작업 증명(PoW)은 비트코인 분산 원장의 보안과 신뢰성을 기본 수준에서 보장하는 기둥입니다. 이 합의 메커니즘의 첫 번째 종류는 1993년 해시캐시가 등장하면서 네트워크에 확고하게 내장되었습니다. Moni Naor와 Cynthia Dwork는 해시캐시를 사용하여 스팸을 줄이고 서비스 거부(DoS) 공격에 맞서 싸우는 발명품을 소개했습니다.
합법적인 활동을 장려하기 위해 사용자가 계산 작업 수행을 조정하고 컴퓨터 시간을 사용하여 서비스를 요청하고 악의적인 활동을 방지하도록 하는 솔루션을 제공했습니다.
PoW는 네트워크 보안과 무결성의 기초이므로 비트코인은 PoW 없이는 존재할 수 없습니다. 그럼에도 불구하고 그것이 어떻게 작동하는지 이해하는 것은 네트워크 플레이어와 비트코인 소유자에게 무엇보다도 중요합니다.
PoW를 검토하면 다음과 같은 중요한 질문이 제기됩니다. 왜 그렇게 많은 에너지를 사용합니까?
거래를 어떻게 보호할 수 있나요? 지분 증명(PoS)과 같은 다른 시스템 중에서 얼마나 독특합니까? 본 백서에서는 PoW의 장점과 단점, 그리고 비트코인 생태계에서 없어서는 안 될 부분을 포함하여 PoW에 대해 논의할 것입니다.
작업 증명의 메커니즘
PoW는 중앙 권한을 제거하여 비트코인 네트워크의 분산된 운영을 보장하고 비트코인 네트워크의 핵심에서 거래 검증을 보장합니다. 나카모토 사토시(Satoshi Nakamoto)의 2008년 백서는 비트코인의 기능이 PoW를 기반으로 하는 방법을 설명했습니다.
거래 검증
비트코인 거래는 거래가 이루어질 때 다른 거래와 함께 ‘블록’으로 묶입니다. 이 블록과 관련된 암호화 퍼즐에 대한 해결책은 광산이 계산 리소스를 사용하여 해결할 수 있는 능력입니다. 퍼즐이 해결되면 광부는 거래에서 일정 금액의 블록체인 기본 통화를 ‘임금’으로 난독화한 다음 해당 블록을 블록체인에 추가하여 거래의 신뢰성을 보장합니다.
채굴 과정
채굴에서는 단일 해시 값을 찾기 위한 계산을 수행하는 데 많은 하드웨어 성능이 사용됩니다. 그러나 이 프로세스는 계산 집약적이며 원하는 결과를 얻으려면 많은 에너지와 보완 능력이 필요합니다.
보안 보증
악의적인 행위자를 매력적이지 않게 만드는 중요한 요소는 PoW 퍼즐의 계산 난이도입니다. 체인의 블록을 변조하는 것은 거의 불가능합니다. 왜냐하면 그렇게 하려면 해당 블록과 후속 블록에서 PoW를 다시 실행해야 하기 때문입니다.
비트코인 보안에서 작업 증명의 역할
비트코인은 보안 및 잠금 해제 기능을 통해서만 존재할 수 있으며, 이를 위해서는 분산된 채굴자 네트워크와 암호화 퍼즐이 필요합니다.
암호화 퍼즐 및 광부
마찬가지로, 광부 역할을 하는 사람은 다른 사람의 거래를 검증하기 위해 복잡한 암호화 문제를 만듭니다. 이러한 퍼즐의 계산 밀도는 어떤 개인이나 집단도 쉽게 장난을 치고 프로세스를 장악할 수 없음을 의미합니다.
블록체인에 새 블록 추가
채굴자는 퍼즐을 한 번 풀어 블록체인에 거래 블록을 추가할 수 있는 권리를 얻습니다. 그런 다음 업데이트된 원장이 네트워크에 방송되어 모든 참가자가 조화롭게 유지됩니다.
블록체인은 조작되지 않습니다
PoW의 구조상 과거 거래를 변경하는 것은 거의 불가능합니다. 단일 거래를 엉망으로 만들려면 공격자는 영향을 받은 블록과 그 이후의 모든 블록에 대해 PoW를 다시 실행해야 합니다. 그러한 시도는 비용이 너무 많이 들고 불가능할 가능성이 높습니다.
PoW의 이러한 세부 사항은 비트코인의 성공에 있어 이것이 중요한 부분을 강조합니다. 컴퓨팅 강도와 에너지 소비가 문제이지만 PoW는 비교할 수 없는 보안과 분산화를 제공하므로 여전히 비트코인 네트워크의 기본 구성 요소입니다.
