소개
비트코인 채굴자는 거래를 블록에 수집하고 방송하며 그 유효성을 검증합니다. 그런 다음 이전 블록의 헤더에 대한 암호화 해시 함수를 새 블록에 적용합니다. 마지막으로, 그들은 작업 증명 문제를 해결하려고 시도합니다. 사토시 나카모토는 비잔틴 장군 문제를 해결하기 위해 작업 증명(PoW) 합의 메커니즘을 채택하여 투명하고 객관적인 프로토콜을 수립했습니다.
작업 증명(PoW)란 무엇인가?
작업 증명은 네트워크의 거래를 검증하고 새로운 비트코인을 생성하기 위해 작업이 수행되었다는 증명입니다. 이는 거래를 검증하고 비트코인 블록체인에 추가하기 위해 컴퓨팅 파워를 사용하는 합의 메커니즘 및 알고리즘입니다. 이러한 메커니즘은 비트코인 네트워크가 신뢰를 받을 수 있도록 하고 분산화된 상태를 유지하게 합니다.
PoW는 비잔틴 장군 문제를 해결합니다. 이는 악의적인 성격뿐만 아니라 소프트웨어 결함, 하드웨어 고장 또는 악의적인 행위자의 잘 조정된 공격 등 다양한 이유로 분산 컴퓨터 시스템이 실패할 수 있는 문제입니다. 이러한 모든 문제는 노드가 분산 네트워크에서 합의에 도달하는 것을 방해할 수 있습니다.
비잔틴 장군 문제는 합의에 도달하기가 더 어려운 분산 시스템에만 해당됩니다.
비트코인은 서로를 신뢰할 필요 없이 진실에 대해 합의하는 노드 네트워크를 통해 안전하게 가치를 전달하고 소통할 수 있는 방법을 제공하여 비잔틴 장군 문제를 해결합니다. 한 노드가 거래를 기록하면 그 복사본이 네트워크의 모든 다른 노드에 전파됩니다. PoW는 이 목표를 달성하기 위해 만들어졌습니다.
작업 증명이 중요한 이유는 무엇인가?
작업 증명은 종종 오해받거나 과소평가되며, 많은 사람들이 이를 불완전한 시스템 설계에 대한 낭비된 노력으로 간주합니다. 그들은 다른 디지털 원장에 거래를 입력하는 것이 즉시 가능하고 노력 없이 이루어질 수 있다고 주장합니다. 이것이 바로 작업 증명이 원장의 보안에 필요하고, 어떻게 한 당사자가 이를 손상시키는 것을 방지하는지에 대한 이유입니다. 그러나 이 노력은 현재의 화폐 시스템과 그 다양한 결함에 대한 대안으로서 네트워크를 강화하는 데 도움이 된다면 낭비되지 않습니다.
작업 증명의 중요성은 비트코인을 생성하고 그 신뢰성을 보호하기 위한 실질적인 비용으로 작용하는 능력에 있습니다. 비트코인 네트워크에 대해 51% 공격을 실행하는 것은 가짜 코인을 만들거나 속이는 비트코인 거래를 수행할 의도로 매우 비쌀 것입니다. 어떤 주체가 비트코인 네트워크를 손상시키려 한다면, 그들은 네트워크의 지속적인 작업 증명을 초과할 만큼 빠르게 모든 이전 작업 증명을 다시 수행해야 할 것입니다. 이러한 이유로 비트코인은 위조할 수 없는 비용 특성을 가지고 있으며, 확인된 거래를 변경하는 것은 거의 불가능하기 때문에 불변성을 유지합니다.
작업 증명 시스템의 안정성을 유지하기 위해 나카모토는 10분마다 새로운 블록을 발견하는 난이도 수준을 조정하는 간단하면서도 기발한 해결책인 난이도 조정 알고리즘을 구현했습니다. 이는 더 많은 채굴자가 네트워크에 참여할 때 새로운 블록의 발견이 너무 빠르게 이루어지는 것을 방지하는 데 중요합니다. 또한 채굴 활동이 감소할 경우 채굴 과정이 너무 느려지지 않도록 보장합니다.
