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 비트코인과 퍼블릭 블록체인

●비트코인에서 금융기관 등 중앙의 권위에 전혀 의존하지 않는 완전한 P2P 온라인 거래를 달성하기 위해 블록체인 기술이 최초로 개발됨

-중앙 서버가 없는 개인 간의 P2P 온라인 결제는 토큰이라 불리는 디지털 화폐를 한 개인이 다른 개인에게 이체한다는 송금 메시지가 다른 모든 참여자들에게 발송되는 방식으로 이뤄짐

※ 이 송금 메시지를 수신한 다른 참여자들은 자신이 보유한 거래내역 장부의 내용을 이 메시지에 맞추어 자동적으로 업데이트 함

-같은 토큰을 두 번 사용하는 이중지불은 기존의 P2P 네트워크에서는 방지하기 어려웠음

-비트코인은 블록체인 기술을 사용하여 중앙의 서버 등 관리주체 없이도 이중지불 문제를 해결한 최초의 완전한 P2P 결제 시스템이며, 누구나 거래 장부에 접근 권한을 가진다는 점에서 퍼블릭 블록체인에 속함

●비트코인의 퍼블릭 블록체인 기술은 장부의 분산 및 기록의 비가역성으로 보안성의 향상을 가져오지만 과도한 채굴비용 등의 비효율성도 수반함

-거래 장부가 특정 서버에 집중된 것이 아니라 모든 사용자의 컴퓨터에 분산되어 저장되며, 한번 쓰여진 기록은 다시 고쳐 쓸 수 없기 때문에 높은 보안성을 가짐

-작업증명에 의한 채굴 과정을 통하여, 신뢰할 수 없는 참여자조차도 전체 네트워크의 신뢰성에 기여할 수 있는 인센티브 구조를 구현함

-반면, 비트코인 채굴을 위한 대량의 컴퓨터 가동비용 및 막대한 전력 소모가 필요하며, 거래 처리량이 제한된다는 비효율적 요소도 있음

◆ 비트코인: 블록체인의 원형 제시

●비트코인은 중개기관의 권위에 전혀 기대지 않으면서 거래 장부를 보유한 개인들 간의 직접적 거래가 이뤄지는 최초의 완전한 P2P 온라인 결제시스템임

-P2P 온라인 결제 네트워크에서는 토큰이라 불리는 디지털 화폐를 한 개인이 다른 개인에게 전송하며, 이 송금 메시지가 다른 모든 참여자들에게 전송되는 방식으로 송금이 이뤄짐

※ 토큰(디지털 화폐)의 보유자는 암호화된 고유키 (유료 SW의 인증번호와 유사)를 보유하며, 송금 메시지에 이 고유키가 포함되어야만 거래가 유효함

-가지지 않은 토큰을 전송하는 부정행위는 전송된 토큰의 암호키를 확인하여(디지털 서명) 쉽게 방지 가능하지만, 실제로 보유한 토큰을 두 번 사용하는 이중지불을 방지하는 것은 매우 어려움

-동일한 토큰의 전송 메시지를 두 번 발송한다면, 나중의 것을 취소해야 이중지불을 방지할 수 있지만, 중앙 서버가 존재하지 않는 P2P 네트워크에선 거래의 선후순서를 정확히 알 수 없음

●P2P 네트워크에서 시간의 표준을 부여하는 권위가 없기 때문에, 거래 기록을 모은 블록들을 순서대로 연결해 체인(블록체인)을 만드는 방식으로 거래의 선후 순서를 판정함

-P2P 네트워크에서는 거래 메시지가 모든 참여자(노드) 들에게 전송될 때 지연이 발생하며, 또한 서로 다른 시스템 시계(개별 컴퓨터에서 임의적 조작이 가능)를 가지고 있기 때문에 통일된 시간 기준이 부재함

-비트코인에서는 P2P 상의 메시지 전달 지연을 감안, 약 10분 간격으로 최근 거래 메시지들을 모아 하나의 블록을 만들며, 나중에 만들어진 블록이 앞의 블록에 연결되며 체인(블록체인)을 구성함

