Web3의 합의 메커니즘

블록체인에 대한 합의는 블록체인 네트워크의 피어가 네트워크에 있는 데이터의 현재 상태에 대해 합의에 도달하는 절차입니다. 이를 통해 합의 알고리즘은 블록체인 네트워크에 신뢰성과 신뢰를 구축합니다. - Crypto.com

https://crypto.com/university/ko/consensus-mechanisms-explained

합의란 무엇입니까? 초보자 가이드

 

블록체인에서 합의란?

블록체인에서 “합의”는 네트워크의 모든 참가자(노드)가 동일한 상태의 데이터베이스를 유지하도록 보장하는 과정을 의미합니다. 블록체인은 분산된 네트워크에서 작동하기 때문에, 모든 노드가 거래의 유효성을 확인하고 블록을 추가할 때 일관성을 유지해야 합니다.

 

합의 프로세스는 블록체인에서 다음과 같은 문제를 해결합니다:

 

1. 거래의 진위 확인: 네트워크의 모든 노드는 새로운 거래가 유효한지 확인해야 합니다. 이를 통해 부정 거래를 방지할 수 있습니다.

2. 블록 추가 순서 결정: 여러 노드가 동시에 새로운 블록을 생성하려 할 때, 어떤 블록이 체인에 추가될지를 결정해야 합니다.

3. 데이터 일관성 유지: 네트워크의 모든 참가자가 동일한 데이터 상태를 유지해야 하므로, 서로 다른 상태로 인한 혼란을 피할 수 있습니다.

 

합의 알고리즘은 이러한 과정을 수행하는 규칙과 프로토콜을 정의하며, 다양한 방식이 존재합니다. 예를 들어, 작업 증명(Proof of Work), 지분 증명(Proof of Stake), 위임 지분 증명(Delegated Proof of Stake) 등이 있습니다. 각 방식은 거래 검증의 방식과 블록 추가 방법이 다르지만, 모두 네트워크의 일관성과 신뢰성을 유지하는 데 기여합니다.

합의 메커니즘 종류

1. 작업 증명 (Proof of Work, PoW)

 

PoW는 비트코인과 같은 퍼블릭 블록체인에서 사용되는 최초의 합의 메커니즘으로, 매우 복잡한 수학 문제를 푸는 과정에서 새로운 블록을 생성합니다. 여기서 ‘광부’들은 고성능 컴퓨터를 이용해 경쟁적으로 문제를 풀어 블록을 생성하고, 성공한 광부는 블록 보상으로 암호화폐를 받습니다.

 

• 장점: PoW는 높은 보안성과 신뢰성을 제공합니다. 많은 컴퓨팅 파워가 필요하기 때문에, 공격자가 네트워크를 지배하기 어려운 구조입니다.

• 단점: 에너지 소비가 크고, 높은 운영 비용이 발생합니다. 이는 환경 문제와 관련된 비판을 받고 있으며, 신규 참여자가 진입하기 어려운 장벽을 만들기도 합니다.

 

예시: PoW는 마치 복잡한 퍼즐을 푸는 게임입니다. 모든 참가자가 그 퍼즐을 푸는 데 경쟁하는데, 누군가가 먼저 푼 사람에게 보상이 주어지는 구조입니다. 그래서 비트코인에서는 모든 거래를 처리하기 위해 컴퓨터가 경쟁적으로 문제를 풀어야하기 때문에 빠르게 거래를 하기위해 채굴자들이 성능 좋은 그래픽카드를 구매하는 이유가 PoW방식 때문이다.

 

(채굴이 어떤 원리로 이루어지는지 추후에 비트코인 백서를 다룰때 설명할 예정이다.)

사용되는 블록체인 

비트코인 (Bitcoin)

라이트코인 (Litecoin)

모네로 (Monero)

비트코인 캐시 (Bitcoin Cash)

도지코인 (Dogecoin)

 

2. 지분 증명 (Proof of Stake, PoS)

 

PoS는 사용자가 자신의 암호화폐를 ‘스테이킹’하여 블록을 검증하는 방식입니다. 즉, 보유한 코인의 양에 따라 블록 검증자의 선택 확률이 결정됩니다. 더 많은 코인을 스테이킹할수록 블록을 검증할 기회가 커집니다.

