블록체인은 어떻게 작동하나요?

지난 몇 년 동안 “blockchain”이라는 용어를 피하기는 어렵습니다. 10년 전만 해도 기술에 밝은 사람들만 그것이 무엇인지 알고 싶어 했지만, 지금은 이 용어가 여기저기 널리 퍼져 있습니다. 그럼에도 불구하고 우리 대부분은 여전히 이 기술에 대해 막연한 개념만 가지고 있습니다. 블록체인이 무엇인지, 그리고 어떻게 작동하는지 알아봅시다. 

Blockchain이란 무엇인가?

블록체인과 crypto 세계로 들어가는 사람들이 흔히 같은 실수를 하기 때문에, 먼저 그것이 무엇이 아닌지부터 정의해 봅시다. 

Blockchain은 프로그래밍 언어도, 암호학적 코딩도, Python이나 다른 언어의 프레임워크도 아닙니다. 그리고 중요한 점은, 용어들끼리 밀접한 관련은 있지만 crypto와 같은 것도 아닙니다. 

Blockchain은 완전히 새로운 기술입니다. 이는 단일 중앙화된 주체가 아니라 컴퓨터 네트워크가 관리하는, 타임스탬프가 찍힌 변경 불가능한 데이터 시리즈로 이루어진 특수한 데이터베이스입니다. 모든 정보는 암호학적으로 암호화됩니다. Blockchain은 해킹이 불가능하도록 설계되어 있습니다. 

Blockchain은 흔히 분산 원장 기술로 설명되며, 여기서 원장은 거래에 관한 기록들의 집합을 의미합니다. 예를 들어, 작업을 기록하는 컴퓨터가 하나의 원장이 될 수 있습니다. 모든 원장들의 집합은 하나의 네트워크로 연결되어, 사실상 무엇이든 추적하도록 프로그래밍할 수 있는 거래를 기록합니다. 첫 번째 거래부터 시작해 모든 거래는 블록체인에 영구적으로 기록됩니다. 

블록체인상의 데이터는 중앙 권한에 의해 통제될 수 없으며, 네트워크의 모든 작업은 온라인 스프레드시트를 여러 사람이 동시에 편집하는 것처럼 모든 참여자에게 공개됩니다. 다만 블록체인에서는 수천 대의 컴퓨터를 이야기하는 것입니다. 

블록체인을 누가 만들었는지 확실히 말하기는 어렵지만, 이 기술에 대한 최초의 설명은 1991년에 출간된 Stuart Haber와 W. Scott Stornetta의 책 “Journal of Cryptography”에서 찾아볼 수 있습니다. 그들은 이 기술을 디지털 문서의 진본성을 검증하기 위해 타임스탬프를 찍는 방법으로 보았습니다.

블록이란 무엇이며 데이터를 어떻게 저장하는가?

데이터가 열, 표, 파일에 저장되는 전통적인 데이터베이스와 달리, 블록체인의 모든 정보는 블록이라 불리는 서로 연결된 시퀀스 또는 묶음으로 정리됩니다. 이 블록들이 모여 하나의 체인, 즉 연속된 블록의 줄을 이룹니다. 각 블록은 기본적으로 특정 수의 거래가 기록된 원장의 한 페이지입니다. 

블록 체인은 중앙 컴퓨터에 속한 것이 아니라, P2P 네트워크로 연결된 컴퓨터들인 블록체인 노드에 의해 관리됩니다. 

각 블록에는 세 가지 주요 구성 요소가 있습니다: 

• 데이터 — 사용되는 특정 블록체인에 따라 달라질 수 있습니다. 거래에 관한 세부 정보(데이터, 금액, 수신자, 발신자), 상품(공급망에서), 또는 예를 들어 의료 기록 등을 담을 수 있습니다. 
• 해시 — 모든 입력 데이터를 고정 길이의 숫자 문자열로 변환하는 암호학적 함수입니다. 즉, 블록과 그 내용을 식별하는 고유한 디지털 서명입니다. 
• 이전 블록의 해시 — 이 부분이 블록체인을 만들어 줍니다. 각 다음 블록이 이전 블록의 해시를 포함하므로 네트워크는 매우 안전해집니다. 

Blockchain은 어떻게 작동하는가?

블록체인의 작동은 여러 단계로 이루어진 과정입니다.