-블록이 새로 생성되는 시간 간격을 일정하게 하도록, 전체 네트워크가 참여해서 푸는데 약 10분이 걸리는 수학적 퍼즐을 풀어서 맞춘 참여자(노드)만이 새 블록을 생성할 권한을 부여함

-이렇게 수학적 퍼즐을 맞추어 새로운 블록을 만들고 승인 대기 중인 거래 메시지들을 써넣는 과정을 작업증명(Proof Of Work)이라고 함

-블록들이 연결된 체인 내에서 같은 블록에 속하면 동시에 이뤄진 거래로, 더 앞의 블록에 소속된 거래는 더 먼저 발생한 거래로 간주함

●작업증명은 거래들의 선후 순서를 조작하는 것을 어렵게 하여 이중지불을 억지하는 역할을 하며, 이에 참여하는 보상으로서 가상화폐(비트코인)를 지불함

-작업증명을 하여 블록을 생성하기 위해서는 연산장치를 구동하기 위한 비용(전기료 등)이 들기 때문에, 새로 생성된 비트코인을 보상으로 제공하며 이를 비트코인 채굴(mining)로 부름

-비트코인 네트워크에서 유일한 시간의 표준은 블록체인의 시작 블록에서부터 몇 번째의 블록에 위치하느냐의 여부임

-서로 다른 두 개의 체인이 대립하면, 중앙의 권위가 진본을 판별해주는 대신에 더욱 길이가 긴 체인이 (더 오래전에 생성되었을 것이므로) 진본 체인으로 간주 됨

-그러나, 전체 네트워크를 압도하는 연산능력으로 빠르게 블록을 만들어내서 진본 보다 더욱 긴 조작된 체인을 만들어내면 시간의 순서를 조작하여 진본(더 오래전에 만들어진)으로 승인될 위험이 있음

-Satoshi Nakamoto(2008)는 블록체인의 기록을 위조하려는 자는 그동안 전체 참여자들이 함께 쌓아온 거대한 누적 연산량과 대결해야하기 때문에 거의 불가능하다는 것을 보임

◆ 비트코인의 블록체인의 특징

●비트코인의 블록체인은 거래장부가 모든 참여자에게 공유되며, 누구나 자유롭게 거래 장부에 읽고 쓸 수 있는 퍼블릭(Public) 블록체인임

-기존의 온라인 거래는 금융기관이나 PayPal과 같은 중개기관의 권위에 대한 신뢰에 의존하여 거래의 신뢰성을 보장하며, 따라서 권위를 인정받지 못한 참여주체들은 거래 장부에 대한 접근 권한이 제한 됨

-반면, 비트코인은 작업증명 과정을 통해서, 그 누구도 장부를 위조하는 것이 본인에게 이익이 되지 않도록 함으로써 신뢰할 수 없는 참여자들 조차도 전체 네트워크의 신뢰도를 높이는데 기여하도록 함

-라인홀트 니버가 도덕적 개인이 모여 비도덕적 집단을 만들 수 있다고 경고한 반면, 비트코인은 신뢰할 수 없는 개인이 모여 신뢰할 수 있는 네트워크를 만들어내는데 성공함

-누구도 신뢰할 필요가 없기 때문에, 누구에게나 똑같이 자유롭게 거래 장부를 공유할 수가 있음

●블록체인의 기록은 그 누구도 나중에 고쳐 쓰는 것이 거의 불가능한 비가역성을 가지며, 이로 인해 강력한 변조 방지 기능을 가짐

-블록체인은 기존에 연결된 블록들의 체인에 새로운 거래를 추가할 수만 있을 뿐 기존의 블록의 거래 내용을 그 누구도 변경할 수 없음

-나머지 전체 네트워크를 능가하는 연산력을 독점한 행위자가 있으면 이전 블록의 기록을 고쳐 쓴 후에 새로운 블록을 연속해서 추가하는 식으로 과거 기록의 변조가 가능하지만 가능성이 매우 낮음

