비행기 표를 구매하기 위해 여러 사람이 컴퓨터로 예약을 한다고 하자. 그럼 누가 티켓을 손에 쥐게 될까?

보통의 경우는 이렇다. 각각의 컴퓨터에서 웹브라우저를 통해 항공사의 중앙 서버에 접속한다. 중앙서버에서 가장 먼저 예약하고 결제한 사람에게 티켓을 발급한다. 판매가 완료되면 더 이상 구매는 불가능하다. 사용자들은 이런 기준에 ‘동의’ 또는 ‘합의’하고 먼저 예약을 하려고 한다.

이처럼 중앙에서 누군가 모든 정보를 수집하고 판단한 후 의사결정을 내리면 일은 간단하다. 문제는 중앙기관이 없을 발생한다.



탈중앙화된 블록체인에서 ‘합의’ 문제는 복잡하고도 중요하다. 블록체인의 핵심가치인 ‘탈중앙화’는 모아진 정보, 채굴된 블록에 대해 ‘맞다. 틀리다’를 판단할 중앙기관이 없다는 의미다. 어떤 거래가, 어떤 노드가 채굴한 블록이 정당한지 판단할 단독 주체가 없다는 뜻이다. 결국 거래의 정당성을 결정할 관리자가 없기 때문에 여럿이 합의할 수 있는 방법이 잘 설계돼 있어야 한다.

블록체인 합의 알고리즘의 핵심은 모든 참여자의 신원을 알 수 없고, 신뢰도가 보장되지 않는 상황에서 어떻게 하나의 온전하고 일관된 블록을 계속해서 만들어나갈 수 있느냐다. 만약 블록체인에서 이뤄지는 거래의 정당성을 보장할 수 없거나 참여자들이 거래의 유효성을 신뢰하지 못한다면 블록체인은 무용지물이 된다.

이를 해결하기 위해 다양한 ‘합의’ 방식을 개발 중이다. 대표자를 뽑거나 중요한 결정을 할 때 사용하는 ‘투표’와 유사하다.

가령 발생한 거래를 묶어 확정할 때마다 익명의 많은 노드가 투표를 한다. 과반수 또는 일정 숫자가 채워지면 거래는 정당성을 부여받게 된다. 이 같은 합의 알고리즘은 신뢰할 중앙기관이 없는 블록체인 생태계에서 여러 사람이 믿고 거래하기 위해선 아주 중요하다.

합의 알고리즘 관점에서 블록체인 시스템을 크게 두 가지로 나눌 수 있다.

하나는 합의에 참여할 수 있는 권한을 제한하는 ‘프라이빗(또는 허가형·Permissioned) 블록체인’과 누구나 참여할 수 있는 ‘퍼블릭(또는 비허가형·Permissionless) 블록체인’으로 나뉜다.

프라이빗 체인은 신뢰할 수 있는 노드에게만 의사 결정권을 부여한다. 숫자를 제한할 수 있기 때문에 시작부터 높은 수준의 신뢰성을 이미 확보했다. 그래서 합의 알고리즘에 대한 고민이 깊지 않다.

반면 퍼블릭 체인은 의사결정에 참여하는 노드의 신원을 알 수도 없고 제한하기도 힘들다. 신뢰도 ‘제로’ 수준에서 거래의 정당성과 안정성을 유지할 수 있는 신뢰도 ‘100%’ 수준의 합의 알고리즘을 찾아야 한다. 새로운 거래가 이뤄지고 이를 확정할 때마다 많은 참여자들은 거래장부에 대해 의심할 수 있다. 여기다 의사결정 참여자가 많아 합의에 이르는 시간도 많이 걸리고 결국 거래 속도도 떨어져 확장성(Scalability) 문제가 발생한다.

퍼블릭 블록체인 기술을 최초로 적용한 비트코인은 작업증명(PoW·Proof-of-Work) 방식을 사용한다.

컴퓨터의 계산능력, 일명 컴퓨팅 파워를 이용해 암호화된 퍼즐을 먼저 풀고 다수에게 검증을 받으면 거래를 인정 받게 된다. 인정된 블록이 새로운 블록으로 체인에 더해진다. 암호화된 퍼즐을 먼저 풀고 검증을 받은 노드들이 블록체인의 유효성을 이어가는 방식이다.

이에 반해 이더리움은 기존의 작업증명 방식을 지분증명(PoS·Proof-of-Stake) 방식으로 바꾸는 작업을 진행 중이다. 지분증명은 노드가 갖고 있는 지분(Stake)을 기준으로 합의한다. 그래서 암호화폐를 많이 가진 노드가 더 큰 영향력을 갖게 된다.

그렇다면 이더리움은 왜 작업증명(PoW)에서 지분증명(PoS)으로 옮겨갈까?

간단히 말하면 ‘에너지 절약’과 더 나은 ‘탈중앙화’가 이유다.

우선 PoW는 비용측면에서 비효율적이다. 컴퓨팅 파워로 새로운 블록을 채굴하는데 이 과정에서 시간과 전기가 많이 소모된다. 채굴용 컴퓨터는 가격도 비싸다. 더구나 비싼 컴퓨터로 많은 전기를 썼지만, 다른 노드보다 늦으면 한 푼도 못 건진다.

더 큰 문제는 작업증명 방식이 중앙집중형으로 변질될 가능성이 높다는 점이다. 현재 채굴용 컴퓨터에 쓰이는 주문형 반도체(ASICs)를 만드는 제조사가 많지 않다. 그들에 의한 노드 독점이 점점 심해지는 상황이다. 만약 몇몇이 채굴용 컴퓨터의 절반 이상을 갖게 된다면 이론적으로 모든 거래를 자기들이 결정할 수 있다. 가령 누군가 비행기 티켓을 미리 예매했음에도 나중에 51%를 가진 노드가 이를 뒤바꿀 수 있는 셈이다. PoW 방식의 신뢰성에 치명적 약점으로 꼽히는 ‘51% 공격’ 문제다.

비트코인처럼 시가총액이 커서 51% 공격에 엄청난 비용이 드는 경우도 있지만, 노드가 많지 않고 시가총액이 작은 암호화폐들은 51% 공격에 쉽게 노출될 수 있어 당장 고민이 깊다. /이화여대 융합보안연구실

우승호 기자

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