블록체인의 핵심, 블록체인 매커니즘의 변화 | 지식⁺

    2018/05/23 18:17 임준길 huang Created with Sketch.
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지구상에 수많은 생물들 중에서 인간에게 가장 뚜렷하게 나타나는 특징은  대규모로 협력한다는 것과 공동체 인식을 갖고 있다는 것이다. 이러한 공동체 인식은 문화나 조직의 인정에 비롯된다. 사람들은 국가, 민족, 회사에 공동된 인식을 갖게 되면서 하나의 방향으로 협력하고 나아갈 수 있다. 만약 공동된 인식을 갖추지 못하면 공동체는 힘을 낼 수 없는 것이다. 공통된 인식은 문화적 정체성에서 비롯되지만 일부는 국가기관에서도 나타난다. 예를 들면 화폐채택의 경우 해당국가의 신용보증에 필요한 것이다.

 

비트코인의 탄생은 우리에게 하나의 성공적인 네트워크 패러다임을 만들어주었다. 합의 알고리즘, 암호화, 네트워크 및 보상 메커니즘 등을 통해 하나의 자치 커뮤니티를 형성 할 수 있고 중앙 시스템을 통과하지 않아도 신뢰를 형성 할 수 있으며 가치유통순환을 할 수 있는 것이다.

 

이는 전례 없는 하나의 사회적 실천이다. 현재까지는 보다 성공적으로 진행되고있고, 전 세계에 수천만의 비트코인 주소가 있으며, 그 시가는 1400억 달러 이상이다.

 

현재까지 블록체인에서 주요한 합의 메커니즘은 어떤 것이 있는가? 관심을 가질만한 합의 메커니즘은 어떤 것이 있는가? PoW, PoS, DPoS, PBFT 외에도 어떠한 합의 알고리즘을 주목 할 가치가 있는가? 지속발전 가능 할 것인가? 최근 효율, 공정 및 보안 등의 방면에서 균형을 유지하려고 노력하고 있는 DSC라는 합의 알고리즘에 초점을 맞추어 알아보기로 했다. 

 

합의 알고리즘은 블록체인 자가 운영의 핵심이다.

 

블록체인은 시스템의 시행을 책임지는 중심체가 없다. 그러면 장부 기록은 어떻게? 어떤 장부로 모두들 확인가능하게 할 것인가? 이러한 것들은 탈중심화의 기제로 콘센서스를 이루어야 한다.

 

퍼블릭 체인으로 말할 때, 이는 충분히 안전한지. 효율이 더욱 높은지에 대해서는 콘센서스 알고리즘이 관건이다. 알고리즘 설계가 이상적이면, 첫 번째로 네트워크의 안전이 보장되고, 장부기록이 안전해져, 악의적인 공격을 막을 수 있다. 두 번째는 커뮤티니의 운행상태가 이상적이다.

 

점점 많은 합의 알고리즘은 안전보장 외에도, 효율과 공평성을 고려한다. 그래서 이제 서로 다른 합의 알고리즘 가자고 각자의 장점과 단점을 살펴보려 한다.

 

1.PoW

 

PoW는 클래식한 합의 알고리즘으로 비트코인의 시스템에 적용돼있다. 비트코인 마이너는 장부기록권을 획득하기 위해, 해쉬파워로 수학문제를 풀어야 한다. 그 시간은 약 10분으로, 첫 번째 특정속성해쉬를 발견한 마이너가 장부기록권을 가지게 되고, 또한 비트코인을 받게 된다. 이러한 알고리즘의 본질을 산력소모이다, 그 이유는 수학문제를 산출하면 오로지 해쉬파워만 사용할 뿐 기타방법이 없다. 해쉬파워는 전력과 채굴기 등 경제적 자본의 지탱이 필요하다. 만약 51%의 해쉬파워를 소유하려면 거대한 에너지와 자원이 필요하다.

 

PoW는 지금까지 제일 오랫동안 운행 및 검증을 받은 합의 알고리즘으로 안전성과 상대적 공평성, 탈중심화 네트워크를 구비하고 있다. 하지만 동시에 사람들이 그 단점을 지적하기도 한다. 특히 전력소모와 성능방면이다. 대량의 전력이 필요하기에, 전 세계의 PoW 산법을 위해 소모한 전력은 아일랜드가 소모한 전력을 초과했다.

 

또한 PoW의 알고리즘은 안전성 보장을 위해 성능상 확장성도 지적되고 있다. 1초에 7개의 거래만 가능하다보니 1초에 10만개 이상의 거래가 가능한 중심화시스템과 비교가 불가능하다. 이에 PoW가 기반인 비트코인이 네트워크 디지털 캐시 지불시스템으로 되기 힘들다.