◆ 비트코인의 블록체인의 문제점

●거래 속도가 느리며, 블록에 써넣을 수 있는 내용이 한정되어 있음

-거래 내역이 모든 참여자들에게 전파되고 새로운 블록에 쓰여지는 과정에 시간이 소요되어 전체 네트워크의 거래 처리 용량은 약 1초에 7회 정도로 제한되어있음

-새로운 블록에 쓰여져 승인받기를 기다리는 거래들의 대기열이 증가하면서 거래의 승인에 걸리는 시간이 길어짐

-블록의 용량이 제한되어있으며, 블록 안에 토큰 송금 내역 이외의 다른 복잡한 거래 내역을 써넣는데 한계가 있음

●작업증명을 통한 비트코인 채굴(mining) 작업에 들어가는 비용이 과도하여 사회적 낭비를 발생시킴

-비트코인의 마이닝 작업이 소모하는 전력량은 아일랜드 국민들 전체가 소모하는 전력량보다 더 높다고 함 (The Guardian, 2017. 11. 27)

-비트코인은 장부 위조를 막기 위해서는 블록을 생성하는 비용을 높게 유지할 필요가 있기 때문에 마이닝에 참여하는 컴퓨터의 수가 늘어날 수록 마이닝 비용이 증가하지만 이는 사회적 낭비임



●프라이빗 블록체인은 거래 장부를 분산한다는 점은 같으나, 작업증명과 채굴 과정을 생략하고 대신에 중앙의 관리주체가 거래의 승인 및 블록 생성 권한을 보유함

-많은 연산을 필요로 하는 작업증명과 채굴 과정이 불필요해지므로 거래 속도의 대폭 향상 및 비용 절감이 가능해짐

※ 프라이빗 블록체인에도 토큰(가상화폐)가 존재하는 경우가 있으나, 비트코인과 달리 참여자가 직접 채굴하지 않고 시스템 관리주체에 의해 발행됨

-거래 장부에 가상화폐 송금 내역 뿐 아니라, 의료정보 등 비금전적 데이터도 포함될 수 있음

-해당 목적에 부합하는 특화형 설계가 보다 용이하며, 금융, 의료, 무역 등 다양한 분야에 폭넓게 응용이 가능함

-그러나, 중앙의 권위에 의지하지 않고 모든 사람이 자유롭게 참여한다는 비트코인의 원칙은 타협하게 되었음

◆ 프라이빗 블록체인의 확산-개방성 원칙의 타협

●프라이빗(Private) 블록체인은 비트코인과 달리 블록의 승인권한을 보유한 시스템 관리주체가 존재하며, 참여 자격도 제한됨

-채굴과정을 거쳐 새로운 블록을 승인하는 것이 아니라 운영주체가 검증자(Validator) 역할을 수행하여 새로운 블록이 승인이 됨

※ 모든 참여자가 기록에 대한 동등한 읽기/쓰기 권한을 가진 퍼블릭 블록체인과 달리, 운영주체는 일반 참여자보다 더 높은 권한을 보유함

-비트코인 등 퍼블릭 블록체인이 모든 참여자를 동등하게 불신하는 것과 달리, 검증자 역할을 하는 시스템 운영 주체는 일반 참여자보다 더욱 신뢰할 수 있다고 전제함

-비금전적인 내용도 유연하게 장부에 써넣을 수 있으며, 금융, 무역, 의료, 공공 행정 등 가상화폐 결제 이외의 분야에 블록체인이 응용되는 경우는 주로 프라이빗 블록체인에 해당됨

※ 프라이빗이란 사기업 소유란 뜻이 아니라 모든 참여자가 자유롭게 장부에 기록을 써넣을 수 있는 퍼블릭 블록체인에 대비된다는 뜻이며, 공공부문도 프라이빗 블록체인의 운영주체가 될 수 있음

