November 14,2019

“PoW 개선 집중해 확장성 높여야”

블록체인 산업 확장 위한 방안 제시

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블록체인 산업은 3.0시대를 맞이하고 있다. 블록체인 3.0 시대에는 거의 모든 산업에 블록체인이 자연스럽게 확장될 수 있으나, 이를 위해서는 트릴레마라는 한계를 넘어야 한다. 트릴레마는 블록체인 3.0의 가장 큰 숙제이다.

3.0 시대를 맞이한 블록체인(그림출처: Pixabay). ⓒ Pixabay

3.0 시대를 맞이한 블록체인. ⓒ Pixabay

트릴레마는 이더리움 창시자인 비탈릭 부테린이 언급한 블록체인의 한계이다. 블록체인 기술 수준을 최적화하기 위해서는 세 가지 요건을 맞춰야 한다. 확장성, 탈중앙성 그리고 보안성이 이에 해당한다. 그런데 블록체인은 이러한 요건을 모두 만족할 수 없는 트릴레마 한계를 가지고 있다.

참고로 확장성은 블록체인이 사용자에게 원활한 서비스를 제공할 수 있는 수준을 뜻한다. 탈중앙성은 블록체인의 자율적인 운영 수준을 뜻한다. 그리고 보안성은 블록체인 운영이 악의 공격으로부터 얼마나 보안 측면에서 대처할 수 있는지를 측정한다.

PoW 장점과 한계

트릴레마 해결하기 위해서는 블록체인의 어느 부분에 초점을 둬야 할까? 합의 알고리즘에 초점을 둬야 한다. 합의 알고리즘은 블록체인 운영에 관해 합의하는 알고리즘이다. 다시 말해, 블록 생성과 선정의 합의를 뜻한다.

참고로 블록은 장부로 정의할 수 있다. 그리고 블록은 합의 알고리즘을 통해 오직 1개만 신뢰성 있는 블록으로 블록체인에 등록될 수 있다.

장부 역할을 하는 블록 ⓒ Max Pixel

장부 역할을 하는 블록 ⓒ Max Pixel

비트코인에서는 이를 채굴이라고 부른다. 비트코인을 예로 들어 합의 알고리즘 과정을 간략히 살펴보자. 비트코인의 블록 생성에 참여하는 사람을 채굴자라고 부른다. 채굴자는 합의 알고리즘을 통해 본인이 보유한 블록을 블록체인에 등록하려고 노력하는데, 이러한 과정을 채굴이라고 부른다. 참고로 채굴자는 블록 생성에 최초로 성공하면 보상과 함께 본인의 블록을 등록할 수 있다.

합의 알고리즘의 장점은 무작위로 블록이 생성되고 선정되는 것을 막아준다. 이는 블록 생성의 중복을 막아주어 안정적인 운영을 가능하게 한다. 비트코인의 경우, 거래 장부의 신뢰성을 합의 알고리즘으로 보증한다. 전 산업에 적용된 블록체인의 경우, 합의 알고리즘은 거래 장부가 아닌 산업의 주요 데이터 장부를 보증한다.

합의 알고리즘 동작 방식은 크게 ‘작업증명방식(PoW)’과 ‘투표방식’으로 나눌 수 있다. 전자는 컴퓨팅 파워를 이용해 채굴이라는 과정을 거쳐서 블록체인을 합의한다. 비트코인이 대표적인 예이다. 반면 후자는 참여자 간의 투표를 통해 블록체인을 합의한다.

후자의 대표적인 예로, 지분증명방식(PoS)이 있다. PoS는 투표 결정권을 얻기 위해 일정 암호화폐를 지분으로 넣어두고 결정권에 참여한다. 참고로 PoS는 지분으로 넣은 암호화폐가 많을수록, 혹은 지분을 넣어둔 기간이 길수록, 참여자의 결정 권한이 높아진다.

트릴레마 관점에서 PoW를 보면, PoW는 보안성이 높을 뿐만 아니라 탈중앙성도 높다. 참여자의 컴퓨팅 파워에서 51%를 장악해야지 블록체인을 해킹할 수 있기 때문이다. 그리고 PoW는 컴퓨팅 파워 기반으로 동작하기 때문에 중앙 기관의 개입이 거의 없다.

