채굴과 지분증명

블록체인은 수천 대의 독립적인 컴퓨터가 함께 관리하는 공유 기록입니다. 그중 어느 컴퓨터도 책임자가 아니지만, 모두가 어떤 트랜잭션이 어떤 순서로 일어났는지에 합의해야 합니다. 이런 합의에 이르게 해 주는 규칙의 집합을 합의 메커니즘이라고 합니다. 가장 널리 쓰이는 두 가지는 채굴에 기반한 작업증명(PoW)과, 코인을 예치한 검증인에 기반한 지분증명(PoS)입니다.

블록체인에 합의가 필요한 이유

누구나 원할 때마다 블록을 추가할 수 있다고 상상해 보세요. 두 사람이 서로 충돌하는 기록을 발표할 수도 있고, 한 사람이 같은 코인을 두 번 쓰려고 할 수도 있습니다. 합의 메커니즘은 블록을 제안하는 데 비용이 들게 하고, 어느 체인이 유효한지에 대한 명확한 규칙을 모두에게 제공해 이 문제를 해결합니다. 부정행위를 매력 없게 만드는 것이 바로 이 비용입니다. 기록을 다시 쓰려는 공격자는 막대한 자원을 쏟아부어야 합니다.

작업증명: 채굴

작업증명은 비트코인이 처음 도입했고, 비트코인은 지금도 이 방식을 씁니다.

채굴의 원리

채굴자들은 대기 중인 트랜잭션을 모아 후보 블록을 만듭니다. 이 블록을 체인에 추가하려면, 블록 데이터와 함께 해시 함수에 넣었을 때 특정 목표값보다 작은 결과가 나오는 숫자를 찾아야 합니다. 지름길은 없습니다. 그런 숫자를 찾는 유일한 방법은 엄청나게 많은 값을 대입해 보는 것입니다. 전용 장비가 초당 수십억 번씩 이 작업을 반복합니다.

유효한 답을 가장 먼저 찾은 채굴자가 블록을 전파합니다. 답을 찾기는 어려웠어도, 다른 노드들은 그 답을 즉시 확인할 수 있습니다. 승리한 채굴자는 새로 발행된 코인과 트랜잭션 수수료로 이뤄진 블록 보상을 받습니다.

난이도

채굴자가 늘어나면 블록이 더 빨리 발견될 것입니다. 이를 막기 위해 네트워크는 문제의 난이도를 조정합니다. 비트코인에서는 약 2,016블록마다 조정이 이뤄지며, 평균 블록 생성 시간을 10분 안팎으로 유지합니다.

PoW의 장점과 비판

장점: 오랜 운영 실적, 단순하고 충분히 연구된 보안 모델, 그리고 위조하기 어려운 현실 세계의 자원에 묶인 보안.
비판: 높은 전력 소비, 그리고 장비와 전기가 가장 싼 곳으로 채굴이 몰리는 경향. 대형 채굴 풀이 수많은 참여자의 작업을 한데 모은다는 점도 지적됩니다.

지분증명: 검증인

지분증명은 연산 능력을 경제적 담보로 대체합니다. 참여자들은 장비를 사고 전기료를 내는 대신, 네트워크 자체의 코인을 **지분(stake)**으로 예치합니다.

검증의 원리

코인을 스테이킹한 참여자는 **검증인(밸리데이터)**이 됩니다. 프로토콜이 새 블록을 제안할 검증인을 선정하면, 다른 검증인들이 이를 확인하고 투표합니다. 이더리움에서는 이 투표를 어테스테이션(attestation)이라고 부릅니다. 선정은 무작위지만 지분 규모에 따라 가중치가 붙습니다. 규칙을 지킨 검증인은 프로토콜과 수수료에서 보상을 받습니다.

슬래싱

지분증명 보안의 핵심은 부정행위에 대한 처벌입니다. 검증인이 서로 충돌하는 두 블록에 서명하는 등 부정행위를 시도하면, 프로토콜은 그 지분의 일부를 소각할 수 있습니다. 이를 슬래싱이라고 합니다. 단순히 오프라인 상태인 검증인도 소액을 잃을 수 있습니다. 따라서 공격자는 전체 스테이킹 물량에서 매우 큰 몫을 확보해야 하고, 그것을 잃을 위험까지 감수해야 합니다.

대표 사례, 이더리움

이더리움은 2015년 작업증명으로 출범했습니다. 그리고 2022년 9월 **더 머지(The Merge)**라는 업그레이드를 통해 지분증명으로 전환했습니다. 검증인을 단독으로 운영하려면 32 ETH를 스테이킹해야 합니다. 그보다 보유량이 적거나 서버를 직접 운영하고 싶지 않은 사람들은 스테이킹 서비스나 풀을 이용하는 경우가 많은데, 이 경우 제삼자를 신뢰해야 하고 그에 따른 고유한 위험도 생깁니다.

PoS의 장점과 비판

장점: 훨씬 적은 에너지 사용, 전용 장비가 필요 없음, 공격자의 자금을 직접 겨냥하는 처벌 장치.
비판: 코인을 많이 가진 사람의 영향력이 커짐, 대형 스테이킹 사업자에게 통제력이 집중될 수 있음, 작업증명보다 설계가 복잡하고 역사가 짧음.

두 방식 비교

소모하는 자원: PoW는 전기와 장비, PoS는 예치된 코인
블록 생성자: PoW는 채굴자, PoS는 검증인
처벌: PoW에서는 경쟁에서 진 채굴자의 에너지 낭비, PoS에서는 지분 슬래싱
대표 사례: PoW는 비트코인, PoS는 이더리움

보상에 관해

채굴과 스테이킹 모두 보상이 따르지만, 어느 쪽도 수익을 보장하지 않습니다. 채굴 수입은 장비, 전기료, 경쟁 상황에 따라 달라집니다. 스테이킹 보상은 네트워크 상황에 따라 변하며, 스테이킹한 코인은 가치가 떨어지거나 슬래싱될 수 있습니다. 제삼자를 통해 스테이킹한다는 것은 그 서비스에 내 자금을 맡긴다는 뜻이기도 합니다.

핵심 정리

합의 메커니즘은 독립적인 컴퓨터들이 하나의 공유 기록에 합의하게 해 줍니다.
작업증명은 연산 능력으로 체인을 지키며, 비트코인이 이를 사용합니다.
지분증명은 예치된 코인과 처벌로 체인을 지키며, 이더리움은 2022년 더 머지 이후 이를 사용하고 있습니다.
두 방식은 에너지, 탈중앙화, 복잡성 면에서 저마다 장단점이 있습니다.