코인

코인과 토큰을 국가와 도시로 비유하면 코인은 국가다.
하나의 독립된 국토와 언어, 화폐 등을 갖추고 있다.

각 코인은 다양한 채굴(Mining) 방법으로 구분된다.

메인넷

코인이 될 수 있는 요건인 ‘국가’를 블록체인에서는 ‘메인넷’이라고 부른다.
메인넷은 독자적인 구조와 시스템을 갖춘 블록체인 네트워크다.
널리 알려진 비트코인, 이더리움은 각각 자체 메인넷을 갖추고 있다.
이 메인넷에서 사용되는 대표적인 가상자산을 바로 ‘코인’이라고 부른다.

채굴(Mining)

• 채굴은 블록체인 네트워크에 노드로 트랜잭션을 검증하여 분산원장을 기록하고, 보상으로 암호화폐를 얻는 것을 뜻하며 땅을 파서 광물 따위를 캐내는 행위에서 유래한 용어이다.
• 새로운 블록을 만드는 것이 바로 채굴의 핵심이며 특정 컴퓨터 연산 작업을 통해 만들어진다.

  비트코인:
  10분에 한 번씩 일정량의 블록이 생성이 되는데 이때 채굴에 참여한 작업자 중 해시 퍼즐이라는 문제를 푼 작업자에게 보상으로 비트코인을 지급한다.

• 블록체인 기반의 암호화폐에서 새로운 블록을 생성하고 그 대가로 암호화폐를 지급받는 노드들이 바로, 채굴자(Miner)이다.

  해시 퍼즐:
  특정한 조건을 갖춘 해시를 찾아내는 일련의 과정을 말한다.

채굴자가 하는 일 (비트코인)

채굴(Mining)을 하는 개인은 블록체인 네트워크를 유지함으로써 이익을 얻을 수 있다.

노드(Node)가 비트코인 네트워크에 접속하면, 비트코인 채굴자는 아래와 같은 작업을 수행한다.

• 네트워크 동기화
  새 노드는 비트코인 네트워크에 합류한 이후, 다른 노드에게 과거의 블록들을 요청해 블록체인을 다운로드 한다.
• 트랜잭션 검증
  새로운 트랜잭션(거래 기록)을 수신한 노드는 반드시 해당 트랜잭션이 올바른 트랜잭션인지 검증하는 과정이 필요하다.

  비트코인에서 트랜잭션을 검증하는 단계

  1. 원본 데이터를 자신의 개인키로 암호화를 진행하여 디지털 서명을 진행
  2. 원본 데이터와 디지털 서명된 데이터를 노드에 전파
  3. 트랜잭션을 받은 노드는 해당 트랜잭션이 진짜인지에 대한 검증을 위해 트랜잭션을 송신한 노드의 공개키를 이용하여 복호화 진행
  4. 거래 데이터와, 원본 데이터를 비교하여 수정된 데이터가 있는지 데이터의 무결성을 검증
  5. 수신 받은 트랜잭션이 진짜 거래로 판단될 경우 블록체인에 해당 트랜잭션을 업데이트하고 블록체인 네트워크에 연결된 노드들에게 해당 트랜잭션을 다시 전파

• 블록 유효성 검사
  채굴자와 풀 노드는 특정 규칙에 따라 수신한 블록을 평가하여 유효성 검사를 시작한다.
• 새로운 블록 생성
  채굴자는 네트워크에 브로드캐스팅된 트랜잭션의 유효성을 검사한다.
• 작업 증명(PoW) 수행
  채굴 과정의 핵심으로 채굴자가 해시 퍼즐을 풀어 유효한 블록을 찾는다.
  채굴자는 블록 헤더에 있는 논스(Nonce)를 사용하여, 논스 값을 계속 바꿔가며 결과 해시값이 설정된 목표 값보다 작을 때까지 반복 계산한다.

  논스(Nonce)라는 단어는 크게 두개의 다른 의미
  블록 헤더의 논스(Nonce): 해시 함수의 입력값 중의 하나로하여 계산되는 블록의 해시값이 특정 숫자보자 작아지게 하는 값으로 쓰인다.
  트랜잭션의 논스(Nonce): 이더리움에서 쓰이는 발신 주소의 속성으로, 이중지불문제 방지를 위해 도입되었다. 해당 주소에서 발생한 트랜잭션 건수를 세어서 동적으로 계산되는 값으로 쓰인다.