 

탈중심화 방면에도 일정한 문제가 제기된다. 각 지역마다 전기비용이 다르기 때문에 자본의 문제로 최종 전력비용이 상대적으로 싼 국가나 지역에 마이너들이 모이게 된다.

 

블록체인의 핵심: 블록체인의 매커니즘의 변화


2.PoS

 

PoS는 PoW와 달리 이는 해쉬파워를 통하지 않고 장부기록권을 획득하기에 더욱 친환경적이다. PoS는 검증자가 있다. 이러한 검증자노드는 일부분의 토큰을 고정하면 권익증명이 된다. 한 조의 검증자들이 투표하여 다음블록의 생성을 결정하는데 그 투표의 결정권은 토큰의 소유량에 따른다.

 

즉, 매개 네트워크 노드에는 주소가 연결되어있는데, 이 주소에 소유한 토큰이 많으면 블록을 생성할 가능성이 더욱 높아진다. 만약 한 공격자가 51%의 공격을 진행한다면 그는 50%이상의 토큰을 소유해야하며 시장가치가 10억 달러라면 그 공격자는 최소 5억 달러 이상의 토큰을 소유해야 한다. 만약 공격하여 네트워크가 안전하지 못하다면 합리적인 공격자에게는 아무런 의미가 없다. 또한 PoS의 방어와 공격은 대비되지 않는다. 방어가 더욱 간편하여, 네트워크 복원 비용은 공격자의 대가보다 낮다.

 

PoS는 고정수량의 토큰 사용에 적합하다. 이는 통화팽창이 발생하지 않기 때문이다.

 

PoS의 장점은 대량의 에너지를 소모하지 않고 퍼블릭인식의 속도가 빠르다. 하지만 단점으론 모든 노드가 마이닝을 원하는 것은 아니고, 최종성이 없고, 점검기제로 이러한 문제점들을 완화할 필요가 있고, 포크도 쉽게 발생된다.

 

3.DPoS

 

DPoS는 PoS보다 더욱 효율적이다. 토큰 소유자가 대표를 선출하고 선출 된 대표가 블록에 기록된 거래를 검증한다. DPoS의 투표는 지속적으로 진행된다. 만약 대표가 맘에 들지 않을 때, 토큰 소유자는 새로운 대표를 투표방식으로 선출 할 수 있다.

 

대표가 모든 규제를 준수해야하고, 네트워크의 정상적인 운영을 보장하기에, PoS시스템과 대비 더욱 효율적이다. 이외에 이는 포크가 발생하지 않기에 PoS보다 우세이다.

 

단점은 중심화리스크가 있다. 만약 20여개의 슈퍼대표가 있다면, 네트워크는 일정한 안전 리스크가 존재하게 된다. 하지만 DPoS 시스템도 부단히 진화하면서 안전과 탈중심화와 효율을 겸비한 방법을 찾고 있다.

 

PoW、PoS、DPoS이외에 PBFT、VBFT、PoA、PoE、PoI등 이외에 더 무엇을 더 주목해야 할까?

 

Penta네트워크의 DSC 산법도 자기만의 특색이 있다. 이는 안전을 보정한 동시 효율, 공평의 요구도 만족하면서, DApp의 기초시설로 되기 위해 노력중이다.

 

DSC: 안전, 효율과 공평의 겸용

 

DSC협약은 동태권익(动态权益) 알고리즘으로 해시추첨산법을 사용하여, 효율성과 공평성을 전부 고려했다.

 


블록체인의 핵심: 블록체인의 매커니즘의 변화

 

DSC 산법은 아래의 몇 개의 절차로 진행되어 블록을 생성한다.

 

1. 투표로 전체 네트워크 노드 중 두 가지 대표를 선출한다. 하나는 많은 PNT토큰을 소유한 의원, 다른 하나는 소량의 PNT토큰을 소유한 관찰원이다.

 

2. 두 대표는 해쉬추첨의 산법을 통해 랜덤으로 일부 의원과 관찰원을 선출하여 몇 개의 알고리즘조를 만든다. 매 조마다 의원 혹은 관찰원의 비례는1/3이상 차지해야 한다.

 

3. 알고리즘조는 BFT알고리즘의 진행한다. 의원 중 의장을 선출하고, 이 의장이 블록생성을 제의하고 기타의원과 관찰원은 블록검증을 진행한다. 2/3이상의 노드가 검증 통과되면 그 조의 블록후보가 생성된다. 알고리즘조 수량은 공정되지 않았다. 또한 네트워크의 상황에 따라 유동적인 조절로 정상적인 블록생성을 보증한다.

