블록체인 기술의 핵심, 분산원장 합의 알고리즘 파해치기!

합의 알고리즘은 블록체인 네트워크에서 데이터 일관성과 무결성을 유지하고 새로운 블록을 생성하기 위해 노드 간에 사용되는 규칙 또는 프로토콜입니다. 이 글에서는 합의 알고리즘에 대해 알아봅니다.

블록체인 기술 합의 알고리즘, 프루프 오브 워크 (Proof of Work, PoW)

프루프 오브 워크(Proof of Work, PoW)는 블록체인 기술에서 사용되는 합의 알고리즘 중 하나로, 블록을 생성하고 추가하기 위한 작업(Proof of Work)을 수행하는 데 사용됩니다. 비트코인과 이더리움을 비롯한 많은 블록체인 플랫폼에서 PoW가 사용되며, 다음과 같은 주요 특징을 갖습니다:

1. 작업 증명: PoW에서 블록을 생성하고 추가하기 위해서는 네트워크에서 특정 작업을 수행해야 합니다. 이 작업은 컴퓨팅 리소스를 사용하며, 일반적으로 복잡한 수학적 문제를 푸는 것이 포함됩니다.
2. 난이도 조절: PoW에서는 블록 생성 속도를 일정하게 유지하기 위해 작업의 난이도를 조절합니다. 작업이 어려워질수록 블록을 생성하는 데 더 많은 컴퓨팅 파워가 필요하며, 블록 생성 속도가 느려집니다.
3. 새로운 블록 보상: PoW를 사용하는 블록체인에서는 새로운 블록을 생성한 마이너(블록 생성자)에게 보상이 주어집니다. 이것은 블록체인 네트워크를 안전하게 유지하고 새 블록을 생성하는 동기를 제공합니다.
4. 노드 간 경쟁: PoW에서는 블록을 생성하기 위한 경쟁이 발생합니다. 네트워크에 참여한 모든 노드가 블록을 생성하고 경쟁하기 때문에, 가장 빠르게 작업을 완료한 노드가 새 블록을 추가할 권한을 얻게 됩니다.
5. 에너지 소모: PoW는 컴퓨팅 리소스를 많이 사용하므로 높은 전력 소비와 에너지 비용이 발생합니다. 이로 인해 환경적인 우려와 에너지 효율성에 대한 논란이 있습니다.
6. 51% 공격 방어: PoW는 51% 공격(공격자가 51% 이상의 컴퓨팅 파워를 가지고 네트워크를 제어하려는 시도)에 대한 방어 메커니즘을 가지고 있습니다. 이는 공격자가 네트워크를 제어하기 위해 엄청난 컴퓨팅 파워를 필요로 하기 때문입니다.

PoW는 블록체인 네트워크의 보안과 분산을 확보하는 데 효과적이지만, 에너지 소비와 확장성 문제 등 몇 가지 단점을 가지고 있습니다. 이에 대한 대안으로 프루프 오브 스테이크 (PoS) 및 다른 합의 알고리즘이 개발되었습니다.

블록체인 기술 합의 알고리즘, 프루프 오브 스테이크 (Proof of Stake, PoS)

프루프 오브 스테이크(Proof of Stake, PoS)는 블록체인 합의 알고리즘 중 하나로, 블록을 생성하고 네트워크에서 작업을 수행하는 대신 암호화폐를 보유하는 노드에게 블록 생성 권한을 부여하는 방식입니다. PoS는 프루프 오브 워크 (PoW)와 달리 컴퓨팅 파워 대신 암호화폐를 가지고 있는 비율에 따라 블록 생성 권한이 부여되므로 에너지 소비가 적고 환경 친화적입니다. 다음은 PoS의 주요 특징과 작동 방식입니다:

