비잔틴 장군 문제부터 합의 과정까지, 이 글에서는 블록체인이 무엇이며 어떻게 작동하는지를 설명합니다.

가장 간단히 말해, 블록체인은 여러 컴퓨터가 함께 작동하여 데이터를 처리하고 기록함으로써 데이터 거래의 진위성과 보안을 보장하는 시스템입니다. 좀 더 추상적이고 미래지향적인 시각에서 보면, 블록체인은 제3자 중개인 없이도, 전 세계 어디에서나 금융 거래를 가능하게 하는 잠재적인 미래 기술로 여겨지고 있습니다.

블록체인이란 무엇입니까?

블록체인의 주요 기능 중 하나는 다음과 같은 데이터를 기록하는 방식입니다.

• 불변성

• 투명성

• 탈중앙화

불변성이란 누구도 한 번 기록된 거래 내역을 수정할 수 없다는 것을 의미합니다.

투명성은 누구나 인터넷을 통해 블록체인의 거래 내역을 보고 확인할 수 있다는 것을 의미합니다. 

탈중앙화란 한 곳이나 한 사람이 전체 네트워크를 관리하거나 통제할 수 없다는 것을 의미합니다.

비트코인은 블록체인 기술을 활용한 최초의 애플리케이션이었습니다(흥미롭게도 ‘블록체인’이라는 용어는 비트코인이 등장한 이후에 만들어졌습니다). 이 기술은 이제 무역 금융, 해외 송금, 전자상거래와 같은 다양한 암호화폐 프로젝트와 비즈니스 분야에서 활용되고 있습니다.

분산 시스템

블록체인은 네트워크로 연결된 컴퓨터에 있는 하드웨어 또는 소프트웨어 구성 요소가 메시지를 전달하여 통신하고 작업을 조정하는 분산 시스템입니다. 블록체인이 직면하는 많은 문제는 이미 분산 시스템에서 논의되거나 해결된 바있습니다.

분산 시스템의 주요 특징은 다음과 같습니다.

• 동시성

• 글로벌 시계 없음

• 독립 실패

동시성

동시성은 여러 계산이 서로 다른 시스템에서 동시에 발생함을 의미합니다. 직관적으로 보일 수 있지만 얼마나 많은 기계가 함께 작동해야 하는지에 대한 복잡성이 발생합니다(아래 참조).

전역 시간 기준의 부재

분산 시스템에서 모든 참가자 또는 기계는 무엇이 옳고 그른지 결정하는 데 동등한 가중치를 가집니다. 분산 시스템에는 단일 정보 소스가 없습니다. 예를 들어 기계 A는 지금이 오전 11시 13분이라고 믿을 수 있고 기계 B는 지금이 오전 11시 14분이라고 믿을 수 있습니다.

네트워크 지연은 상황을 더욱 복잡하게 만들 수 있기 때문에 두 시스템이 로컬에서 동일한 시간을 가지고 있더라도 네트워크가 데이터를 전송하는 데 걸린 시간을 알 수 없습니다. 기계가 이웃의 시간을 확인해야 할 때 항상 잠재적인 소음이 수반됩니다.

독립 실패

독립적인 장애는 가상의 예시를 통해 쉽게 설명할 수 있습니다. 예를 들어, 머신 A가 작업을 계속하기 위해 머신 B의 데이터에 의존하는 상황을 생각해볼 수 있습니다. 이 경우, A는 B와 통신하며 응답을 기다려야 합니다.

하지만 머신 B는 다양한 이유로 실패할 수 있습니다. 예를 들어 과열로 인해 작동이 중단될 수 있고, 네트워크 연결이 지연되거나 끊어질 수도 있습니다. 따라서 시스템 설계자는 이러한 통신 실패와 장애 상황을 고려하여, 시스템이 전체적으로 중단되지 않도록 견고하게 설계해야 합니다.

블록체인과 비잔틴 장군 문제

블록체인은 분산 컴퓨팅 시스템에서 구성 요소가 실패할 수 있고, 구성 요소의 실패 여부에 대한 정보가 불완전한 상황에서 특히 문제가 되는 비잔틴 장군 문제를 해결하기 위해 고안되었습니다.

이 문제를 보다 명확히 이해하기 위해, 하나의 이야기로 설명해 보겠습니다.

여러 명의 장군들이 각자 비잔틴 군대의 일부를 이끌며 한 도시를 포위하고 있습니다. 이들은 공격할지 후퇴할지를 결정해야 하며, 무엇보다도 모두가 동일한 결정에 도달하는 것, 즉 합의하는것이 가장 중요합니다. 하지만 각 장군은 다른 장군들의 결정을 직접 알 수 없기 때문에, 합의에 이르는 것이 매우 어렵습니다.

다음을 고려해보십시오:

• A, B, C 세 명의 장군이 있습니다.

• 장군은 동시에 적을 공격해야 합니다. 그렇지 않으면 실패할 위험이 있습니다.

• 장군들은 즉각적으로 소통할 수 있는 효과적인 방법이 없습니다.

• 따라서 메시지를 전달하려면 다른 사람에게 택배를 보내야 합니다.