 

• 장점: PoW보다 에너지 효율적이며, 중앙 집중화의 위험이 적습니다. 또한, 블록 검증 과정이 빠르며, 거래 수수료를 통해 수익을 얻습니다.

• 단점: 부유한 사용자에게 유리할 수 있는 구조가 중앙 집중화를 초래할 수 있다는 우려가 있습니다.

 

예시: PoS는 복권과 비슷합니다. 많은 복권을 사면 당첨될 확률이 높아지는 것처럼, 더 많은 코인을 스테이킹하면 블록 검증 확률이 높아집니다. 그리고 이더리움 2.0에서는 사용자가 일정량의 이더를 잡가두면 블록 생성에 참여할 기회를 얻는다.(지분 증명)

사용되는 블록체인

 이더리움 2.0 (Ethereum 2.0): PoW에서 PoS로 전환

 카르다노 (Cardano)

솔라나 (Solana)

 테조스 (Tezos)

 폴카닷 (Polkadot)

 

3. 위임 지분 증명 (Delegated Proof of Stake, DPoS)

 

DPoS는 사용자가 신뢰할 수 있는 ‘증인’을 선택하여 그들이 블록을 검증하도록 하는 방식입니다. 사용자는 자신의 토큰을 스테이킹하여 증인에게 투표하고, 가장 많은 표를 받은 증인만 거래를 검증합니다.

 

• 장점: 효율적이고, 빠른 블록 생성이 가능하며, 사용자 참여가 민주적으로 이루어집니다.

• 단점: 투표에서 더 많은 표를 얻은 증인이 계속적으로 선택될 수 있어 중앙 집중화의 위험이 존재합니다.

 

예시: DPoS는 학생회 선거와 비슷합니다. 학생들이 자신이 믿는 후보에게 투표하고, 가장 많은 표를 얻은 후보가 학생회의 일을 맡는 것과 같습니다. 블록체인에서의 예를 들면 EOS 블록체인에서는 사용자들이 투표를 통해 블록 생산자를 선택한다.

사용되는 블록체인

 EOSIO (EOS)

스팀 (Steem)

 리스크 (Lisk)

 

 비트쉐어스 (BitShares)

 

4. 권한 증명 (Proof of Activity, PoA)

 

PoA는 PoW와 PoS의 하이브리드 모델로, 먼저 블록을 생성한 후, 유효성 검사자가 그 블록을 확인하는 방식입니다. 블록 보상은 채굴자와 검증자가 나누게 됩니다.

 

• 장점: PoW와 PoS의 장점을 결합하여 더 효율적인 시스템을 제공합니다. 

• 단점: 여전히 에너지 소비가 높고, 많은 코인을 보유한 검증자에게 유리할 수 있습니다. (편파성)

 

예시: PoA는 팀 스포츠에서 각 팀원이 역할을 나눠 협력하는 것과 같습니다. 한 사람이 공을 차면, 다른 사람이 그 공을 받는 방식입니다.

사용되는 블록체인

 Decred(DCR)

 Espers(ESP)

 

 

5. 권한 증명 (Proof of Authority, PoA)

 

권한 증명은 검증자가 자신의 신뢰성을 걸고 블록을 검증하는 방식입니다. 참가자는 신원을 공개해야 하며, 검증자는 자산을 걸지 않습니다.

 

• 장점: 리소스 소모가 적고, 높은 효율성을 보입니다.

• 단점: 제한된 참여자만 블록을 검증할 수 있어 분산성이 떨어지고, 부패의 위험이 증가할 수 있습니다.

 

예시: PoA는 전문가가 퀴즈에서 답을 맞히는 것과 비슷합니다. 특정 분야의 전문가만 정답을 알 수 있는 상황을 상상해보세요. 그래서 VeChain 같은 기업 블록체인에서만 사용된다.