1. 스테이크(Stake) 보유: PoS에서는 블록 생성자가 될 수 있는 조건으로 암호화폐를 일정량(스테이크) 보유해야 합니다. 일반적으로 더 많은 암호화폐를 보유한 노드일수록 블록 생성 권한을 더 자주 얻을 확률이 높습니다.
2. 난이도 조절: PoS에서도 난이도가 조절됩니다. 블록 생성 속도를 일정하게 유지하기 위해 난이도를 조절하며, 보유한 암호화폐의 양에 따라 블록 생성 권한을 부여합니다.
3. 새로운 블록 보상: PoS 블록체인에서는 새로운 블록을 생성한 노드에게 블록 보상이 주어집니다. 이것은 블록 생성 권한을 자극하며 네트워크의 보안을 유지합니다.
4. 경제적 인센티브: PoS는 블록체인 네트워크의 노드들에게 경제적 인센티브를 제공합니다. 블록 생성자는 자신의 보유한 암호화폐를 걸고 블록을 생성하므로, 블록체인의 안전성과 무결성을 유지하기 위해 자신의 이익을 지킬 동기가 있습니다.
5. 더 낮은 에너지 소비: PoS는 PoW보다 에너지 소비가 낮기 때문에 환경 친화적입니다. 컴퓨팅 파워를 경쟁하는 PoW의 경우 전력 소모가 높지만, PoS는 보유한 암호화폐를 스테이크로 보유하면 되므로 에너지 효율적입니다.
6. 분산성과 보안: PoS는 51% 공격에 대한 방어 메커니즘을 가지고 있으며, 블록체인 네트워크를 안전하게 유지합니다.

PoS는 블록체인에서 사용되는 합의 알고리즘 중에서 주요한 대안 중 하나이며, 이더리움 2.0과 같은 주요 프로젝트에서도 PoS로 전환하는 계획을 세우고 있습니다. PoS는 환경 친화적이며 확장성이 높은 합의 알고리즘으로 평가되며, 블록체인 기술의 발전과 함께 더 많은 프로젝트에서 채택될 것으로 예상됩니다.

블록체인 기술 합의 알고리즘, 딜리게이트드 프루프 오브 스테이크 (Delegated Proof of Stake, DPoS)

딜리게이트드 프루프 오브 스테이크(Delegated Proof of Stake, DPoS)는 블록체인 합의 알고리즘 중 하나로, 프루프 오브 스테이크(PoS)를 기반으로 하면서 블록 생성 권한을 선출된 대표자 노드들에게 위임하는 방식을 채택한 것입니다. DPoS는 높은 성능, 확장성, 빠른 트랜잭션 처리 속도, 분산된 투표 및 의결 시스템을 통해 효율적인 블록체인 네트워크 운영을 지원합니다. DPoS의 주요 특징과 작동 방식은 다음과 같습니다:

1. 대표자 노드 (Delegates): DPoS 네트워크에서는 일반 노드 대신 대표자 노드가 블록 생성을 담당합니다. 이 대표자 노드들은 커뮤니티에서 투표를 통해 선출됩니다. 보통 상위 N개의 대표자 노드가 블록 생성 권한을 갖습니다.
2. 투표 및 위임 (Voting and Delegation): DPoS 네트워크 사용자들은 대표자 노드에 대한 투표를 통해 선출되는 대표자 노드를 결정합니다. 보유한 암호화폐를 통해 투표를 하여 선출되는 대표자 노드를 결정할 수 있습니다. 또한 사용자는 대표자 노드에게 블록 생성 권한을 위임할 수 있습니다. 이를 통해 개인적으로 블록 생성을 하지 않고도 대표자 노드에게 권한을 위임할 수 있습니다.
3. 블록 생성 및 합의: 대표자 노드들은 권한을 부여받아 블록을 생성하고 네트워크의 합의를 도출합니다. DPoS에서는 대표자 노드들 간의 합의 프로세스가 빠르고 효율적으로 이루어집니다.
4. 탈중앙화와 보안: DPoS는 탈중앙화를 증진시키기 위해 대표자 노드의 수를 증가시키고 투표를 통한 선출을 진행합니다. 이로 인해 중앙 집중화 가능성을 줄이고 네트워크를 더 분산시킵니다. 또한 DPoS는 보안 측면에서도 강력하며, 대표자 노드가 악의적인 행동을 할 경우 즉시 파면될 수 있습니다.
5. 확장성과 빠른 트랜잭션 처리: DPoS는 빠른 트랜잭션 처리 속도를 제공하며 확장성이 높습니다. 대표자 노드들이 신속하게 블록 생성을 수행하므로 네트워크의 처리량이 높아집니다.

DPoS는 이더리움 등의 블록체인 플랫폼에서 사용되고 있으며, 이더리움 2.0과 같은 프로젝트에서도 도입 예정입니다.