작업 증명과 지분 증명 비교
우리는 PoW가 비트코인을 안전하게 보호하는 데 에너지를 잘 활용하는 방법이며, 모든 사람이 공급을 늘리기 위해 더 많은 비트코인을 발행하는 것을 금지하는 고정 규칙을 준수하도록 강요한다는 것을 보았습니다.
두 합의 메커니즘 간의 보안 차이는 매우 중요합니다. 작업 증명은 비트코인이 전 세계에서 가장 안전한 네트워크로 유지되도록 보장하기 위해 에너지 소비를 요구하는 반면, 지분 증명(PoS)은 악의적인 주체의 간섭 가능성 문제를 해결하지 못합니다. 대신, PoS는 보안을 희생하여 확장성을 추구하여 더 빠른 블록체인을 만들지만 신뢰할 수 없는 시스템이 됩니다. 비트코인의 작업 증명 합의 메커니즘은 비용이 많이 들며, 참가자들이 진실한 정보만 게시하도록 유도합니다.
지분 증명은 대부분의 알트코인, 디지털 페니 주식 및 비트코인의 대안으로 마케팅되는 기타 폰지 계획의 합의 메커니즘입니다. 그 합의 메커니즘은 “스테이킹”을 통해 작동하며, 이는 투자자가 선택한 프로토콜의 토큰을 시스템에 잠가서 해당 토큰을 사용할 수 없도록 합니다. 그러나 스테이킹된 토큰의 수가 많을수록 거래 블록을 검증할 확률이 높아집니다.
대부분의 알트코인 토큰이 공개되기 전에 내부자와 개발자에게 발행되므로, 지분 증명 네트워크에서 분산화가 얼마나 잘 설계되지 않았는지 쉽게 알 수 있습니다.
두 메커니즘 간의 주요 차이점은 다음과 같습니다:
작업 증명
- 검증은 채굴자 네트워크에 의해 수행됩니다.
- 경쟁적인 성격은 새로운 블록을 찾을 확률을 결정하기 위해 많은 에너지와 컴퓨팅 파워를 사용합니다.
- 작업 증명은 생산에 실질적인 물리적 비용이 있어 네트워크를 공격으로부터 보호합니다.
- 작업 증명에는 경제적 및 환경적 이점이 있습니다.
지분 증명
- 검증은 담보로 자신의 토큰을 제공하는 참가자에 의해 수행됩니다.
- 적은 에너지가 사용되지만, 스테이크의 양이나 동전의 수가 새로운 블록을 검증할 확률을 결정합니다.
- 지분 증명은 생산에 실질적인 비용이 없어 네트워크가 공격에 취약합니다.
- 지분 증명에는 환경적 이점이 없습니다.
지분 증명에서는 51%의 지분을 쉽게 확보한 후 프로토콜의 규칙을 자신의 이익에 맞게 변경하는 것이 쉽고, 특정 개인이나 주체의 거래를 포함하지 않음으로써 네트워크 참여 및 활동을 검열하는 것도 상대적으로 간단합니다.
작업 증명이 작동하는 방식
작업 증명은 이전에 중앙 처리 장치(CPU)와 그래픽 처리 장치(GPU)를 사용하여 달성할 수 있었습니다. 그러나 필요한 전력의 양이 방대해짐에 따라 이제는 채굴자가 운영하는 특수 컴퓨터인 애플리케이션 특정 집적 회로(ASIC)를 사용하여만 수행할 수 있습니다. 이들은 거래 데이터, 이전 블록 헤더의 정보 및 해시 함수의 결과를 추측하기 위한 넌스(무작위 수)를 입력하는 역할을 합니다.