1. 1. 두 당사자가 가치의 단위를 교환하기로 결정하고, 그중 한 사람이 거래를 시작하기 위해 데이터를 입력합니다.  
2. 2. 거래는 기술에 의해 인증됩니다.  
3. 3. 해당 거래를 포함한 여러 거래 묶음이 담긴 새로운 블록이 블록체인에 생성됩니다.
4. 4. 이 블록은 네트워크의 모든 노드로 전송됩니다.
5. 5. 권한이 있는 노드가 거래를 검증하고, 올바르면 기존 블록체인에 추가합니다. 노드는 Proof-of-Work 네트워크에서는 miner로, Proof-of-Stake 블록체인에서는 staker로 불릴 수 있습니다. 
6. 6. 업데이트가 네트워크 전반에 배포되면서 거래가 최종 확정됩니다.

Blockchain은 어떻게 보안이 유지되는가?

블록체인 네트워크에서 해시의 특성은 데이터를 변경 불가능하게 만듭니다. 블록 A는 블록 B를 가리키고, 블록 B는 블록 C를 가리키는 식입니다. 이 시스템 때문에 전체 체인을 바꾸지 않고는 하나의 블록을 위조하는 것이 불가능해집니다. 블록의 어떤 부분이라도 바꾸면 그 블록의 해시가 영향을 받고, 그 다음 블록은 이전 블록을 가리켜야 하므로 무효가 됩니다. 

하지만 단순히 해시만으로는 네트워크를 제대로 보호할 수 없습니다. 현대의 컴퓨터는 매우 빠르며 초당 수천 개의 해시를 계산할 수 있으므로, 이론적으로는 악의적인 행위자가 하나의 블록 해시를 조작한 뒤 그 뒤의 블록 해시를 계산하고 변경하여 위조를 숨길 수도 있습니다. 

합의 메커니즘 

이러한 변조를 막기 위해 각 블록체인은 합의 메커니즘이라 불리는 특정 검증 과정을 사용합니다. 이는 네트워크에서 어떤 일이 일어나기 위해서는 사용자들이 합의 또는 컨센서스를 찾아야 한다는 뜻입니다. 

가장 일반적인 합의 프로토콜은 Proof-of-Work와 Proof-of-Stake입니다. 두 방식 모두에서 노드들은 새 블록이 선택된 승인 메커니즘의 요구사항을 충족하는지 확인해야 체인에 추가할 수 있습니다. 조건이 유효하면 블록은 체인의 일부가 되고, 노드들은 계속해서 더 많은 블록을 추가합니다. 합의가 불가능하면 문제의 원인이 발견되고 해결될 때까지 새 블록 추가 과정은 중단됩니다. 

서로 다른 노드가 서로 다른 블록을 유효하다고 판단하는 경우도 있을 수 있는데, 이때는 가장 긴 체인이 메인 블록체인으로 간주되고 더 짧은 체인은 폐기됩니다. 

모든 계산이 컴퓨터에서 이루어지므로 이 과정은 오래 걸리지 않습니다. 예를 들어 Bitcoin 블록체인에서는 증명을 계산하고 블록을 추가하는 데 약 10분이 걸립니다. 검증 주기가 빠를수록 자산을 변조하기는 더 어려워집니다. 수십만 개의 블록을 포함한 Bitcoin이나 Ethereum 같은 대형 네트워크에서는 체인을 조작하는 것이 거의 불가능합니다.  

대형 블록체인이 위조될 수 있는 유일한 방법은 검증 과정 참여자의 51% 이상이 원장을 다시 작성하기로 결정하는 경우입니다. 이 경우 그들은 어떤 데이터든 입력하고 승인할 수 있으며, 같은 토큰을 이중 지출하거나 체인에서 제거하는 등 거래를 마음대로 처리할 수 있습니다. 

결론 

블록체인 기술은 사람들이 모든 종류의 데이터를 기록할 수 있는 신뢰할 만한 시스템을 만들 수 있게 해주며, 이러한 작업에서 어떠한 권위도 배제합니다. 사용자는 데이터의 진위를 보장하기 위해 오직 데이터와 기술에만 의존합니다. 

전 세계의 다양한 사회 기관들은 블록체인 기술의 힘을 이해하고 이를 도입하기 시작하고 있습니다. 주로 금융기관, 정부, 의료, 기술 분야에서 개인 정보를 안전하게 전송하는 데 사용됩니다.