• 보상 수령
  해시 퍼즐의 해를 구한 노드는 즉시 결과를 다른 노드에 전파하고, 다른 노드들은 그 결과를 검증하여 그 블록을 승인한다.
  승인되면 채굴자는 비트코인과 관련된 트랜잭션 수수료를 보상으로 받는다.

채굴 보상

해시 퍼즐(PoW)의 해를 구한 노드는 즉시 결과를 다른 노드에 전파하고, 다른 노드들은 그 결과를 검증하여 블록을 승인한다.
승인 된 보상으로 채굴자는 비트코인과 해당 트랜잭션 수수료를 보상으로 받는다.

비트코인 경우 작업증명(PoW)의 해를 구하는 시간으로 10분이 소요되도록 알고리즘이 형성되어 있기 때문에, 더 많은 채굴자들이 등장하고, 채굴이 빠르게 될수록, 채굴 난이도가 상승하게 되어있다.

보상 역시 지속해서 감소한다.반감기로 인하여 “2009년 초반에는 블록 하나를 생성할 때마다 50개의 비트코인을 보상으로 받을 수 있었지만, 2018년에는 12.5개의 비트코인을 블록 보상으로 받을 수 있는 등” 시간이 지나면 지날 수록 블록 보상에도 변화가 생긴다.
결과적으로 비트코인의 총 공급량은 약 2100만개가 되며, 그에 따른 희소성 가치가 부각될 것입니다.

거래(Transaction) 수수료

거래 수수료란, 채굴자들이 특정 거래 기록들을 블록에 포함시켜서 블록체인에 추가할 수 있도록 제공되는 인센티브이다.
트랜잭션을 승인하는데 도움을 제공하거나 악의적인 노드의 공격으로부터 네트워크를 보호하는데 일조한 채굴자와 검증자에게 보상으로 지급한다.

대부분의 암호화폐는 두 가지 중요한 이유에서 트랜잭션 수수료를 사용한다.

• 네트워크상의 악의적인 공격(스팸) 방지
  거래 수수료는 대규모 스팸 공격과 이를 실행하는 데 무척 많은 비용이 들도록 한다.
• 채굴자에게 인센티브를 제공
  네트워크를 원활하게 유지하는 것에 대한 보상이라고 할 수 있다.

거래 수수료는 합리적인 수준으로 책정이되지만, 네트워크 트래픽에 혼잡도가 발생하고, 트랜잭션이 많아지면, 수수료 역시 증가할 수 있습니다.
지불하고자 하는 수수료 량에 따라 해당 트랜잭션이 다음 블록에 추가되는 우선 순위가 정해진다.
더 많은 수수료를 지불할수록, 트랜잭션 검증 과정이 빨라진다.

비트코인 반감기

블록 21만 개가 쌓일 때마다, 시간으로 환산하면 대략 4년 주기로 비트코인 채굴에 대한 보상 금액이 절반으로 줄어든다. 이 시기를 반감기라고 한다.
반감기가 도래해 블록 보상이 절반으로 줄어들면 디플레이션이나 인플레이션이 발생할 수도 있다는 것이다.
디플레이션: 비트코인으로 제품이나 서비스를 살 수 있는 구매력이 줄어든다.
인플레이션: 비트코인으로 구매할 수 있는 제품이나 서비스의 가격이 증가한다.

비트코인 반감기가 있는 이유

나가모토가 얼마나 많은 사람이 비트코인을 이용하게 될지 예측하지 못했다. 그래서 반감기 공식을 적용한 이유에 설명이 없다.
언급은 한문장이 전부

코인은 어떻게든 초기에, 일정한 비율로 분배하는 것이 최선이라고 생각한다.”

현재 통화(달러)는 통화량을 변경 할 수 있으나 비트코인은 공급 스케줄이 정해져있고, 통화 정책이 이미 코드에 기록되어 공유돼있다.
바꾸러면 비트코인 커뮤니티 전체의 협의와 동의 절차가 필요하다. 사실상 불가능하다.

