암호화폐에서 작업증명, 지분증명은 무엇일까?

암호화폐를 얻는다는 행위는 '채굴'한다로 표현하며 대표적인 방법으로 작업증명과 지분증명이 있습니다. 이러한 두 채굴방식을 간단하게 알아보는 시간을 가지겠습니다.

작업증명(PoW, Proof of Work)

먼저 작업증명이란, 말 그대로 일을했다는 것을 증명한 사람(채굴자)에게 채굴 보상을 주는 시스템입니다. 암호화폐의 대장인 비트코인의 채굴방식이 작업증명입니다. 철수가 영희에게 1BTC를 보낸다고 가정할 때, 채굴자들은 이를 검증하며 기록합니다. 거래 내역이 블록에 저장되고 봉쇄되면 거래가 성사됩니다. 채굴자들은 이에 대한 보상(수수료)를 받는다고 생각하시면 편합니다. 하지만, 가장 빨리 문제를 해결한 사람에게만 블록을 생성할 수 있는 권한을 준다는 점과 참여자가 많을 수록 난이도가 어려워지는 방식은 엄청난 에너지를 소모를 야기합니다. 실제로 비트코인 채굴을 위해 전력소모가 심하고 채굴자들 중 빚을 진 사람들 이야기도 어렵지 않게 볼 수 있습니다.

작업증명 방식의 장점

첫 째, 가치가 증명됩니다. 채굴자들이 시간과 금전적인 소모 그리고 노력이 이미 다른 네트워크 참여자들에게 증명됬기 때문에 정당한 보상이라는 최소한의 가치를 지니게 됩니다.

둘 째, 해킹, 위조, 변조 등의 공격에 강합니다. 작업증명 방식은 네트워크에서의 행동이 모든 참여자들에게 노출되기 때문에 특정 블록을 해킹하는 것은 불가능에 가깝습니다. 각각의 블록 또한 연결되어 있고 연결된 블록의 정보들이 담겨있기 때문에 하나의 블록을 위조하면 그 뒤의 블록들의 정보 또한 조작해야하기에 이는 정말 불가능에 가깝습니다.

작업증명 방식의 단점

첫 째, 거래 속도 처리가 느립니다. 하나의 블록을 생성하기 위해 모든 노드(참여자)들이 달려들기 때문에 속도면에서는 굉장히 비효율적일 수 밖에 없습니다. 현재 비트코인 거래 속도는 1초에 7개 정도입니다(7TPS). 하지만 비자카드는 24,000TPS로 비트코인 거래 속도는 턱없이 느리다는 것을 알 수 있습니다.

둘 째, 에너지 낭비가 심합니다. 채굴을 빠르고 많이 하기 위해서는 많은 GPU 및 CPU를 활용해야 하기 때문에 엄청난 양의 전기가 소모됩니다. 이 때문에, 비트코인은 친환경적이지 않다는 지적을 많이 받기도 했습니다.

 

지분증명(PoS, Proof of Stake)

지분증명이란, 간단히 말해서 작업이 아닌 보유한 코인에 따라 비례하여 블록에 기록할 권한이 부여되는 방식을 의미합니다. 내가 코인을 10개 가지고있고 상대방이 5개 가지고 있다면 나는 상대방에 비해 2배의 권한을 가지는 것이죠. 작업증명과 마찬가지로 블록이 생성될 때 보상을 받는데 지분증명은 지분에 대한 이자의 개념으로 보상이 지급된다는 점이 다른 점이라면 다른 점입니다.

이러한 지분증명은 많은 개발자들에게 선호되는데 먼저, 작업증명처럼 대량의 채굴기가 필요 없습니다. 에너지 소모가 없고 많은 물리적 공간이 필요 없다는 점은 상당한 이점으로 작용되는 것입니다. 또한, 지분증명은 더 많고 다양한 노드(네트워크 참여자)들이 참여할 수 있으며 더 분산화된 합의방식이 될 수 있는 방향을 제시합니다. 만약, 어떤 사람이 51%의 지분을 가지고 있다면 작업증명이나 지분증명에서 모든 코인의 소유권은 사실상 그 사람이 가지게 됩니다. 모든 기록을 조작할 수 있으니 말이죠. 그러나, 지분증명에서의 51% 지분은 약 100조원으로 사실상 1인이 중앙통제하기 불가능한 금액대입니다. 누군가 51%의 지분을 소유하게 된다하더라도 해당 코인에 대한 신뢰도는 떨어져 가격 또한 하락할테니 사실상 공격자가 손해를 보는 구조가 됩니다.

문제점은 무엇이 있을까요?

지분증명의 가장 큰 문제점은 바로 자산증명을 하는 데 있어 한계 비용(marginal cost)이 전혀 없다는 것입니다. Nothing at Stake라고도 합니다. 하나의 거래에서 서로 다른거래 내용이 발생했을 때 모든 노드들은 제한없이 여러블록에 자신의 지분을 증명할 수 있습니다. 예를 들어, 하나의 블록에서 두 개의 거래내용이 발생할 때, 둘 모두 검증하여 체인이 유지될 수 있도록 해야 합니다. 하지만, 이 경우 다음과 같은 문제가 생길 수 있습니다.

1. Long Range Attack

많은 지분을 가진 참여자(노드)가 두 개의 블록에 모두 증명을 하고 '거짓'인 블록도 '참'인 것처럼 길게 체인을 형성시키면 새로 참가한 검증자는 어느 것이 정당한 블록체인인지 알 수 있는 방법이 없게 됩니다. 그래서 새로 지분을 사들여 검증에 참여하는 노드가 거짓 블록체인에 증명(합의)할 경우 제대로 거래를 했지만 공격에 당하는 꼴이 되는 것입니다.

2. Short Range Attack

공격자가 이중지불로 블록을 추가하는 경우입니다. 새로 참가하는 검증자들은 정당성에 상관없이 양쪽 모두에 자신들의 지분을 증명하는 것이 본전이라도 찾는 방법입니다. 왜냐하면, 50% 확률로 참과 거짓을 찾아야 하는데 거짓을 선택할 경우 손해를 보기 때문입니다.

그렇다면, 이 심각한 문제를 어떻게 해결할 수 있을까요? 이더리움 개발자들은 현재 '보증금'과 '벌금' 제도를 부가하여 이를 해결하려 합니다. 말 그대로 검증자들이 지분을 블록상에서 증명할 때 보증금을 어느정도 걸어두고 그 블록이 거짓임이 드러날 경우 보증금에서 벌금을 차감하는 방식으로 해결방안을 모색 중입니다. 이렇게 좀더 효율적이라고 평가 받는 PoS는 현재 블록체인 시스템에서 적용이 되기 시작하여 현재 높은 주가를 달리고 있고 이 시스템은 이더리움을 기반으로 안정화 되어가는 중입니다.