• 그들은 다른 장군들이 동시에 공격할 것이라는 것을 확인해야 합니다.

• 따라서 장군들은 공격을 시작하기 전에 각자에게 메시지와 확인을 전달해야 합니다.

반역자가 존재할 수 있다는 점을 고려하면 문제는 더욱 복잡해집니다. 우리는 모든 메신저가 신뢰할 수 있다고 보장할 방법이 없습니다. 게다가 메신저가 체포되어 위조된 메시지를 전달하도록 강요받을 수 있습니다.

위의 이야기에서 블록체인과 관련하여 다음과 같이 추론할 수 있습니다.

비잔틴 장군은 체인의 노드를 나타냅니다.

각 합의는 블록(즉, 일련의 유효한 트랜잭션)을 나타내는 장군 그룹에 의해 형성됩니다. 모든 장군은 공동 공격을 시작하기 전에 합의에 도달하기 위해 서로의 결정을 확인해야 합니다. 마찬가지로 블록체인에서 모든 노드는 확인될 다음 블록에 동의해야 합니다.

노드는 실패할 수 있습니다.

예를 들어 노드 중 하나가 일관되지 않은 정보(악성 노드라고 함)를 공유하거나 응답하지 않으면 네트워크에 문제가 발생할 수 있습니다.

남들이 아는 정보는 모두가 인정해야 하는 이유다. 동시에 모든 사람은 서로가 가지고 있는 정보를 알고 있어야 합니다. 다수가 인정하고 알고 있는 정보가 최종 결정(즉, 합의)이 되는 시나리오를 생성합니다.

블록체인의 합의

비잔틴 장군 문제는 합의를 이해하는 좋은 예입니다. 단일 데이터 값에 대해 여러 프로세스(또는 에이전트) 간의 합의가 필요합니다. 일부 프로세스(에이전트)가 다른 방식으로 실패하거나 신뢰할 수 없기 때문에 합의 프로토콜은 내결함성이 있거나 탄력적이어야 합니다. 프로세스는 어떻게든 후보 값을 제시하고 서로 통신하며 단일 합의 값에 동의해야 합니다.

분산형 네트워크에 참여하는 사람들은 분산형 서버(노드)를 사용하여 참여합니다. 각 노드는 블록체인 네트워크에 참여하고 합의에 도달하기 위해 미리 정해진 규칙 세트(‘ 합의 메커니즘 ‘이라고 함)에 동의해야 합니다. 이러한 메커니즘을 사용하여 비잔틴 장군 문제를 해결할 수 있습니다.

중앙화, 분산화 및 분산 시스템

중앙 집중식 시스템은 개념적으로 이해하기 쉬운 반면, 분산 시스템과 탈중앙화 시스템의 차이를 구분하는 것은 종종 혼란스럽습니다.

분산 시스템은 데이터를 여러 위치나 컴퓨터에 나누어 저장하고 처리하는 구조를 가지고 있으며, 이 데이터는 일반적으로 복제되어 저장됩니다. 이러한 시스템에서는 여러 구성 요소가 협력하여 하나의 시스템처럼 작동합니다.

반면, 탈중앙화 시스템은 단일 참여자가 시스템의 작동 방식을 결정할 수 없도록 설계되어 있습니다. 결정을 내리기 위해서는 여러 참여자의 응답이나 동의를 수집하고 집계하는 과정이 필요합니다.

즉, 모든 탈중앙화 시스템은 분산되어 있지만, 모든 분산 시스템이 반드시 탈중앙화되어 있는 것은 아닙니다. 다시 말해, 탈중앙화 시스템은 분산 시스템의 하위 개념이라고 할 수 있습니다.

더 자세히 알아보려면 Vitalik Buterin의 이 기사가 탈중앙화를 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

블록체인 대안

비트코인이 발명된 이후 많은 사람들이 그 기술을 일반화하여 ‘블록체인’이라고 불렀습니다. 그러나 원래 Bitcoin 디자인이 작동하는 유일한 디자인은 아닙니다.

분산 원장 기술

DAG(Directed Acyclic Graphs) 또는 블록 격자(Block Lattice)와 같은 ‘분산 원장 기술'(DLT)은 비트코인의 대체 데이터 구조입니다. DLT는 원래 바라는 대로 탈중앙화 시스템의 비전을 충족하지만 더 이상 이러한 대안을 ‘블록체인’이라고 부를 수 없습니다. 따라서 DLT라는 용어는 분산된 방식으로 합의 문제를 해결하는 것을 목표로 하는 모든 유사한 시스템을 일반화하기 위해 발명되었습니다.

블록체인에 대한 마지막 말

블록체인(또는 유사한 시스템)의 기반이 되는 메커니즘과 프로세스에 보안 기능을 통합함으로써, 우리는 기존 금융 기관처럼 하나의 중앙 집중식 보안 시스템에서 벗어나 암호화 기반의 분산된 세계로 이동할 수 있게 되었습니다. 이는 단지 시작에 불과하며, 시스템이 발전함에 따라 보안성과 효율성은 더욱 향상될 것입니다.

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