●비트코인의 개방성의 원칙을 타협하는 대신에 거래속도 등의 효율성을 크게 증대시킴

-전체 노드에 거래내역을 전송하고 합의를 구하는 절차를 생략하여 거래 처리속도를 크게 증가시킴

-채굴이 필요 없게 되므로, 작업증명을 통한 채굴에 들어가는 전기료 등의 막대한 비용을 절약할 수 있음

-그러나, 이러한 효율성 증대의 반대급부로 전체 네트워크의 신뢰성은 전통적 시스템과 마찬가지로 특정한 관리주체의 신뢰성에 다시 의존 하게 되었으며 탈중앙화와 개방화의 원칙은 타협하게 되었음

-이로 인해, 프라이빗 블록체인은 진정한 블록체인이 아니라는 비판이 제기되었음

※ 프린스턴 대학의 Arvind Narayanan 교수(2015. 9. 18)는 프라이빗 블록체인이 기존의 데이터베이스의 공유형(shared) 버전과 근본적 차이가 없다고 비판함

※ 반면, Multichain의 Gideon Greenspan(2015. 10. 1)은 프라이빗 블록체인과 기존의 중앙집중식 데이터베이스는 분명히 다르며, 프라이빗 블록체인은 높은 신뢰성 등 여러 차별점을 가진다고 반박함

※ 이더리움의 창시자 Vitalik Buterin(2015. 8. 7)은 “블록체인을 구성하는데 단 한 가지의 올바른 방법이 있다고 믿는 것은 완전히 잘못된 것”이라고 지적함

-또한, 거래 주체들 사이의 이질성이 매우 크고 데이터베이스를 공유하기 힘든 경우에는 오히려 퍼블릭 블록체인이 더욱 빠른 거래를 달성할 수도 있음

●프라이빗 블록체인은 비트코인 등 퍼블릭 블록체인의 개방성을 타협한 대신 거래 장부의 분산 및 기록의 비가역성을 통한 보안성과 투명성 증대라는 특성은 유지함

-장부가 다수의 참여자에게 공유되어 저장된다는 특성은 비트코인과 같으며, 이로 인하여 중앙 시스템이 해킹당하면 전체 데이터가 훼손되는 기존 시스템 대비 보안성이 증대될 수 있음

-과거의 거래내역을 사후 수정하기 어렵게 하고, 사후 수정시 반드시 기록에 남도록 함으로서 감사 가능성 (Auditability) 이라는 블록체인의 특성을 유지함

◆ 프라이빗 블록체인의 도입 사례

●세계최대 해운사인 머스크(Maersk)사는 다수 이해관계자가 개입된 물류 체인의 관리를 위하여 블록체인을 도입하려고 함

-머스크 해운은 자사가 처리하는 화물의 전세계적인 이동을 블록체인을 통하여 추적하고 관리하는 시스템을 구축하기 위하여 IBM과의 제휴할 것을 발표함 (Shippingwatch, 2017. 3. 6)

-해운의 경우 같은 컨테이너 안에 서로 다른 화물들이 있으며, 화물을 발송한 화주 측, 그 것을 받아볼 고객과 각국의 세관 등 다수의 관계자가 얽혀있어 물류 데이터 관리의 복잡성을 증가시킴

-머스크 해운이 한 개의 컨테이너를 동아프리카에서 유럽까지 운반하는 과정에서의 서류 작업 처리를 위해 약 30명의 인원과 200건 이상의 비즈니스 인터랙션이 필요했다고 함 (MIT Technology Review, 2017. 3)

-화주와 세관, 해운업계 등 특정 화물 아이템에 관계된 모든 주체들이 공유하는 분산형 장부를 만들면, 업데이트 되는 정보들을 새로운 블록에 추가하여 모든 관계자가 동시에 조회할 수 있음

●구글 DeepMind는 블록체인 기술을 활용하여 의료기록을 관리하는 솔루션을 개발하기로 함

-구글 DeepMind는 Verifiable Data Audit 이라고 불리는 의료 기록관리 솔루션을 개발할 것이며, 이는 블록체인 기술을 기반으로 의료 데이터를 관리할 것이라고 발표함 (MIT Technology Review, 2017. 3)