작업 증명 탐색: 장점, 과제 및 솔루션
분산 채굴의 역할
분산 채굴의 핵심인 작업 증명(PoW)은 여러 위치에서 채굴 작업이 광범위하게 진행되도록 보장합니다. 이 방법을 사용하면 어느 누구도 비트코인 보안의 핵심 구성 요소인 블록체인을 제어할 수 없으며 통화를 매우 신뢰할 수 있고 신뢰할 수 있게 만듭니다.
작업 증명의 주요 이점
1. 이중지출 완화
PoW의 가장 큰 장점 중 하나는 이중 지출을 강력히 방지한다는 것입니다. PoW는 거래가 네트워크 외부에서 소비되기 전에 복잡한 수학적 퍼즐을 풀어야 하는 채굴자에게 계산 관리 부담을 제공함으로써 합법적인 거래를 검증하는 데 필수적입니다.
2. 공격에 대한 슈퍼 방어
PoW는 51% 공격에 대한 보안을 강력하게 만듭니다(물론 불완전하긴 하지만). 처음에 네트워크의 채굴 능력 대부분을 제어하려면 공격자가 완전히 엄청난 양의 재정적 및 계산 리소스가 필요하므로 이는 완전히 비실용적입니다. 이는 블록체인을 보호하고 탄력성을 강화합니다.
3. 통제의 분산화
PoW가 지원하는 분산형 구조는 컴퓨팅 자원이 충분한 개인이라면 누구나 채굴 프로세스에 참여할 수 있기 때문에 지원될 수 있습니다. 이러한 포괄성을 포착하여 메이의 중앙 권위는 네트워크를 지배하여 블록체인 전반에 걸쳐 신뢰성과 투명성을 높일 수 있습니다.
작업 증명 과제
1. 확장성의 한계
비트코인 네트워크는 초당 약 7개의 거래만 이동할 수 있는데, 그 이유 중 하나는 P.o.W. 블록을 생성하는 데 시간이 너무 오래 걸립니다(약 10분). 이러한 설계 선택은 피크 시간대에 지연, 확인 시간 연장, 수수료 증가로 이어질 수 있습니다.
2. 중앙화의 위험성
PoW는 분산을 추구하지만 채굴자 풀도 표면화되어 중앙 집중식 위험을 제공합니다. 이러한 풀이 네트워크의 해시 속도를 충분히 관리하면 블록체인의 보안과 분산화가 손상될 수 있으므로 조직적인 공격이 가능해집니다.
과제 해결
PoW의 과제를 완화하려는 노력으로 비트코인 네트워크의 확장성과 분산화를 개선하기 위한 혁신적인 솔루션이 탄생했습니다.
레이어 2 솔루션: 확장성이 더욱 중요해짐에 따라 더 많은 비트코인 DeFi 프로젝트가 레이어 2(L2) 기술을 사용하여 문제를 해결합니다. 이러한 오프체인 트랜잭션을 종료하면 기본 블록체인 트랜잭션 로드가 줄어들어 혼잡이 완화되고 효율성이 높아집니다.
라이트닝 네트워크: L2 결제 프로토콜을 통해 사용자는 L2를 결제하고 노드를 개별적으로 사용하여 오프체인 거래를 처리할 수 있습니다. 더 빠르고 저렴한 거래를 통해 라이트닝 네트워크는 모든 사람에게 도구를 제공하는 동시에 채굴 풀 중앙화의 위험을 최소화합니다.
성숙기에 대한 알려진 기간이 없는 비트코인과 같은 새로운 자산의 경우, 이러한 발전은 보안 및 분산화의 핵심 원칙을 유지하면서 작업 증명의 본질적인 한계를 극복하는 새로운 방법을 찾음에 따라 비트코인 생태계의 성격이 변화하고 있음을 나타냅니다.
작업 증명(PoW)과 비교 합의 메커니즘이 환경에 미치는 영향
PoW의 에너지 사용 및 환경 문제
작업 증명(PoW)은 높은 전력 사용과 환경 영향으로 인해 비판을 받아왔습니다. 이러한 높은 에너지 수요는 어떻게 창출됩니까?
컴퓨팅 및 하드웨어 요구 사항
PoW 퍼즐을 해결하려면 상당한 에너지를 소비하므로 컴퓨팅 성능이 필요합니다. 마이너는 은행과 달리 복잡한 알고리즘을 효율적으로 해결하는 데 특화된 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)과 같은 하드웨어를 사용하는 마이너가 사용합니다. 그러나 더 많은 참가자가 채굴 과정에 참여하게 되며, 이는 경쟁이 소비되는 총 에너지를 증가시킨다는 것을 의미합니다.