그러나 PoW는 확장성 측면에서 부족하다. 컴퓨팅 파워를 이용해 블록을 생성하기 때문에 에너지 자원 낭비뿐만 아니라 블록 생성 시간이 느리다. 그래서 PoS가 많이 제안되고 있다. 그러나 지분에 따라 결정 권한이 달라지는 문제가 있다. 다시 말해, 탈중앙성이 떨어진다. 지분이 많은 참여자가 운영에 절대적인 영향을 끼치기 때문이다. 보안 측면에도 위험이 발생할 수 있다. PoS 참여자를 해킹해 대리인 자격으로 블록체인 운영에 피해를 줄 수 있다.

결국, 트릴레마 이론처럼 모두를 만족할 합의 알고리즘 방식을 찾아볼 수 없다. 두 가지 합의 알고리즘에서 장단점을 고려해 사용할 수밖에 없다.

그러나 PoW 개선에서 이러한 답을 찾을 수 있을지 모른다.

PoW는 상당히 오래전부터 연구돼 왔다. 1992년에 관련 연구 논문이 등장했고, 1999년에 해당 용어가 논문을 통해 등장했다. 반면 PoS는 PoW 대체용으로 등장했기 때문에 연구 역사가 길지 않다. 그러므로 오랜 연구로 안정성을 갖춘 PoW 부분의 개선에 집중할 필요가 있다.

그뿐만 아니라, 비트코인, 이더리움 등은 PoW를 기반으로 하고 있다. 현재 이더리움은 PoS로 전환 중이나, PoW를 아직 사용하고 있다. 주요 암호화폐의 알고리즘이 PoW 기반인 것을 고려하면, PoW 부분의 확장성 개선 측면에서 연구가 필요하다.

PoW 확장성을 위한 여러 설루션이 제안돼

이러한 필요성은 세계적으로 이미 공감하고 있다. 관련 연구가 활발히 진행됐기 때문이다. 그래서 여러 가지 방법이 있다. 그중 블록에 기록할 수 있는 정보를 증가시켜 PoW 확장성에 기여할 수 있다. 이는 더 많은 정보가 공유되게 하기 때문이다.

분리된 서명(SegWit, Segregated Witness)이 이러한 용도로 고안됐다. SegWit은 블록에 담긴 정보 중에서 서명에 관한 부분을 제거함으로써, 블록에 담을 수 있는 정보를 증가시켰다.

비트코인의 경우, 서명이 차지하는 비율이 75%에 달한다. 그래서 비트코인은 SegWit은 4배가량 더 많이 정보를 저장할 수 있게 했다. 집으로 비유하면, 거주자는 집에 있는 가구 일부 치움으로써 장식용품을 더 들여다 놓을 수 있게 됐다.

또 다른 방법으로는 일부 거래를 블록체인 외에서 일어나게 할 수 있다. 이를 오프체인 설루션(Off-Chain Solution)이라고 부른다. 오프체인 설루션은 거래를 블록체인 밖에서 일어나게 함으로써 거래의 속도를 높이는 기술이다. 블록체인 밖은 합의 과정이 없기 때문에 거래 속도가 증폭되기 때문이다. 참고로 거래가 끝나면, 거래 참여자는 해당 정보를 블록체인에 등록해 반영케 할 수 있다.

샤딩(Sharding)은 블록체인 참여자를 영역별로 나눠서 전체 속도를 높이는 기술이다. 100명의 참여자가 1개의 블록을 생성하는 것보다, 50명으로 두 그룹으로 나눠 2개의 블록을 병렬로 생산하게 하는 것이 더 효율적이다. 샤딩은 이러한 원리로 고안된 합의 알고리즘 방식이다.

그 밖에도, 고스트 프로토콜은 블록체인의 운영 보안을 더욱더 견고하게 하는 기술이다. 중복 블록의 문제를 더욱더 안전하게 해결함으로써, 블록 생성 시간을 높이는 기술이다.

이처럼 PoW를 향상하려는 연구가 많이 진행되고 있다. PoW 대신 다른 합의 알고리즘을 바꾸는 것도 블록체인 3.0시대를 맞이할 수 있는 한 방법이지만, 여러 검증 과정을 거쳐야 한다는 점을 고려할 때 PoW 개선이 더 현명한 방법일 가능성이 높아 보인다.

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