Pow(Proof of Work)의 문제
지분증명과 위임지분증명 알고리즘에 대해 설명하겠습니다. 작업증명은 일종의 퍼즐을 먼저 맞추는 사람에게 블록을 생성할 수 있는 권한을 주는 합의 알고리즘입니다. 채굴자들은 문제를 더 빨리 풀기 위해 더 계산력이 좋은 장비를 구매합니다. 또한 채굴하는데 사용되는 기기를 한데 모아서 채굴장이라는 것을 운영하기도 합니다.
비트코인 채굴을 위한 장치들을 모아서 운영하는 채굴장의 사진입니다. 이러한 작업증명 합의 알고리즘은 여러 문제를 야기합니다.
첫째는 자원 낭비 문제입니다. 수학적 계산을 위해 컴퓨팅 파워를 많이 사용하기 때문에 에너지가 무의미하게 소비됩니다. 암호화폐 사이트인 디지코노믹스는 전세계적으로 비트코인 채굴에 쓰이는 전기의 양이 세르비아 국가 전체가 사용하는 전기의 양을 넘겼다고 보도했습니다.
계산에 따르면 2020년 11월에는 나머지 지구 전체보다 더 많은 전기를 쓰게 될 수도 있다고 합니다. 둘째로 컴퓨팅 파워가 큰 채굴자의 영향력이 커진다는 문제가 있습니다.
다른 합의 알고리즘
즉, 컴퓨팅 파워를 많이 가지고 있는 채굴자가 비트코인의 생성에 관여하며 이를 컨트롤할 수 있게 됩니다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 다양한 종류의 합의 알고리즘들이 새롭게 출현하였습니다. 각각의 알고리즘들에 대해서 간략히 소개해드리면, 지분 증명 (Proof of Stake)은 자신이 갖고 있는 암호화폐의 양에 따라서 블록을 생성할 권한을 주는 것입니다.
위임 지분 증명 (Delegated Proof of Stake)은 지분으로 블록을 생성할 권한을 주지만, 위임된 몇몇의 참여자만 생성할 수 있도록 제한하는 것 입니다. 권위 증명 (Proof of Authority (PoA))은 네트워크에서 자신의 평판/기여도에 따라서 블록을 생성할 권한을 부여하는 것입니다.
이뿐만 아니라 다양한 합의 알고리즘들이 제안되었고 계속 생겨나고 있습니다
PoS (Proof of Stake)
이 방식에서는 채굴이 일어나지 않기 때문에 채굴자가 존재하지 않고, 검증자(validator)가 존재합니다. 검증자가 되기 위해서는 각 참여자들이 일종의 보증금을 지불합니다. 얼마의 지분을 스테이킹(Staking)했냐에 따라 검증자가 선택되며, 더 많은 지분을 보유하고 있을수록 검증자로 선택될 확률이 높습니다
검증자는 자신이 가진 지분(Stake)에 비례한 확률로 블록을 생성할 권한을 얻게 되고, 블록을 생성한 후에는 자신이 원하는 체인에 블록을 연결하여 그에 대한 보상을 받습니다. 즉, 자신이 보유하고 있는 코인 중에 일정 부분을 스테이킹 하기만 하면 보상을 받을 수 있습니다. 따라서 지분 증명 알고리즘은 자신이 스테이킹한 코인에 대해서 이자를 주는 방식이라고 생각합니다.
지분 증명은 작업 증명처럼 블록생성을 위해서 컴퓨팅 파워를 소모할 필요 없기 때문에 에너지 비용이 절감된다는 점이 있습니다. 그리고 PoW는 컴퓨팅 자원을 많이 소유하고 있는 노드들에 의해 네트워크가 통제되는 중앙화의 문제가 있습니다. PoS는 지분에 비례하여 블록생성의 권한을 얻기 때문에 중앙화 위험이 비교적 감소한다는 점이 있습니다.
또한 최종성(Finality)을 부여해 이미 체인에 연결된 블록들이 변경되기 힘듭니다. 마지막으로 공격자의 악의적인 행동이 발각되면 모든 자산을 0으로 만드는 패널티를 부여해 공격이 일어나지 못합니다. 이러한 장점들은 작업 증명의 단점을 보완합니다. 이와 같은 장점들로 인해서 이더리움은 현재 사용하고 있는 작업 증명 방식의 합의 알고리즘을 지분 증명 방식의 합의 알고리즘으로 변경할 계획을 가지고 있고, 조만간 변경될 예정입니다.
지분 증명을 사용하는 대표적인 블록체인으로는 퀀텀, 스트라트, 엔엑스티, 아더코인 등이 있습니다. 그리고 이더리움 재단은 합의 알고리즘을 PoS로 전환하기 위한 Ethereum 2.0 로드맵을 공개했습니다.
PoW와 PoS 비교
PoW는 강력한 보안성을 바탕으로 서비스가 남용되는 것을 쉽게 방지할 수 있는 장점이 있습니다. 하지만 채굴 비용이 크기 때문에 개인 채굴자는 채굴할 수 없는 수준까지 도달하였습니다. 이 때문에 채굴자들끼리의 단합을 주의해야하는 문제가 있습니다.
이와 달리 PoS는 경제적이며 친환경적인 합의 알고리즘입니다. PoS는 PoW와 달리 블록 생산자의 탈중앙화의 안정성을 확보해주는 장점이 있습니다. 하지만 PoS는 코인 보유량에 따라 블록을 생성한 보상을 받기 때문에 모든 참여자들이 이자를 받기 위해 코인을 보유하기만하여 유통량이 감소할 수도 있는 문제가 있습니다.
또한 검증되지 않은 합의 알고리즘으로 보안성에 대해 확신할 수 없는 단점이 있습니다. 위임 지분 증명은 자신이 가진 지분을 이용해 블록 생성을 위한 투표를 한다는 점에서 지분 증명과 원리가 같습니다.
위임 지분 증명이란
지분 증명을 직접 민주주의라고 한다면 위임 지분 증명은 간접 민주주의라고 할 수 있습니다. 지분증명(PoS)는 자산을 가진 사람들이 전부 참여하여 자신의 권리를 직접 행사하는 방식이라면, 위임지분증명(DPoS)는 투표를 통해 대표를 선출하고, 선출된 대표자들에게 권한을 위임하는 것입니다. 여기서 말하는 대표자는 검증자(validator)를 의미합니다.
지분 증명 방식은 많은 사람들이 투표에 참여하기 때문에 블록을 생성하는데 시간이 오래 걸립니다. 하지만 DPoS는 지분을 가지고 있는 사람들이 뽑은 소수의 대표들만 투표를 진행하기 때문에, 블록이 빠르게 생성됩니다. 즉, 위임 지분 증명은 네트워크 상의 검증자 수를 제한하여 높은 수준의 확장성을 제공하는 지분 증명의 변형입니다. 검증자의 수는 위임 지분 방식을 채택하는 블록체인마다 차이가 있습니다.
위임 지분 증명을 사용하는 대표적인 블록체인으로는 스팀, 이오스, 아크, 리스크 등이 있습니다. 이전 슬라이드에서 설명한대로 각 블록체인은 검증자의 수가 다릅니다. 스팀과 이오스는 검증자의 수가 21개로 정해졌고, 아크는 51개, 리스크는 101개로 정해져 있습니다.
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