- Title: Properties of Decentralized Consensus Technology -- Why not every Blockchain is a Blockchain
- ArXiv ID: 1907.09289
- 발행일: 2019-07-23
- 저자: Christopher Ehmke, Florian Blum, Volker Gruhn
📝 초록
블록체인 기술과 응용 연구는 빠른 속도로 진행되고 있다. 하지만 나카모토의 비트코인 백서가 발표된 지 10년이 지난 지금까지 이 분야는 여전히 미성숙하고 초기 단계에 있다고 볼 수 있다. 현재 이 분야에서 연구는 기술과 그 특성을 설명하는 용어에 대한 공통의 이해와 합의가 부족한 상태다. 동시에 이 연구는 비트코인 핵심 개념의 기본적인 측면을 도전하고 있다. 모든 새로운 접근 방식이 여전히 블록체인 기술로 적절하게 설명될 수 있는지 의문스럽다. 우리는 대신 분산 합의 기술이라는 일반적인 범주를 사용할 것을 제안한다. 분산 합의 기술은 분산 원장 기술과 비원장 기술을 포함한다. 블록체인 기술은 여러 가지 분산 원장 기술 중 하나에 불과하다. 또한 우리는 분산 합의 기술의 세 가지 주요 특성을 확인했다: 분산, 신뢰성 없음 및 궁극적으로 합의를 이룰 수 있는 능력. 특정 구현의 사용 사례에 따라 다음 추가 속성이 고려되어야 한다: 프라이버시, 참여 유인책, 불가역성 및 변동 방지, 운영 목적, 확인 시간, 거래 비용, 외부 거래 및 계산을 가능하게 하는 능력, 확장 가능성.
💡 논문 해설
**핵심 요약**: 이 논문은 블록체인 기술이 가진 공통적인 특성과 용어에 대한 혼란을 해결하고자 한다. 이를 위해 '분산 합의 기술'이라는 더 넓은 범주를 제안하며, 다양한 분산 원장 및 비원장 기술로 구성된다.
문제 제기: 블록체인 기술이 발전함에 따라 이 기술을 정의하는 공통적인 언어와 용어가 필요하다. 그러나 현재로서는 이들 특성이 무엇인지 명확히 규정되지 않았다. 또한, 원래 개념에서 여러 가지 속성을 수정하거나 확장한 새로운 접근 방식들이 생겨나면서 블록체인이라는 용어의 정의가 모호해지고 있다.
해결 방안 (핵심 기술): 논문은 ‘분산 합의 기술’이라는 더 넓은 범주를 제시한다. 이는 분산 원장과 비원장 기술을 포함하며, 블록체인 기술이 여러 가지 분산 원장 기술 중 하나임을 강조한다. 분산 합의 기술의 주요 특성으로는 분산, 신뢰 불필요함 및 궁극적으로 합의를 이룰 수 있는 능력이 있다.
주요 성과: 논문은 다양한 블록체인 구현에서 공통적으로 나타나는 속성을 정리하고, 이를 통해 ‘분산 합의 기술’이라는 더 넓은 범주를 제시함으로써 기존 개념을 확장한다.
의의 및 활용: 이 논문의 주요 의의는 블록체인과 관련된 혼란스러운 용어와 개념에 대한 명확한 이해를 제공하는 것이다. 이를 통해 새로운 연구와 개발이 더 효과적으로 이루어질 수 있으며, 다양한 기술을 비교하고 분류하는데 도움이 된다.
📄 논문 발췌 (ArXiv Source)
# 서론
블록체인 기술은 과거 몇십 년 동안 가장 혁신적인 발명 중 하나로 알려져 있다. 초기에는 전통적 중심화된 금융 통화 시스템의 대안으로 설계되었지만, 이제 다양한 상황에서 사용되고 있다. 나카모토가 처음 제시한 개념을 백서에 발표한 이후, 이 기술을 개선하고 구현하기 위한 많은 연구가 이루어졌다. 이러한 모든 개선에도 불구하고, 혹은 그것들 때문에, 블록체인 시스템이 어떻게 특성화되는지 설명하는 것이 어렵다. 특정 시스템이 블록체인 기술로 분류되기 위해 제공해야 하는 구체적인 속성이 무엇인지, 그리고 어떤 시스템의 속성이 이러한 분류를 방해할 수 있는지를 공통적으로 이해하고 합의하는 것은 아직 부족하다.
최근 연구에서는 이 문제에 대해 다루는 몇 편의 논문이 발표되었다. 블록체인 애플리케이션 연구 동향을 분석하면, 이러한 문제의 심각성이 드러난다: 거의 모든 논문은 자신의 블록체인 기술 정의를 시작하며, 종종 특정 속성을 사용하여 해당 프로젝트가 블록체인으로 분류될 수 있는지 판단한다. 예를 들어 여러 논문에서는 분산, 포함된 데이터의 불변성 및 참여자 간에 신뢰 없이 작동할 수 있다는 것이 블록체인 기술의 기본 속성이라고 주장한다.