해시 함수는 수학적 함수입니다. 비트코인에서 SHA-256은 입력 데이터를 64자의 문자열로 변환하는 해시 함수 알고리즘으로, 이는 고유하며 입력 데이터와 완벽하게 상관관계가 있습니다.
작동 방식으로 볼 때, 비공식적으로 공개된 입력으로부터 결과 출력을 알아내는 것은 비싼 ASIC 생성의 빠른 추측을 통해서만 가능합니다.
반면에 채굴자는 자신의 작업을 최적화하고자 합니다. 수익을 내기 위해서는 장치가 생성할 수 있는 해시(또는 추측)의 수를 초저가의 신뢰할 수 있는 에너지원으로 증가시켜야 합니다.
비트코인의 난이도 조정은 채굴을 더욱 경쟁적인 산업으로 만듭니다. 간단히 말해, 작업 증명은 10분마다 추첨이 있는 복권을 구매하는 것과 유사합니다. 더 많은 복권을 구매할수록 복권에 당첨될 확률이 높아집니다. ASIC 용어로는 Bitmain Antminer S19j Pro가 104TH/s로 작동할 수 있으며, 이는 기본적으로 초당 104조 개의 추측 또는 복권을 의미합니다.
경쟁이 치열해짐에 따라 2012년 이후 개인 또는 단독 채굴자가 비트코인을 채굴하기가 더 어려워졌습니다. 그러나 이제 그들은 채굴 풀에 참여하여 비트코인으로 보상을 받을 확률을 높일 수 있지만, 자금은 풀 구성원 간에 나누어져야 합니다.
장점과 단점
작업 증명은 비트코인을 안전하고 불변하며 항상 분산화된 상태로 유지하는 데 필요합니다. 다음은 비트코인의 합의 메커니즘의 주요 장점과 단점입니다.
장점
- 분산화, 즉 기술의 실제 돌파구
- 검열 저항, 분산화의 결과
- 불변성, 블록체인은 거의 되돌릴 수 없습니다.
- 강력한 프로토콜 규칙과 물리 법칙에 기반한 공정하고 객관적인 시스템입니다.
- 높은 수준의 보안: PoW는 경제적으로 채굴자가 네트워크를 보호하도록 유도합니다.
- 탄소 및 메탄 포집: 비트코인은 낭비된 에너지를 활용하여 더 많은 코인을 발행하고 거래를 검증합니다.
- 에너지를 수익화함으로써 PoW는 재생 가능 에너지 네트워크의 확산을 가속화하고 기존 그리드의 부하 균형을 개선하여 더 효율적이고 안전하게 만듭니다.
단점
- 느린 거래 속도
- 채굴 비용(OPEX 및 CAPEX)이 매우 높지만 작업 증명에는 필요합니다.
- PoW는 많은 에너지를 소비하지만, 이는 재생 가능 에너지와 낭비된 에너지 활용에 대한 혁신을 장려하는 것으로 입증되었습니다.
작업 증명에 대한 비판
비트코인의 에너지 소비에 대한 비판은 일반적입니다. 비트코인이 네트워크를 보호하기 위해 상당한 양의 에너지를 요구하기 때문에, 작업 증명은 기존의 법정 화폐 금융 시스템과 더 일치하는 이해관계를 가진 사람들에게는 쉬운 공격 경로입니다.
그러나 널리 퍼진 서사는 비트코인이 실제로 청정 에너지를 생성하고 낭비된 에너지를 활용하는 기술 혁신을 주도하고 있다는 사실을 인식하지 못합니다.
어떻게? 비트코인 채굴자는 수익을 내기 위해 가장 비용 효율적인 에너지원 찾기를 원합니다. 그 결과, 비트코인 채굴을 위한 저렴한 에너지는 점점 더 재생 가능 에너지와 낭비된 “고립된” 에너지원에서 나오고 있으며, 화석 연료에 의존하지 않습니다.
재생 가능 에너지
재생 가능 에너지, 주로 풍력 및 태양광은 가장 저렴한 에너지원 중 하나이므로 비트코인 채굴자는 모든 사람에게 이익이 되는 혁신을 보조하도록 유도됩니다.
