작업증명(PoW)? 지분증명(PoS)? : 합의 알고리즘이 궁금해요!

블록체인 기술에 관심을 가지거나, 암호화폐에 직접 투자를 하다 보면 생소한 용어들을 접하게 됩니다. "합의 알고리즘이라는 게 뭐지?", "작업 증명, 지분 증명은 어떻게 다른 거야?"등 여러 궁금증이 생기게 됩니다. 이번 포스팅에서는 블록체인의 핵심적인 원리 중 하나인 합의 알고리즘(consensus algorithm)에 대해 알아보도록 하겠습니다.

목차

1. 합의 알고리즘의 중요성 및 블록체인 기술과의 관계

2. 합의 알고리즘의 개념

3. 합의 알고리즘의 종류와 선택 기준

4. 마치며

1. 합의 알고리즘의 중요성 및 블록체인 기술과의 관계

1.1 합의 알고리즘의 중요성

합의 알고리즘이 왜 중요할까요? 블록체인은 여러 노드(컴퓨터)가 각자 독립적으로 운영되는 분산형 네트워크입니다. 이러한 네트워크에서 모든 노드가 같은 데이터를 보유하고, 그 데이터의 변경 사항에 대해 동의(합의) 해야 합니다. 합의 알고리즘은 이 과정에서 각 노드가 데이터의 유효성을 검증하고, 네트워크 전체가 하나의 진실에 도달할 수 있게 하는 메커니즘입니다. 즉, 합의 알고리즘 없이는 블록체인의 기본 원리인 투명성, 보안성, 불변성을 실현할 수 없습니다.

1.2 블록체인 기술과 합의 알고리즘의 관계

블록체인 기술을 한마디로 설명하자면, 데이터를 변조할 수 없는 방식으로 기록하는 분산형 디지털 원장입니다. 이 원장은 네트워크상의 모든 참여자에게 공개되어 있으며, 새로운 데이터(블록)가 추가될 때마다 네트워크의 모든 참여자가 이를 검증하고 합의해야 합니다. 여기서 합의 알고리즘은 블록체인 네트워크 내에서 참여자들이 어떻게 합의에 이르는지를 정의하는 규칙입니다. 각 블록체인 프로젝트는 네트워크의 특성과 목표에 맞는 합의 알고리즘을 선택하여 사용합니다.

2. 합의 알고리즘의 개념

2.1. 합의 알고리즘이란 무엇인가?

간단히 말해서, 합의 알고리즘은 네트워크 내 모든 참여자가 어떤 데이터가 유효하고 정확한지에 대해 동의하는 과정입니다. 이 과정을 통해 네트워크는 하나의 공통된 진실, 즉 합의된 데이터 상태에 도달합니다. 합의 알고리즘은 블록체인의 분산된 특성을 감안할 때, 특히 중요합니다. 왜냐하면 중앙 집중식 시스템과 달리, 블록체인 네트워크는 단일 권위자가 아닌 네트워크 참여자 전체의 합의에 의해 운영되기 때문입니다. 이로 인해, 네트워크는 더욱 투명하고 변경이 어렵게 되며, 이는 블록체인이 제공하는 주요 가치 중 하나입니다.

2.2. 합의 알고리즘의 역할과 목적

합의 알고리즘의 주된 역할은 네트워크의 신뢰성을 확보하고, 거래의 정확성을 보장하는 것입니다. 모든 참여자가 동의한 거래만이 블록체인에 추가됨으로써, 데이터의 무결성이 유지됩니다. 이는 블록체인이 중앙 권한 없이도 작동할 수 있는 기반을 마련해 줍니다. 또한, 합의 알고리즘은 네트워크를 안전하게 보호하는 역할도 합니다. 잠재적인 악의적 공격자로부터 네트워크를 방어하기 위해, 합의 과정에서 다양한 암호학적 기술과 경제적 인센티브를 활용합니다.

이 과정에서 합의 알고리즘은 다음과 같은 목적을 달성하기 위해 설계되었습니다:

-보안성 강화 : 합의 알고리즘은 네트워크를 보호하고, 악의적인 공격자가 네트워크를 조작할 수 없도록 합니다. 이를 통해 블록체인 네트워크는 데이터의 안정성과 무결성을 유지할 수 있습니다.
-분산화 유지 : 블록체인의 핵심 가치 중 하나는 중앙 집중식 권력을 없애고 네트워크 참여자 모두가 권력을 공유하는 것입니다. 합의 알고리즘은 이러한 분산화를 가능하게 하는 기술적 기반을 제공합니다.
-효율성 증대 : 다양한 합의 알고리즘은 네트워크의 특성과 목적에 따라 다르게 설계되었습니다. 예를 들어, 에너지 소비가 적고 처리 속도가 빠른 알고리즘은 네트워크의 전반적인 효율성을 향상시킵니다.

3. 합의 알고리즘의 종류와 선택 기준

3.1 합의알고리즘의 종류

블록체인 기술의 핵심은 다양한 합의 알고리즘을 통해 네트워크 참여자 간의 신뢰와 합의를 이루어내는 것입니다. 이러한 합의 알고리즘은 블록체인의 보안성, 효율성, 확장성 등에 중대한 영향을 미칩니다. 블록체인 세계에는 다양한 종류의 합의 알고리즘이 있으며, 각각은 고유한 특성과 장단점을 가지고 있습니다. 대표적인 합의 알고리즘 몇 가지를 소개합니다.