 

4.블록후보는 자동적으로 정식블록으로 전환되는 것이 아니라, 해시추첨함수로 모든 알고리즘조 중 생성된 블록에서 정식블록을 선출한다. 만약 일정한 시간동안 협의가 이루어지지 않으면, RESET기제가 가동된다. 모든 의원은 BFT 알고리즘을 진행하여, RESET블록을 생성하여, 새로운 알고리즘조를 조성하여 네트워크가 정상 운영되게 회복한다.

 

이러한 선거방법설계도 의회기제의 그림자가 보인다. 예컨대 미국이 건국초기, 초기에는 단일원제를 성정하려 했으나, 하원은 인수에 기반 하기에, 인구가 적은 주는 목소리를 표출할 기회가 적었다. 이에 양원제 의회를 생성했다. 참의원은 각주의 크기를 불문하고, 모두 투표로 모두 100석이다. 하원은 주의 인구수에 따라 객석을 얻게 된다. 이러한 설계의 목적은 각 집단의 이익을 고려하기 위해서이다.

 

DSC는 의장, 의원, 관찰원, 알고리즘조로 설계되었다. 이유는 관찰원이 알고리즘조에 참여할 기회가 있고 또한 1/3이상의 비중을 차지하기에, 이용자가 소량의 PNT 소유자 대표이고, 또한 보상을 받을 기회도 있다. 이는 공평성을 겸비했지만, PoS 메커니즘은 소량의 토큰소유자는 보상을 획득할 확률이 낮다.

 

Penta네트워크의 의원은 PNT토큰 소유노드가 주동적으로 신청을 발의하고, 기타노드가 투표선정으로 진행된다. 만약 의원에 당선되면, 먼저 일정수량의PNT토큰을 소유해야하고, 동시에 일정수량의 투표를 획득해야 한다. 의원에 당선되면, 모든 노드의 장부기록권의 기회는 동등하게 된다. PNT토큰의 수량이 많다고 기회가 더 많은 것이 아니다. 의원은 BFT알고리즘과정에서 생성되고, 주로 블록 생성을 책임지고 있다.

 

관찰원은 감독관이다. 이는 의원과 달리 필요한 PNT수량이 적고, 획득한 선거표가 적어도 된다. 하지만 관찰원의 분포는 더욱 넓고, 수량도 더 많다. 이는 더욱 많은 PNT 토크 소유자의 이익을 대표했다. 이에 하원의 캐릭터에 더욱 흡사하다. 관찰원은 의원이나 의장으로 당선될 수 없고 블록생성 권리도 없다.

 

Penta네트워크의 의원수량은 지속 증가하는데 이는 미국 참의원의 소정객석과 다르다. 참여한 노드와 PNT소유 랭킹을 참고한다. Penta네트워크는 최초의 의원수량과 PNT토큰 최소 저장수량을 확인한다. 동시에 의원의 수량 또한 운행상황에 따라 조정도 진행한다. 하지만 관찰원의 수량은 제한이 없다.

 

장부기록과정도 영활한 참여이다. 먼저 PNT토큰을 보증금으로 저장해야하고, 장부기록신청, 투표, 토큰 고정후 장부 기록기회를 획득하게 된다. 만약 장부기록에서 퇴출하려면, 먼저 보증금 토큰을 해제하고, 획득하면 퇴출 완료된다.

 

해시추첨산법으로, Penta네트워크는 의원과 관찰원 중 일부를 선택하여 알고리즘조를 조성한다. 매개 알고리즘조의 인수는 n으로, n은 동적 조정한다. 의원 수량을 n1라면 n/3<n1<2n/3, 관찰원 수량은 n2=n-n1이다. 이렇게 알고리즘조 중 조원비례를 유지하고, 의원과 관찰원 수량 또한 동적 조정하여 일정한 수량범위를 보존한다.

 

악의적 노드에 대한 처벌: 이용자는 계좌에 일정수량의 보증금을 저장하고 있기에, 시스템을 파괴하는 행위가 발견되면, 이 노드에 대해 처벌을 가한다. 예로 의장이 두개 또는 그 이상의 블록 BFT 알고리즘 제안을 제출하면, 기타 노드가 증명이 가능하고, 이러한 정황이 확인되면 의장은 수익보다 더 많은 처벌을 받게 된다.

 

Penta네트워크의 알고리즘은 포크 발생을 피할 수 있다. 협약의 업그레이드는 모든 의원의 BFT투표가 필요하고, (2n+1)/3이상의 의원인 찬성해야만 지정한 블록에서 새로운 협약으로 교체 가능하고, 포크가 일어나지 않는다. 협약 업그레이드는 주로 일부 수치 조정이로 알고리즘조의 노드수량, 거래 수수료, 최소보증금, 의원과 관찰원 수량 등 있다.