많은 사람들이 에너지 소비가 직접적으로 이산화탄소 배출을 생성하지 않지만, 그 출처가 그럴 수 있다는 것을 오해하고 있습니다. 이산화탄소 배출에 대한 영향은 에너지 생산에서 발생하며, 소비에서 발생하지 않습니다.
낭비된 에너지
플레어링된 천연가스는 낭비된 에너지의 한 예입니다: 원거리에서 천연가스를 운송하는 높은 비용을 피하기 위해, 이를 생산하는 석유 회사는 가스를 대기로 방출하거나 환경 영향을 제한하기 위해 실제로 “플레어링”할 것을 권장받습니다. 그러나 안전하게 플레어링하는 것도 비용이 들며, 가스 드릴러가 가스 발전기를 사용하여 비트코인 채굴자를 전력 공급할 수 있다면, 그 낭비된 에너지는 좋은 용도로 전환됩니다 — 비트코인을 생산하는 것입니다!
고립된 에너지
비트코인 채굴 작업은 전 세계 어디에서나 위치할 수 있기 때문에, 인구 밀집 지역에서 너무 멀리 떨어진 “고립된” 에너지에 점점 더 매력을 느끼고 있습니다. 예를 들어, 해양 흐름이나 사막의 태양이 있습니다. 바이오가스는 신뢰할 수 있는 에너지를 생산하지만, 종종 그리드에 연결되지 않는 또 다른 옵션입니다.
자주 묻는 질문
작업 증명 문제의 난이도 수준은 어떻게 결정됩니까?
네트워크에서 초당 얼마나 많은 해시가 채굴되고 있는지에 따라 해시 함수의 복잡성이 증가하거나 감소하여, 채굴자가 전 세계 네트워크에서 새로운 블록을 찾는 데 평균 10분이 걸리도록 합니다.
무차별 대입으로 작업 증명 문제를 해결할 수 있습니까?
작업 증명 문제를 해결하는 유일한 방법은 무차별 대입으로, 이는 일반적인 문제 해결 기술이자 주어진 문제에 대한 모든 가능한 해결책을 검색하여 가장 만족스러운 것을 찾는 알고리즘 패러다임입니다.
모든 비트코인이 채굴되면 작업 증명은 어떻게 됩니까?
모든 비트코인이 채굴되면, 거래를 검증하기 위해 여전히 작업 증명이 필요하며, 채굴자는 이에 대한 수수료를 받게 됩니다.
작업 증명에 대한 실행 가능한 대안이 있습니까?
비트코인과 같은 분산화되고 불변하며 검열 저항이 있는 안전한 암호화폐를 생산하기 위해서는 작업 증명에 대한 안전한 대안이 없습니다.
두 채굴자가 동시에 동일한 블록에 대한 작업 증명 문제를 해결하면 어떻게 됩니까?
가장 긴 체인에 나타나는 블록이 선택되며, 이는 사용된 해시의 “가장 큰 결합 난이도”를 가진 블록으로, 생성하는 데 가장 많은 컴퓨팅 파워가 소요된 것입니다.
마지막 말
고의적으로 오해를 일으키는 정치인과 조직은 비트코인의 작업 증명과 에너지 소비를 비난하는 데 유리한 입장을 가지고 있습니다. 그들의 이점은 비트코인이 인류와 지구에 해롭고 잘못되었다는 허위 주장 아래 현재 시스템을 그대로 유지하는 것입니다.
비트코인은 파괴적이며, 인류가 필요로 하는 희망이며, 완전히 이해하고 인식해야만 진정으로 가치를 인정받을 수 있습니다. 작업 증명은 새로운 화폐 시스템과 다른 세상으로의 전환을 가능하게 하는 데 필요하며, 이를 생산하는 데 필요한 노력은 더욱 가치 있게 만듭니다.