-작업증명(PoW) : 비트코인(Bit coin) 등
가장 잘 알려진 합의 알고리즘 중 하나로, 복잡한 수학 문제를 해결하는 데 성공한 참여자가 다음 블록을 생성할 권리를 얻습니다. 이는 네트워크를 보호하는 강력한 방법이지만, 이 과정에서 상당한 양의 계산 자원이 소모됩니다. 
-지분증명(PoS) : 카르다노(Cardano), 폴카닷(Polkadot) 등
소유한 코인의 양에 따라 거래의 검증 권한이 주어지는 방식으로, PoW에 비해 훨씬 적은 양의 계산 자원을 필요로 함으로 에너지 효율적이라는 큰 장점이 있습니다.
-위임된 지분증명(DPoS) : 이오스(EOS), 트론(Tron) 등
PoS의 변형으로, 토큰 소유자들이 대표 검증자를 선출하는 방식입니다. 더 빠른 거래 처리가 가능하지만, 중앙화될 수 있다는 우려도 있습니다.
-실용적 비잔틴 장애 허용(PBFT) : 스텔라(Stellar) 등
노드 간의 신뢰를 기반으로 하며, 빠른 거래 처리 속도와 높은 처리량을 자랑합니다. 다만, 네트워크 규모가 커질수록 효율이 떨어질 수 있습니다.

3.2 합의알고리즘 선택 기준

블록체인 프로젝트를 개발하거나 기존 시스템에 블록체인 기술을 도입할 때, 적합한 합의 알고리즘을 선택하는 것은 매우 중요합니다. 알고리즘 선택에 영향을 미치는 여러 요소들이 있으며, 이는 각 블록체인의 목적, 사용 사례, 요구 사항에 따라 다를 수 있습니다. 아래는 합의 알고리즘을 선택할 때 고려해야 할 주요 기준입니다.

-보안성 :
네트워크가 외부 공격이나 내부 조작으로부터 안전해야 합니다. 알고리즘이 충분한 보안성을 제공하는지 평가해야 하며, 51% 공격 같은 특정 공격에 대한 취약점이 없는지 확인해야 합니다.
-확장성 :
시스템이 늘어나는 거래량과 참여자 수를 효과적으로 처리할 수 있어야 합니다. 높은 트랜잭션 처리 속도(TPS)와 낮은 거래 지연 시간을 제공하는 알고리즘을 선택하는 것이 중요합니다.
-분산화 정도 :
블록체인의 핵심 가치 중 하나는 분산화입니다. 합의 알고리즘은 네트워크의 분산화 정도를 결정하는 데 큰 역할을 합니다. 중앙 집중화의 위험이 적고, 네트워크 참여자 간에 권력이 공정하게 분배되는 알고리즘을 선호할 수 있습니다.
-에너지 효율성 :
특히 작업 증명(PoW)과 같은 일부 알고리즘은 많은 양의 전력을 소모할 수 있습니다. 환경에 미치는 영향을 고려하거나 운영 비용을 최소화하고자 할 때 에너지 효율적인 알고리즘을 선택해야 합니다.
-합의 속도 :
네트워크의 합의에 도달하는 데 걸리는 시간도 중요한 고려 사항입니다. 실시간 거래가 중요한 애플리케이션의 경우, 빠른 합의 도달 시간을 제공하는 알고리즘을 선택하는 것이 유리합니다.
-사용 사례와 호환성 :
마지막으로, 선택한 알고리즘이 프로젝트의 사용 사례와 잘 맞는지 확인해야 합니다. 예를 들어, 공공 블록체인과 사설 블록체인은 서로 다른 요구 사항과 목표를 가지고 있으므로, 이에 적합한 알고리즘을 선택하는 것이 중요합니다.
적절한 합의 알고리즘을 선택하는 것은 블록체인 프로젝트의 성공에 결정적인 역할을 합니다. 각 알고리즘의 장단점을 면밀히 분석하고, 프로젝트의 목표와 요구 사항에 가장 잘 부합하는 옵션을 선택하는 것이 중요합니다.

4. 마치며

비트코인의 작업 증명에서 시작된 합의 알고리즘 이제 카르다노의 지분 증명, 이오스의 위임 지분 증명, 하이퍼레저의 실용 비잔틴 장애 허용에 이르기까지, 보다 다양하고 세분화된 방향으로 발전하고 있습니다. 이러한 발전은 블록체인 기술이 단순한 암호화폐 생성을 넘어 금융, 제조, 헬스케어 등 다양한 산업 분야에 혁신을 가져올 수 있는 잠재력을 지니고 있음을 보여줍니다. 합의 알고리즘은 블록체인 네트워크의 중추적 역할을 하며, 그 선택은 블록체인의 성능, 효율성, 그리고 신뢰성을 결정짓는 중요한 요소입니다. 블록체인 기술이 계속해서 발전하고 새로운 알고리즘이 등장함에 따라, 우리는 보다 공정하고, 효율적이며, 지속 가능한 디지털 미래를 향해 한 걸음 더 나아갈 수 있을 것입니다.
합의 알고리즘의 대표적 사례(작업증명, 지분증명, 위임된 지분증명 등)의 자세한 내용에 대해서는 아래 포스팅을 확인 하시기 바랍니다.

블록체인 합의 알고리즘 : 작업증명(PoW) 이해하기, PoW코인 종류는?

 

블록체인 합의 알고리즘 : 지분증명(PoS) 이해하기, PoS코인 종류는?

블록체인 합의 알고리즘 : 위임지분 증명(DPoS) 이해하기, DPoS코인 종류는?