-이 경우, 참여자들이 공유하는 분산된 장부가 존재한다는 것은 비트코인과 같지만, 코인 송금 내역 대신에 환자의 의료 기록이 장부에 쓰여진다는 점이 차이점임

-환자나 의사 등 접근권한을 보유한 참여자들만이 장부를 공유할 수 있는 프라이빗 블록체인 시스템이며, 장부에 쓰여진 의료기록을 조회하려면 반드시 로그인을 해야 함

-환자 개인의 의료기록에 접근해서 사용한 경우 모두 기록에 남으며, 환자 몰래 접근해서 의료기록을 가져가거나 수정하는 것이 불가능하다는 것이 최대의 장점임

●IBM은 Batavia 라는 블록체인 기반 국제 무역 결제 시스템을 개발하였으며, UBS, Commerzbank 등의 금융기관 들이 참여

-Project Batavia는 IBM과 UBS가 공동으로 개발을 시작한 블록체인 기반 국제 무역 지불 결제 시스템이며, 무역상품이 국제간 이동하는 과정을 추적하면서 각 단계별로 자동적으로 대금 지불을 수행하게 됨

-Bank of Montreal, Caixabank, Erste Bank와 Commerzbank도 프로젝트에 참여하기로 발표하였으며, 2018년 초에 첫 거래를 시작하는 것을 목표로 함 (Financial Times, 2017. 10. 5)

-국제 무역의 지불 결제에서는 구매자와 판매자, 거래 은행, 세관 등이 서로 다른 나라에 있으며, 이에 따라 결제 과정이 복잡하고 오래 걸릴 뿐 아니라 하나의 기관이 전 과정을 일관되게 규율하기 어려웠음

-Batavia는 국적이 다른 여러 기관의 컨소시움이 블록체인 형태로 물류의 흐름과 이에 따르는 결제 정보를 공유하고, 이로서 다수의 다국적 이해 관계자 사이의 복잡한 거래를 투명하고 신속하게 조정함

-Batavia는 Maersk와 같은 단일 기관이 관리주체가 되는게 아니라 무역 거래에 참여하는 다수의 기관들이 공동관리할 뿐 아니라 새로운 기관들의 참여에 문을 열어놓고 있음



●컨소시움 블록체인은 프라이빗 블록체인과 같이 참여 자격에 제한이 있지만 시스템의 관리 주체가 복수의 관계자의 협의체라는 점이 차별점임

-채굴과정이 불필요하며 퍼블릭 블록체인보다 거래속도가 빠르다는 프라이빗 블록체인의 특징을 공유함

-복수의 이해관계자와 운영주체가 장부 권리 권한을 공동으로 행사하면서 같은 거래 장부 데이터를 공유함

◆ 컨소시움 블록체인-관리 권한의 분산

●컨소시움 블록체인은 프라이빗 블록체인과 유사하지만 다수의 관리 주체의 합의제로 운영된다는 점이 차별점

-모든 사람에게 장부가 개방된 것은 아니라는 점에서 프라이빗 블록체인에 해당하지만, 새로운 블록의 승인 권한 등을 가진 검증자(Validator)의 역할이 다수의 관계자에게 분산되어있음

-시스템 관리 권한을 가진 다수의 주체의 협의로 운영된다는 점에서 컨소시움 블록체인이라고 불리며, 이를 프라이빗 블록체인과 별개의 유형으로 분류해야하는가에 대해서는 이견이 존재함

-시스템 관리 권력의 분산을 통한 견제와 균형을 통해 시스템 전체의 신뢰성을 증대시킬 수 있으며 단일 관리 주체의 시스템에 비해 투명성의 향상이 가능함

-프라이빗 블록체인과 마찬가지로 채굴 작업을 생략하고, 노드 간의 합의 절차를 부분적으로 생략함으로서 효율성 향상이 가능함

-퍼블릭 블록체인과 마찬가지로 장부가 다수에게 분산이 되어있으며, 거리기록의 비가역성으로 보안성 및 투명성 제고가 가능함

- 출처: 정보통신정책연구원

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