그러나 이러한 속성을 수정하거나 확장하는 많은 연구가 이루어지고 있으며, 그럼에도 불구하고 결과 시스템을 여전히 블록체인으로 분류하고 있다. 나카모토의 백서는 블록체인 기술의 원천으로 간주되지만, 이 문서에서 “블록체인"이라는 용어가 사용되지 않는다는 점이 주목된다.
최근 논문은 ‘분산 합의 기술’이라는 용어를 제안하며, 이를 통해 블록체인에 대한 개념을 더 넓게 정리하려고 한다. 이 용어는 다양한 형태의 분산 원장 및 비원장 기술을 포괄한다. 예를 들어, 에테르리움과 같은 분산 계산 플랫폼이 분산된 ledgers로 정확하게 설명될 수 있는지 논의되어야 한다.
블록체인 혁신의 역사
비트코인이 처음으로 알려진 블록체인 애플리케이션으로, 이 기술이 ‘블록체인’이라는 용어를 만들어냈다. 비트코인의 기술은 2008년 나카모토라는 이름을 사용한 한 사람(혹은 그룹)에 의해 발표된 백서[^1]에 근거한다. 이는 암호학적 원칙과 분산화 통화에 대한 아이디어를 포함하며, 이들 모두 이전에 발표되었다.
나카모토는 디지털 서명 기반의 코인을 사용하여 디지털 자산의 전송 보안 및 정합성을 보장하는 화폐 시스템을 설계했다. 이는 이전의 분산화된 통화들, 예를 들어 사보의 비트골드나 대이의 비머니와 달리 ‘더블 스파인딩’ 문제를 해결한 것이다.
비트코인 블록체인 시스템의 기술적 구현
나카모토는 특정 코인이 사용되는 경우 처음 시도만 유효하게 보고 나머지는 거부하는 방법으로 더블 스파이닝 문제를 해결했다. 이를 가능케 하기 위해, 네트워크의 모든 구성원은 어떤 요청이 합당한지 확인하고 특정 코인이 이전에 사용되었는지를 판단할 수 있어야 한다.
소유자 간의 코인 전송은 송신자, 수신자, 전송될 금액 및 송신자가 해당 거래를 요청할 권한이 있다는 증거(즉, 해당 코인이 그들의 소유라는 증명)가 포함된 트랜잭션으로 이루어진다. 코인의 소유권을 증명하는 것은 디지털 서명과 같은 암호학적 개념을 사용한다. 나카모토는 단순히 디지털 서명만을 의존하지 않고, 이 작업에 스크립트 언어를 도입함으로써 복잡한 요구 사항을 모델링할 수 있도록 결정했다.
거래가 유효한 소유권을 가지고 있는 것뿐만 아니라 더블 스파이닝 시도를 방지하기 위해서는, 나카모토는 거래를 개별적으로 전송하지 않고 그룹으로 전송하는 방법을 선택했다. 이러한 그룹은 블록이라고 불리며, 각각의 블록은 직계 조상 블록에 연결되어 순서대로 배열된다. 이렇게 하면 처리된 트랜잭션의 순서를 포착할 수 있다.
거래를 블록으로 그룹화하는 것은 더블 스파이닝 문제 해결에 부족하다: 네트워크의 악성 구성원은 특정 거래를 누락시키려고 시도할 수 있다. 이를 방지하기 위해, 나카모토는 ‘증명OfWork’라는 절차를 도입하여 블록을 조작으로부터 보호한다.
증명OfWork는 백이 이메일 스팸을 방지하기 위해 도입한 암호학적 방법이다. 그 핵심 아이디어는 메시지를 보내기 위해 일정량의 작업이 이루어졌음을 증명하는 것이다. 실제로, 이것은 특정 요구 사항(예: 특정 수의 0으로 시작하는 해시 값)을 충족하는 해시 값을 포함하는 것으로 구현된다.
블록체인 기술의 속성
나카모토는 비트코인이 신뢰할 수 있는 제3자를 의존하지 않고 두 당사자가 직접 거래할 수 있는 전자 결제 시스템을 만들었다고 설명한다. 찬터지에 따르면, 블록체인 기술의 특징은 다음과 같다:
불변성: 블록을 수정하는 것은 사실상 불가능해야 한다.
불가역성: 네트워크 참여자가 처리한 거래를 되돌릴 수 없어야 한다.
분산화: 누구나 네트워크에 참여하고 트랜잭션을 검증 및 처리할 수 있어야 한다.
중앙 집중화된 권위가 없는 것: 네트워크는 중앙 조직에 의존하지 않아야 한다.
타당성: 시스템은 손상된 메시지를 처리하면서도 사기 행위를 방지해야 한다.
논문에서는 나카모토의 개념이 여러 가지 문제점으로 인해 수정되거나 새로운 블록체인 네트워크가 등장하는 것을 보여준다. 이 논문은 이러한 다양한 속성과 특성을 통해 블록체인 기술을 더 명확히 정리하고, 이를 ‘분산 합의 기술’이라는 범주로 확장한다.