그러므로 비트코인 공급량은 총 2100만개로 그로 인해 반감기를 통해 채굴에 대한 보상금액을 줄여 비트코인 공급량을 조절하려는 것 같다.
반감기 후 2012년, 2016년을 보면 비트코인 가격이 상승한 것을 볼 수 있다.
보상금액이 줄어 비트코인 받는 갯수가 줄어 가치가 상승하는 것으로 보인다.

4년마다 절반씩 줄어드는 채굴로 인한 블록 보상은 언젠가는 완전히 없어질 것이다. 비트코인 공급량이 정해져있어 거래 수수료로 블록 보상을 대체하려 한다.

해시율(Hashrate)

해시율은 기본적으로 초당 해시 계산 개수 비율을 나타낸다.
비트코인 네트워크 상의 채굴자들이 블록을 찾기 위해 해시를 계산하는 속도라고도 할 수 있다.

초기 비트코인에서 해시율은 대부분 채굴에 개인의 CPU 자원이 사용되었기에 꽤 낮았다.
전문 마이닝 풀과 ASICs(Application Specific Integrated Circuits)와 같은 채굴기가 도입되며, 해시율은 기하급수적으로 증가했다.
이 결과 비트코인 난이도 역시 급격하게 증가했다.

Ex. 150m TH/s는 15,000,000,000,000,000,000 개의 해시값이 초마다 계산됨을 의미

TPS(Transaction per Second)

TPS란, 1초당 처리할 수 있는 트랜잭션의 개수를 의미하며, 100만 TPS는 1초당 100만 건의 트랜잭션을 처리할 수 있는 속도를 말한다.

원장이 분산화되고, 참여 노드가 증가할수록 TPS는 느려지고, 수수료는 증가한다.
중앙화를 통해 TPS를 높일 수 있으나, 그 경우 블록체인의 원래 목적인 탈중앙화라는 가치가 훼손된다.
이러한 역설을 블록체인의 트릴레마다. 트릴레마 문제를 해결하고자 많은 프로젝트들이 치열한 경쟁을 하고 있다.

채굴 방법 - 합의 알고리즘

작업 증명(PoW, Proof of Work)

유효한 블록을 만드는 데 충분한 계산 자원을 소모했다는 증명이다.
PoW는 어떤 트랜잭션이 발생했을 경우 해당 트랜잭션이 유효한 트랜잭션인지에 대한 검증과, 새로운 블록이 진짜인지, 가짜인지에 대한 검증을 수행한다는 특징을 갖고 있다.

PoW방식의 코인: 비트코인, 라이트코인, 비트코인 캐시

논스를 찾는 방법 (비트코인에서 작업증명)

• 비트코인에서는 해시 함수로 SHA-256 방식을 이용하는데, 결과값이 특정한 조건을 만족하기 위해서는 무작위의 논스값을 대입하는 방법이 논스를 찾는 방식이다.
• 컴퓨터의 계산 능력이 필요하며, 서로 다른 컴퓨터가 같은 문제를 풀기위해 경쟁한다.
• 해시 파워가 높을수록 원하는 값을 얻기 유리하지만, 엄청난 금액의 채굴기와 전기료를 감당해야 한다.
• 특정 조건을 만족하는 값을 찾은 채굴자는 블록을 즉시 네트워크에 전파하고, 다른 채굴자들은 블록을 승인한다.

PoW 장점

• 가장 큰 장점은 높은 보안성이다.
• 블록체인의 취약점으로 알려진 51% 공격을 손쉽게 방어 할 수 있습니다. 악의적인 공격자가 악성(스팸) 공격을 성공시키기 위해서 51% 이상의 컴퓨팅 파워를 확보해야 하지만, 현실적으로 작업 증명에서 51%이상을 획득하는 것은 천문학적인 비용이 발생하기 때문에 발생하기 매우 어렵다.

PoW 단점

• 채굴 난이도가 높아지면서 개인 채굴자는 채굴을 할 수 없는 수준까지 도달했습니다.
• 연산에 필요한 고사양 장비가 필요하게 되고, 과도한 전력소모로 인해 에너지 낭비 역시 커졌다.
• 이러한 구조로 기업형 채굴자가 등장했으며 단합으로 채굴권이 집중되는 문제가 발생하게 되고, 탈 중앙으로부터 멀어질 수 있다.

