화폐가 여러 개 있지만 고얄에 따르면
비트코인 또는 이더리움에 필적할 만한 규모의 화폐는 없다.

암호화폐는 누구나 참여할 수 있다는 면에서 퍼블릭 블록체인이다. 중앙 기관 또는 관리자가 존재하지 않는다. 네트워크를 사용하는 사람들이 새 블록 승인 또는 소프트웨어 변경에 대해 투표하는 방식으로 네트워크의 거버넌스를 결정한다.

사전 심사를 거친 정해진 사용자만 사용이 인증되고 중앙에서 관리되는 프라이빗 또는 “허가” 기반의 블록체인도 있다. 내부적으로 또는 사전 심사를 거친 비즈니스 파트너 간에 데이터를 공유하기 위한 목적으로 블록체인을 사용하는 기업이 곧 허가된 분산 원장이다.

다른 합의 알고리즘도 있다. 예를 들어 공간 증명은 노드가 가진 데이터 스토리지 공간에 따라 투표 효력을 비례해 계산한다. 고얄은 “꽤 유망한 여러 시스템이 현재 개발 중인 것으로 안다”고 말했다.

PoET(경과 시간 증명)를 비롯해서 많은 수의 “~증명” 알고리즘이 있지만 베넷에 따르면 대부분은 아직 검증되지 않았다.

텐더민트(Tendermint), 알고랜드(Algorand)와, 다양한 비잔틴(Byzantine) 결함 허용 알고리즘을 포함한 합의 모델이 있고 라운드 로베인(Round Robein), 가십(Gossip)과 같은 프로토콜도 있다.

베넷은 “대부분은 새로운 개념이 아니라 새로운 사용 방법일 뿐”이라면서 “모든 합의 알고리즘에는 타협점이 있다. 일반적으로 확장성과 기밀성 사이의 타협”이라고 말했다.

PoW와 PoS에는 각기 장점이 있다. 둘 중 하나에서 다른 하나로의 변경은 모든 현재 블록체인에서 확실한 하드 포크에 해당하며, 이미 투자한 사람은 큰 영향을 받게 된다. 그러나 확장성, 속도, 효율성을 높일 수 있는 만큼 결국 업계가 방향 전환을 진지하게 고려해야 하는 시점이 올 것이다. editor@itworld.co.kr
 

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