작업 증명이란?

5월 23, 2022
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작업 증명
주요 시사점
— 작업 증명(약칭, PoW)은 블록체인 네트워크에서의 합의를 통해 트랜잭션을 인증하고 체인에 새 블록을 생성하는 합의 메커니즘 중 하나입니다.
— 작업 증명을 통해 채굴자는 트랜잭션을 검증하고 보상을 받기 위해 서로 경쟁합니다.
— 다음 블록 구축에 선택될 확률은 연산 능력과 관련이 있습니다.

이런 설명을 많이 듣긴 했는데 아직도 이해를 못하시겠다구요? 걱정하지 마세요. 쉽지 않은 내용이니까요! 지분 증명이란 대체 무엇인가요? 쉽게 설명해 드리겠습니다.


작업 증명(PoW)은 비트코인의 기본 합의 모델인 블록체인 네트워크에 대한 합의 알고리즘입니다. 비트코인은 PoW의 사용을 최초로 이끈 암호화폐입니다.

높은 수준에서 PoW는 전기 에너지를 디지털 블록체인상의 “가중치”로 변환시키는 시스템에 기반하며, 이를 통해 비트코인과 같은 PoW 블록체인에 위조할 수 없는 높은 생산 비용(unforgeable costliness)을 부여하고, 그 과정에서 비잔틴 장애 허용(BFT) 분산 네트워크를 만드는 인센티브 구조를 유도합니다.

비트코인의 나카모토 컨센서스

비트코인의 나카모트 컨센서스의 프리즘을 통해 PoW의 메커니즘을 이해하는 것이 가장 좋은 방법일 것입니다. 왜냐하면 이는 성공적이고 지속가능한 PoW 구현에 관한 반박할 수 없는 본보기이기 때문입니다.

PoW는 수학 퍼즐에 근거해 네트워크에 다음 블록 브로드캐스트를 생성하는 특정 임계점(논스)이하의 값을 구할 수 있습니다. 다음 블록을 생성하는 블록 리더는 복권 방식과 유사한 포맷에 따라 선정되는데, 이는 프로세스에 기여한 컴퓨팅(즉, 해시) 파워와 직접적인 관련이 있습니다. 사토시 나카모토는 블록체인 백서에서 다음과 같이 설명합니다:


“작업 증명 방식은 또한 다수결을 통한 의사 결정 방식에서 대의 문제를 해결합니다. 만약 다수가 하나의 IP 주소당 하나의 투표권을 부여하게 되면 누구나 IP 주소를 많이 확보하는 것 만으로 시스템을 전복시킬 수 있습니다. 반면 작업 증명 방식에서는 본질적으로 CPU당 하나의 투표권이 부여됩니다. 가장 긴 체인은 가장 많은 작업 증명을 포함하고 있으므로 이것이 곧 다수의 결정이 됩니다. 정직한 노드가 연산 능력의 대부분을 차지하고 있다면, 정직한 체인이 가장 빠르게 늘어나 여타 경쟁 체인을 압도하게 될 것입니다.”

사토시 나카모토 백서

가장 긴 체인이 가장 맣은 작업을 수행합니다. 즉 가장 많은 전력(즉, 해시)이 투여되므로 식별이 쉬워 집니다.

PoW 합의 모델에는 두 가지의 주요 참여자가 있습니다: 바로 채굴자와 풀 노드 운영자입니다.

채굴자

채굴자는 다음 블록을 생성(10분 마다 생성됨)하고 이를 네트워크에 브로드캐스트하기 위해 경쟁적으로 문제를 푸는 네트워크 참여자들입니다. 이 각 10분의 라운드당 승리한 채굴자가 블록 보상(현재 12.5 BTC)과 블록의 트랜잭션 수수료 모두를 보상으로 받게 됩니다. 이러한 방식은 다음의 두 가지 주요 요소로 인해 블록 생성 과정에서 정직하게 행동하도록 추동하는 역할을 합니다.

먼저 채굴자는 비트코인의 채굴 알고리즘을 풀기 위해 매우 값비싼 하드웨어 장비에 돈을 쏟아 붓고 연속적인 연산에 전기 에너지를 써가며 힘들게 솔루션을 찾아 나갑니다.

채굴자가 악의적으로 행동하고 채굴 프로세스를 전복하려고 시도하여 프로세스 전반에서 비트코인의 신뢰성을 약화시킨다고 가정해 봅시다. 이 경우 블록 보상을 통해 얻은 BTC에 대한 투자 수익률의 가치가 이전보다 떨어지기 때문에 채굴자가 하드웨어에 투자한 비용에 대한 부담이 더 가중됩니다. 바로 이점은 두 번째 요소와도 연결됩니다.

채굴자는 현금이 아닌 BTC로 블록 보상을 받게 됩니다. 결과적으로 실제 자원(전기)을 BTC 생산으로 바꿔 비트코인의 전체 보안 모델의 핵심인 위조할 수 없는 높은 생산 비용(unforgeable costliness)을 조장하는 것입니다. 또한 채굴자는 명목 화폐(하드웨어 형태의)뿐만 아니라 실제 자원을 BTC 생산에 기꺼이 소모하고자 하기 때문에 블록체인은 현실적인 가치의 형태를 갖게 됩니다.

비트코인의 발행 및 그와 관련한 통화 정책은 채굴 과정과 연동되어 네트워크의 해시 파워가 오늘날 존재하는 비율로 증가함에 따라 변경이 거의 불가능합니다. 채굴자도 돈을 벌어 생활을 해야 하기 때문에 일부를 현물 가격으로 매도해 채굴자에게서 시장으로 비트코인의 유통이 자연스럽게 이루어지게 됩니다.

풀 노드 운영자

PoW의 두 번째 객체는 풀 노드 운영자나 풀 노드를 실행하는 일반 사용자입니다. 풀 노드는 소프트웨어 클라이언트로, 비트코인 소프트웨어를 실행해 네트워크에서 트랜잭션과 블록을 자동으로 검증하고 생성합니다.

암호학적 증명과 비트코인의 합의 규칙을 사용하는 풀 노드 운영자는 네트워크의 상태에 대한 최종 검증인이자 네트워크의 역동성을 상징합니다. 풀 노드 클라이언트는 또한 마이닝 클라이언트가 될 수도 있으며, 클라이언트는 네트워크상의 유효하지 않은 블록과 트랜잭션을 거부합니다.

PoW는 에너지 집약적인 설계와 온 체인 트랜잭션 실행 성능이 떨어진다는 비판을 받고 있지만 몇 가지 간과되는 점이 있습니다. 예를 들어 비트코인 채굴의 대다수는 신재생 에너지를 사용해 생성되며, 에너지 비용과 비트코인의 전체적인 가치 및 부 창출 사이의 균형을 찾는 것은 매우 난해한 과제라는 점입니다. 그럼에도 PoW는 연산 및 게임 이론 설계에서 매우 혁신적인 발명에 해당합니다.

비트코인의 PoW는 일종의 보안 조치로, 게임 이론 인센티브, 분산 연산, 사회적 합의, 시장 경제 및 암호학적 증명이 서로 하나로 모이는 지점입니다. 그 혁신성으로 인하여 블록체인은 안전하고, 지속가능하며 분산된 합의를 통해 훌륭히 기능하고 있으며, 십 년 넘게 그 자리를 지키고 있다는 사실 자체가 이를 방증하는 것이기도 합니다.

아는 것이 힘입니다. 그러니 계속 배워나가세요. 암호화폐와 블록체인에 대한 학습이 즐거우셨다면 School of Block 동영상도 참고해 보세요. 이더리움 레이어 2.


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