탄소 배출 및 전자 폐기물
비트코인 채굴로 인해 상당한 탄소 배출이 발생하며, 일부 경제학자가 주장하는 것처럼 비트코인이 일부 국가만큼 많은 에너지를 소비한다면 그 수치는 10배 증가합니다. 2021년 비트코인의 에너지 사용량 추정치는 아르헨티나와 같은 국가의 에너지 사용량과 동일하다고 추정했습니다. 게다가 채굴 장비는 속도가 매우 빠르고 노후화되어 전자 쓰레기가 많이 발생하여 환경을 더욱 악화시킵니다.
지속 가능성을 향한 단계
광산 운영 역시 탄소 영향을 줄이기 위해 재생 에너지를 채택하고 있습니다. 지분 증명(PoS)은 에너지를 많이 소비하는 합의 메커니즘인 작업 증명(PoW)에서 벗어나려는 이더리움의 시도입니다. 이는 지속 가능성에 대한 인식을 높이고 환경을 점검하기 위한 블록체인 업계의 더 많은 노력을 보여줍니다.
PoW와 대체 합의 메커니즘 비교
지분 증명(PoS) 및 위임된 지분 증명(DPoS)과 같은 다른 합의 메커니즘과의 유사점과 차이점은 무엇입니까? 각각은 서로 다른 장점과 장단점을 제공합니다.
작업 증명(PoW)
장점:
보안: PoW에는 상당한 양의 리소스가 필요하고 계산 능력이 부족하기 때문에 블록체인을 변경하는 것은 악의적인 행위자에게 매우 리소스 집약적입니다.
분산화: PoW는 필요한 하드웨어를 가진 사람이라면 누구나 참여할 수 있는 분산형 네트워크를 가능하게 합니다.
단점:
에너지 소비: PoW는 환경 문제를 야기하는 높은 에너지 수요를 가지고 있습니다.
확장성 과제: 사용되는 시간과 리소스로 인해 트랜잭션 처리 속도와 확장성이 제한됩니다.
지분 증명(PoS)
이러한 방식으로 PoS 검증자는 자신이 소유하고 스테이킹한 토큰 수를 기준으로 선택하므로 네트워크를 불안전하지 않게 보호하는 동시에 에너지 요구 사항을 줄이는 데 도움이 됩니다.
위임된 지분 증명(DPoS)
DPos는 또한 검증자를 고용하여 에너지 소비를 줄이기 위해 PoW 전송보다 빠른 투표 시스템을 사용합니다. 이러한 합의 메커니즘을 기반으로 이해관계자는 블록체인 기술의 보안, 효율성 및 환경 지속 가능성 간의 균형을 평가할 수 있습니다.
작업 증명(PoW) 메커니즘을 사용하는 주요 암호화폐
암호화폐 시가총액의 60% 이상이 PoW 기반입니다. 그중 특히 주목할만한 몇 가지 네트워크는 이 합의 모델을 사용하여 차별화되었습니다.
비트코인:
세계에서 가장 안전하고 분산화된 PoW 시스템인 비트코인의 성공은 주로 제작자 Satoshi Nakamoto의 혁신적인 설계 덕분입니다. 열쇠 비트코인 PoW 프레임워크의 속성은 강력한 보안을 보장하는 것 이상입니다. 경제 모델도 지속 가능합니다.
라이트코인:
라이트코인은 2011년에 포크로 출시되었습니다. 이는 비트코인의 복제품이지만 일부 PoW는 원래 네트워크에서 채택되었습니다. 라이트코인은 시가총액 기준으로 강력한 암호화폐인 “비트코인의 금에 대한 은”입니다.
도지코인:
2013년에 출시된 밈 기반 암호화폐인 도지코인(Dogecoin)은 라이트코인 기반의 PoW 알고리즘을 사용합니다. Dogecoin과 Litecoin은 Bitcoin보다 더 빠른 거래를 수행할 수 있지만 네트워크 아키텍처가 다르기 때문에 보안 수준이 낮습니다.
모네로:
PoW 기반 프라이버시 코인 중 하나는 모네로입니다. 거래의 익명성은 스텔스 주소 및 링 서명과 같은 기능을 통합합니다. 모네로의 PoW 시스템은 대규모 채굴 활동 대신 ASIC을 방어하고 개인 채굴자를 장려하기 위한 것입니다.
비트코인 캐시:
2017년 비트코인의 하드 포크를 통해 설계된 비트코인 캐시는 PoW 네트워크입니다. 비트코인의 확장성 문제를 해결하기 위해 블록 크기 제한을 32MB로 늘려 거래 속도를 높입니다. 그러나 소수의 채굴 풀만이 네트워크를 장악하고 있기 때문에 중앙화에 대한 우려가 있습니다.
지분 증명과 위임된 지분 증명 메커니즘 비교
지분증명(PoS)의 장점
에너지 효율성: PoS 기술은 에너지 집약적인 계산에 비해 환경에 미치는 영향을 크게 줄입니다.
확장성: 더 빠른 트랜잭션 처리는 더 빠른 블록 검증을 통해 네트워크 성능을 향상시킵니다.