  비트코인 채굴에 소모되는 전력량
  연간 약 48테라와트시로 추정됨. 페루, 홍콩을 넘어 싱가포르의 연간 전력에 비슷한 수치.

비트코인 채굴 알고리즘

1. 비트코인 네트워크로부터 이전 블록의 헤더를 얻는다.
2. 네트워크 상에서 발생한 트랜잭션 묶음을 블록에 넣는다.
3. 이전 블록 헤더값의 해시를 계산하고 논스와 조정해가며 해시 퍼즐을 푼다.
4. 결과 해시값이 현재의 타겟 난이도보다 낮은지 비교한다.
5. 결과 해시값이 현재의 타겟 난이도보다 높지않다면, 위 과정을 반복하며 논스 값을 증가시킨다.
6. 결과 해시값이 현재의 타겟 난이도보다 낮다면, 블록을 네트워크에 전파하고, 보상을 받는다.

지분 증명(PoS, Proof of Stake)

• PoS는 컴퓨팅 파워 낭비가 심한 PoW와 달리, 자신의 지분(Stake), 즉 스테이킹(Staking)한 자산을 통해 블록을 생성하게 된다.
  주주총회에서 주식 지분율에 비례하여 의사결정 권한을 가지는 것과 유사하다.
  지분의 크기에 비례해 다음 블록의 검증 노드로 선택될 확률이 결정되며, 블록 생성 권한과 거래 수수료를 보상으로 받게 된다.

• PoS는 네트워크 참여자 모두가 블록을 검증할 수 있는 기회를 갖게되는 방식인데, 가지고 있는 지분이 많으면 많을 수록 블록 검증 기회를 더 많이 얻을 수가 있다. 가지고 있는 재산에 비례하여 보상이 주어지게 되는 것입니다.

• 스테이킹(Staking)한 자산을 통해 블록을 생성하면 되기때문에 비싼 하드웨어가 필요하지 않고 전기를 많이 소모하지 않으며, 자산이 묶여있기 때문에 다른 코인으로 이탈할 가능성도 적다고 할 수 있다. 그 이유는 오랜 기간 코인을 보유해야 하는 조건 때문이다.

PoS 장점

• 환경 친화적 시스템
  PoW와 대조적으로 에너지 소모가 적다.
• 인센티브에 대한 강한 동조 및 지지
  PoW 방식의 문제점 중 하나는 해시율(Hashrate)를 임대할 수 있다는 점이다. 이에 따라, 채굴자 - 암호화폐 보유자 간 이해관계가 일치하지 않을 수도 있다.
  지분증명(PoS)방식은 이와 다르게 검증자를 직접적으로 암호화폐에 투자하게 만들고, 그에 따라 검증인 - 암호화폐 보유자의 이해관계가 같아지게 되는 특징이 있다.
• 채굴 풀의 중앙집중화를 해결
  현재 PoW는 소수의 채굴풀에 해시가 집중 되는 방식이라, 탈중앙화 시스템내에서 또다른 중앙화를 야기하고 있다. PoS가 보다 더 탈중앙화에 적합한 대안일 수 있다.

PoS 단점

• 불안전한 해결책
  PoS방식 시스템은 체인 선택에 대한 해결책만을 제시했다. 그 외 나머지 문제점들에 대한 해답을 아직까지는 제시하지 못했다.
• 불공평한 경제 모델
  암호화폐 보유량에 비례하는 운영되는 방식은 소수의 사람들에게 자금이 집중될 수 있다.
• Nothing at Stake Problem
  PoS 방식의 가장 큰 문제점은 Nothing at Stake입니다.

  Nothing at Stake
  위험에 노출되지 않는다는 문제를 뜻하며, 블록 생성자가 네트워크 분기가 될 때 위험에 처하지 않다는 것을 뜻한다.
  쉽게 풀어 설명하면, “회사 사장님을 때려도 직장을 계속 다닐수 있는 문제”라는 재미있는 비유가 있다.
  우리가 회사에서 사장님을 때리지 않는 이유는 그런 행동을 했을 경우에 직장에서 해고될 수 있는 위험에 노출되고, 이러한 위험이 억제의 요소로 작용하는 것인데, PoS에서는 이러한 억제가 작용하지 않을 수 있다.