 

노드는 장부기록하면 수익을 얻게 되고, 거래도 수수료 수익을 얻게 된다. 그중 50%의 PNT는 퍼블릭 알고리즘 보상에 쓰인다. 의장이 제의한 블록이 의원과 관찰원이 확인 후 후보블록이 정식블록으로 변한다. 이 과정 중 장부기록에 참여한 노드, 즉 후보블록측이 생성한 알고리즘조의 성원들은 PNT 보상금을 획득할 수 있다.

 

Penta의 퍼블릭 알고리즘에는 PoS, DPoS의 장점이 있고, 자신의 독창성도 있고, 또한 분할과 에너지 걱정 없이 효율을 높였고, 동시에 적은 토큰을 소유한 소유자의 이익도 참고하여, 더욱 많은 사람들이 참여하도록 격려했다.

 

이러한 알고리즘의 설계는 진일보 탐구가 필요하고, 장기간의 주목 할 필요가 있다.

 

결론

 

합의 메커니즘은 블록체인네트워크 운영의 핵심이고, 블록체인에서 다른 노드사본을 합의 알고리즘을 통해 일관성을 유지해야한다. 하지만 현재까지 블록체인기술은 성능, 보안 및 탈중심화를 모두 보장하기가 어렵다.

 

서로 다른 알고리즘에는 장·단점이 있다. PoW를 퍼블릭체인 합의 알고리즘으로 사용하면 확장성을 달성하기 어렵고, 이를 바탕으로 DApp의 생태적기반을 구축하기가 어려우며 주변인들에게 전파하기가 어렵다.

 

PoS나 DPoS 합의 알고리즘을 사용해도 작은 확률사건이 발생할 수 있고, 개인키가 도용되고, 슈퍼노드에 맞춰 중심화 추세 등을 유발할 수 있다. 하지만 성능을 모두 갖고 있으면 탈중심화와 안전에 약간의 부족함도 있을 수 있다.

 

합의 알고리즘 실천은 분명히 멈추지 않을 것이다. 반면 DSC의 합의 알고리즘은 보안, 탈중심화와 효율 및 공정 등의 방면에서 균형을 유지하려고 시도하였으며, 이를 기반으로 안전하고 안정적인 네트워크를 설계하고자한다.

 

Penta의 DSC 합의프로토콜은 DPoS와 달리 해싱알고리즘은 토큰소지자의 이익을 보호할 뿐만 아니라 공정성과 안정성을 제공한다.

또한 사이드체인 또는 독립체인을 지원할 수 있는 유연한 다중합의 알고리즘이 있다. Penta플랫폼에서 회계 컨센서스와 DApp의 사이드체인 또는 독립체인 및 플랫폼 계층과 비즈니스계층간의 분리와는 별개이다. 서로 다른 DApp은 그 자체의 목표를 달성하기위해 서로 다른 합의 메커니즘을 사용한다.

 

예를들면 일부 DApp은 트랜잭션성능에 대해 요구가 높지 않은 반면 트랜잭션 안전성에 요구가 높으며 이는 PoW알고리즘을 선택하게 했던 것이다. 다만 일부 DApp 중 트랜잭션성능에 대해 요구가 높은 것은 목표를 달성하기위해 DPoS합의 알고리즘을 사용했던 것이다.

 

블록체인의 미래발전을 살펴보면, 합의를 달성하기위해 효율성을 포기해야한다. 하지만 이는 대중들을 끌어당기는 것에 어려움이 생긴다. 이 문제를 해결하려면 여론이나 균형 잡힌 틀을 합의메커니즘으로 채택해야한다. 또한 블록체인이 아닌 데이터구조 또는 중심화방식으로 사용하여 문제를 해결해야한다.

 

만약 블록체인을 전제로 한다면 정확한 해결방안은 DSC와 유사한 합의 알고리즘을 채택해야한다. 이는 보안, 효율성 및 공정성 등을 모두 갖추고 있다. 또한 보다 유연한디자인을 통해 사이드체인 및 독립체인모델을 사용하고 서로 다른 합의 알고리즘을 사용하면서 다양성을 보여준다.

 

보시다시피 미래에는 PoW, PoS, DPoS, PBFT, PoA, PoI ... 외에도 점점 더 많은 합의 알고리즘이 있을 것으로 예상되며, 이는 블록체인발전과 탐구하는 데에 도움이 될 것이다.

    출처: CoinTime 책임 편집자: 임준길
본 기사는 COINTIME의 의견과는 무관하며, 투자에 관한 모든 책임은 투자자 본인에게 있습니다.
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