블록체인의 합의 알고리즘

합의 알고리즘 (Consensus Algorithm)
- 다수의 참여자가 통일된 의사결정을 하기 위해 사용하는 알고리즘
 

 

합의 알고리즘 종류는 매우 다양하지만 대표적인 PoW, PoS에 대해 알아보겠습니다.
 

- 작업 증명 방식(POW : Proof of Work)
- 지분 증명 방식(POS : Proof of Stake)

 
Proof of Work (PoW)와 Proof of Stake (PoS)의 두 가지 큰 차이는 다음과 같습니다.
 

자원 소비 방식

Proof of Work (PoW)

- 에너지 소비 : PoW는 많은 계산 자원을 필요로 하며, 채굴자가 복잡한 수학 문제를 해결하기 위해 고성능 컴퓨터를 사용합니다. 이는 막대한 전력 소비를 초래하고, 환경에 부정적인 영향을 미칩니다.
- 경쟁 방식: 채굴자들은 문제를 가장 먼저 해결하기 위해 경쟁합니다. 이 과정에서 많은 계산 자원이 낭비됩니다.

 
Proof of Stake (PoS)

- 에너지 효율성 : PoS는 지분을 기반으로 블록 생성자를 선택하므로, PoW에 비해 에너지 소비가 훨씬 적습니다. 복잡한 계산을 수행할 필요가 없기 때문에 환경 친화적입니다.
- 확률 기반 선택 : 블록 생성자는 지분의 크기에 비례하여 무작위로 선택됩니다. 이는 자원의 낭비를 줄이고, 에너지 효율성을 높입니다.
 

보안 및 탈중앙화 유지 방식

Proof of Work (PoW)

- 보안 : PoW의 보안은 네트워크의 해시 파워에 기반합니다. 공격자가 네트워크를 공격하기 위해서는 전체 해시 파워의 51% 이상을 소유해야 하므로, 이는 매우 어려운 일입니다.
- 탈중앙화 문제 : 고성능 채굴 장비를 가진 대규모 채굴 풀들이 네트워크의 대부분의 해시 파워를 소유할 가능성이 있습니다. 이는 네트워크의 중앙화를 초래할 수 있습니다.

 
Proof of Stake (PoS)

- 보안 : PoS의 보안은 네트워크의 경제적 인센티브에 기반합니다. 공격자가 네트워크를 공격하기 위해서는 네트워크 전체 지분의 상당 부분을 소유해야 하므로, 이는 경제적으로 비현실적입니다.
- 탈중앙화 유지 : PoS는 더 많은 참여자가 네트워크에 쉽게 참여할 수 있도록 하여, PoW에서 발생할 수 있는 중앙화 문제를 줄입니다. 큰 지분을 가진 참여자가 많지 않기 때문에, 네트워크는 더 분산된 형태를 유지할 수 있습니다.
 

 

Proof of Work (PoW)와 Proof of Stake (PoS)의 장단점

 

PoW의 장점

- PoW는 네트워크를 공격하기 위해 막대한 계산 자원이 필요하므로, 공격이 경제적으로 비현실적입니다. 이는 네트워크의 보안을 강화합니다.
- PoW는 누구나 네트워크에 참여하여 블록을 생성할 수 있게 하므로, 네트워크의 분산화를 촉진합니다.
-블록을 검증하는 과정은 간단하고 빠릅니다. 한 번 해결된 문제는 누구나 쉽게 검증할 수 있습니다.
 

PoW의 단점

- PoW는 많은 계산 자원이 필요하므로, 에너지 소비가 매우 큽니다. 이는 환경에 부정적인 영향을 미칩니다.
- 대규모 채굴 풀이나 전문화된 채굴 하드웨어를 가진 참여자가 네트워크의 대부분의 해시 파워를 소유할 가능성이 있습니다. 이는 네트워크의 중앙화를 초래할 수 있습니다.
- 많은 자원이 소모되기 때문에, 비용 효율적이지 않습니다. 이는 특히 소규모 참여자에게 불리할 수 있습니다.
 

 

PoS의 장점

- PoS는 PoW에 비해 에너지 소비가 훨씬 적습니다. PoW에서는 복잡한 수학 문제를 해결하기 위해 많은 계산 자원이 필요하지만, PoS에서는 이러한 자원이 필요하지 않습니다.
- PoS는 네트워크 참여자가 더 많은 코인을 가질수록 보상을 받을 확률이 높아지므로, 소수의 채굴자가 전체 네트워크를 지배하는 상황을 방지할 수 있습니다.
- 네트워크 공격을 위해서는 공격자가 네트워크 전체 지분의 대부분을 소유해야 하므로, 경제적으로 비현실적입니다.
 

PoS의 단점

- 초기 코인 소유자가 더 많은 지분을 보유하여 더 많은 보상을 받을 가능성이 큽니다. 이는 부의 집중을 초래할 수 있습니다.
- 검증자가 동시에 여러 체인에 블록을 추가할 수 있는 문제가 발생할 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 다양한 전략이 사용됩니다.
 

 

블록체인에 사용되는 기타 합의 알고리즘

- 권위 증명 방식(POA : Proof of Authority)

Proof of Authority (PoA)는 블록체인 네트워크의 합의 알고리즘 중 하나로, 합의 형성에서 신뢰할 수 있는 권위자에 의존하는 방식입니다. PoA는 고정된 소수의 검증자들이 네트워크의 거래를 검증하고 블록을 생성하는 역할을 맡습니다.
 

(POA : Proof of Authority) 작동 방식

1. 네트워크가 시작될 때 신뢰할 수 있는 권위자들이 선택됩니다. 이들은 보통 네트워크의 개발자, 비즈니스 파트너, 또는 커뮤니티에서 높은 신뢰를 받는 개인들입니다.
2. 선택된 권위자들은 순환 방식으로 블록을 생성하고, 이를 네트워크에 전파합니다.
다른 권위자들이 새로운 블록을 검증하고, 합의가 이루어지면 블록이 블록체인에 추가됩니다.
3. PoA에서는 일반적으로 권위자들에게 금전적 보상이 주어지지 않거나, 적은 보상이 주어집니다. 대신 명성과 신뢰성이 보상 역할을 합니다.
 

PoA의 장점

- 소수의 권위자가 블록을 생성하고 검증하기 때문에, 거래 처리 속도가 빠르고 블록 생성 시간이 짧습니다.
- PoA는 PoW와 달리 복잡한 수학 문제를 풀 필요가 없으므로, 에너지 소비가 매우 적습니다.
- 권위자들은 신뢰할 수 있는 개인 또는 기관으로 구성되므로, 네트워크의 보안과 신뢰성이 높습니다.
 

PoA의 단점

- 소수의 권위자가 네트워크를 통제하기 때문에, 중앙화 문제가 발생할 수 있습니다. 이는 네트워크의 탈중앙화 목적에 어긋날 수 있습니다.
- 권위자가 악의적인 행동을 할 경우, 네트워크의 신뢰성과 보안이 위협받을 수 있습니다.
 

PoA의 사용 사례

- 프라이빗 블록체인 : 기업 내부의 프라이빗 블록체인에서 PoA를 사용하여 거래를 신속하게 처리하고, 보안을 유지할 수 있습니다.
- 컨소시엄 블록체인 : 여러 기업이나 기관이 협력하는 컨소시엄 블록체인에서 PoA를 사용하여 신뢰할 수 있는 검증자를 선정하고, 네트워크를 운영할 수 있습니다.