 

VeChain (VET)

이더리움 코반 테스트넷 (Ethereum Kovan Testnet)

coinmarketcap에도 없는 코인이라 이더리움으로 대체하겠슴

 

 

6. 소각 증명 (Proof of Burn, PoB)

 

PoB에서는 사용자가 일정량의 암호화폐를 소각하여 블록을 생성할 수 있는 권리를 얻습니다. 이는 장기적인 헌신을 요구합니다.

 

• 장점: 소각된 코인은 복구할 수 없기 때문에 장기적인 네트워크 안정성을 보장합니다.

• 단점: 소각된 코인은 실제로 손실되므로 참여자에게 불리할 수 있습니다.

 

예시: PoB는 복권을 태우는 것과 같습니다. 태운 복권은 더 이상 사용할 수 없지만, 태운 만큼 블록을 생성할 수 있는 기회를 얻게 됩니다.

 

슬림코인 (Slimcoin)

카운터파티 (Counterparty)

 

7. 용량 증명 (Proof of Capacity, PoC)

 

PoC는 채굴자의 저장 공간에 따라 블록 생성 권한을 부여합니다. 저장 공간이 많을수록 더 많은 해시를 생성할 수 있습니다.

 

• 장점: 특별한 장비가 필요 없기 때문에 일반인이 참여할 수 있는 기회를 제공합니다.

• 단점: 시스템이 상대적으로 덜 널리 사용되고 있으며, 맬웨어 공격에 취약할 수 있습니다.

예시: PoC는 큰 가방을 가진 사람이 더 많은 물건을 담을 수 있는 것과 같습니다. 가방의 크기가 클수록 담을 수 있는 물건이 많아지는 원리입니다.

 

 시그넘 (Signum, 이전의 Burstcoin)

 치아 (Chia)

 스토리지 (Storj)

 

8. 경과 시간 증명 (Proof of Elapsed Time, PoET)

 

PoET는 각 노드에 무작위로 대기 시간을 할당하고, 가장 먼저 깨어난 노드가 블록을 생성하는 방식입니다. 이 메커니즘은 공정성을 보장합니다.

 

• 장점: 자원 소모가 적고 효율적이며, 쉽게 확장 가능합니다.

• 단점: 특정 하드웨어 의존성이 있을 수 있습니다.

 

예시: PoET는 친구들과 함께 자는 게임처럼, 누가 가장 먼저 깨어나는지를 경쟁하는 상황입니다.

 

하이퍼레저 소토스 (Hyperledger Sawtooth)

 

9. 역사 증명 (Proof of History, PoH)

 

PoH는 블록체인에서 트랜잭션의 시간 경과를 검증하는 방법으로, SHA-256 해시 함수를 이용하여 타임스탬프를 생성합니다.

 

• 장점: 블록체인의 처리 속도가 빨라지며, 효율성을 높입니다.

• 단점: 아직 대규모로 검증되지 않았습니다.

 

예시: PoH는 시계로 시간을 체크하는 것과 같습니다. 시간에 따라 어떤 사건이 언제 일어났는지를 기록하는 방식입니다.

 

 솔라나 (Solana)

 

 

10. 중요도 증명 (Proof of Importance, PoI)

 

PoI는 특정 기준에 따라 참여자의 중요도를 평가하여 블록을 수확할 노드를 선택합니다. 이는 거래의 수와 규모, 기득권 금액 등을 포함합니다.

 

• 장점: 단순히 코인의 양이 아니라 활동 기반으로 평가하므로 보다 공정합니다.

• 단점: 복잡한 계산이 필요할 수 있습니다.

 

예시: PoI는 학교에서 가장 열심히 활동하는 학생이 상을 받는 것과 비슷합니다. 특정 기준에 따라 우수한 학생을 선정하는 방식입니다.

 

 NEM (XEM)

 

이 외에도 다양한 변형된 합의 알고리즘들이 지속적으로 연구되고 있으며, 각 알고리즘은 성능, 확장성, 탈중앙화 수준, 에너지 소비 등 다양한 요구에 따라 선택됩니다.