지분 증명 문제
중앙화 위험: 더 큰 지분이 있는 경우 더 큰 영향력을 가질 수 있으며 이는 잠재적인 중앙화의 우려 사항이기도 합니다.
보안 취약성: 검증인이 네트워크 분할 중에 여러 포크를 지원하여 잃을 것이 없는 “아무것도 위험하지 않은” 문제는 PoS에서 여전히 문제가 될 수 있습니다.
위임지분증명(DPoS)의 장점
높은 처리량: DPOS는 초당 많은 트랜잭션을 처리할 수 있으므로 수요가 많은 애플리케이션에 적합합니다.
향상된 거버넌스: 네트워크 관리의 민주적 측면은 이해관계자가 대표자에게 투표하는 것을 통해 통합됩니다.
위임 지분 증명(DPoS) 문제
중앙화 문제: 소수 위임자 간의 통제는 결국 네트워크 분산화를 제한할 수 있습니다.
신뢰 문제: 부정직이나 공모에 연루된 대표자는 이해관계자의 신뢰를 약속합니다.
비트코인 투자자와 더 넓은 블록체인 생태계에 대한 시사점
수년 동안 비트코인 채굴 산업은 더 많은 채굴 작업이 재생 가능 에너지원을 활용하게 되면서 작업 증명(PoW) 시스템이 본질적으로 환경에 해롭다는 널리 퍼진 믿음에 도전해 왔습니다.
이러한 변화는 또한 비트코인 채굴의 환경 비용이 많은 사람들이 예상했던 것보다 중립에 더 가깝다는 것을 시사합니다. 일부 지지자들은 비트코인이 결국 지구에 도움이 될 수 있다고 말합니다.
비트코인 네트워크의 보안은 에너지와 같은 유형의 자원과 비트코인 가격 및 기타 시장 가격에 기반을 두고 있어 특히 최적의 해시 속도에서 시스템의 탄력성을 더욱 높여줍니다.
Riot Blockchain, Hive, Marathon Digital 및 Hut8과 같은 채굴 중심 주식을 통해 투자하면 투자자는 직접적인 개입 없이 비트코인에 노출될 수 있습니다. 지난 몇 년 동안 합의 메커니즘이 더 많고 더 빨라졌습니다. 그러나 이러한 최신 네트워크에는 여전히 중앙 집중화가 필요합니다.
퍼블릭 블록체인의 보안을 위한 검증되고 신뢰할 수 있는 프레임워크인 PoW는 블록체인 산업이 주류 채택을 향해 나아가는 동안 계속해서 사용될 가능성이 높습니다. PoW 이외의 합의 모델의 도입은 PoW가 그 자체로 쓸모없게 되는 것이 아니라는 것을 보여줍니다. 오히려 독특한 강점이 결합되어 보안과 검열 저항을 우려하는 투자자에게 매력적인 솔루션이 됩니다.
블록체인 기술의 작업 증명의 미래
작업 증명(PoW)은 최초의 블록체인 기술 혁신이었습니다. PoW는 퍼즐을 먼저 푸는 사람이 보상을 받는 경마에서 채굴자가 다른 사람을 대신하여 작업하도록 강요하는 대신 새로운 블록의 검증을 통해 채굴자 수익을 얻을 수 있는 환경을 구축함으로써 이를 달성합니다. 이 선구적인 합의 메커니즘을 통해 블록체인 원장 무결성을 보장하기 위해 컴퓨팅 성능을 교환함으로써 탁월한 보안을 제공합니다.
PoW 알고리즘의 핵심 특징인 난이도 조정은 I.S.를 규제하여 안정적인 경제 시스템을 만드는 데 도움이 됩니다. 새로운 코인이 발행되었습니다. 이는 네트워크 공급이 더욱 균등하게 나누어져 채굴자가 네트워크에 대한 과도한 이점이나 권력을 얻기 위해 토큰을 축적할 수 없음을 의미합니다.
PoW는 시장 점유율에서 가장 지배적인 공개 블록체인 합의 메커니즘으로 남아 있으며, 세계에서 가장 유명한 블록체인 중 다수의 백본을 보유하고 있습니다. 이는 매우 안정적이고 안전하므로 아마도 분산형 네트워크에서 합의에 도달하기 위한 선택 방법으로 계속 사용될 것입니다.
최종 생각
검증의 한 기둥 블록체인의 거래는 여전히 작업증명(PoW)입니다. 에너지 집약적인 특성과 확장성 문제는 분산 시스템을 보호하고 적대적인 공격을 중지하기 위한 방법으로 적용을 중단하는 주요 장애물입니다. PoW, PoS 및 DPoS를 포함한 합의 시스템을 이해하면 블록체인 기술의 개발 및 발전에 대한 통찰력 있는 분석을 할 수 있습니다.