  Nothing at Stake Problem 예시
  PoS 방식에서는 모든 노드들이 제한없이 여러 블록에 자신의 지분을 증명할 수 있다.
  만약 하나의 거래에서 서로 다른 거래 내용이 발생한 경우 많은 지분을 가진 노드가 공격을 목적으로 두 개의 블록에 모두 증명을 해놓고, 거짓인 체인임에도 마치 참인 것처럼 길게 체인을 형성시킬 수 있다.
  이때, 블록에 새로 참여한 검증자는 어느 체인이 정당한 블록체인인지 알 수 있는 방법이 없다.

이더리움이 PoW -> PoS로 전환하는 이유

이더리움 개발팀은 PoW에서 PoS로의 전환을 용이하게 하기 위해서 한번에 전환하는 방식이 아닌 단계적 전환을 택했다.
일부분을 먼저 PoS로 전환 하고, 점차 그 비중을 늘리는 방식을 선택했다. 그 과정에서 난이도 폭탄(Difficulty Bomb)이 터지도록 설정하여, PoW로 얻을 수 있는 양이 단계적으로 줄어들 수 있게 설계했니다.
캐스퍼(Casper)라는 이름으로 PoW에서 PoS 전환 업그레이드를 진행합니다.

캐스퍼 프로젝트
이더리움의 합의 알고리즘인 PoW를 PoS로 전환하는 것을 목표로 하는 프로젝트이다.
캐스퍼 네트워크는 캐스퍼 CBC 사양으로 구축된 최초의 라이브 베팅 증명(PoS) 블록체인이다.

캐스퍼가 기존의 PoS와 다른점
캐스퍼 PoS 작동 방식의 핵심 중 하나가 악의적인 검증인들을 처벌하는 기능이다.
검증인들이 Nothing at Stake 문제와 같이 악의적인 행위를 하면 처벌(증인들이 스테이킹한 지분을 차감)을 받게 된다.

위임 지분 증명(DPoS, Delegated Proof of Stake)

• 암호화폐 소유자들이 각자의 지분율에 비례하여 투표권을 행사하여 대표자를 선정하고, 선정된 대표자들끼리 합의하여 의사결정을 내리는 합의 알고리즘이다.
• 지분 증명(PoS)이 자산을 가진 사람들이 전부 참여할 수 있는 방식이라면, 위임 지분 증명(DPoS)은 특정 인원에게만 지분 증명(PoS)을 할 수 있도록 권한을 위임하는 것이다.
• 특정인 몇 명만이 블록을 생성하여 증명할 수 있는데, 이는 국민의 대표로 의원을 뽑아 의회를 구성하는 대의 민주주의 제도와 유사하다.
• DPoS 방식은 PoS 방식과 달리 참여자 모두에게 검증자의 기회가 주어지지 않는다.
• 선출된 대표자들은 블록을 생성하고, 블록을 확정하기 위해서는 2/3 이상의 승인이 필요하다.

DPoS방식의 코인: 스팀, 비트셰어, 엘프, 리스크, 테조스, 라이즈, 아크, 시프트, 보스코인

DPoS 장점

• 소규모 참여자도 이득을 볼 수 있음
• 빠른 거래 속도(TPS)
• 합의를 해야하는 주체가 적으므로 같은 시간에 훨씬 더 많은 거래를 처리할 수 있고 수수료도 거의 없다.

DPoS 단점

• 네트워크 보안
  블록체인은 탈중앙화 되어 강력한 보안성을 지닌다는 특징을 가지고 있는데, DPoS 방식의 경우에는 지분을 위임받은 대표자들의 수가 제한되어 있기 때문에 보안에 취약할 수 있다.
  DPoS의 경우에는 대표자를 선출할 때 대표자에 대한 정보를 밝혀야 하는데, 이는 블록체인의 익명성 특징에 반한다는 딜레마를 가지고 있다.
• 대표자의 수
  네트워크가 커짐에도 불구하고 대표자의 수가 일정하다면 상대적인 중앙화가 이루어질 수 있기 때문에 암호화폐를 보유하고 있는 사람들의 수가 많아질수록, 네트워크가 커질수록 대표자의 수는 늘어나야 한다.
  하지만 이렇게 대표자의 수가 증가하면 반대로 위임지분증명이 가지고 있는 속도의 장점이 줄어들게 되는 문제가 발생한다.