블록체인, 비트코인 등장 배경, 작동 원리, 위변조 방지 방법 등 정리하기~!!
최근 수년간 포럼, 콘퍼런스, 언론 등에 수없이 회자되어 온 키워드 블록체인, 암호화폐, 그리고 비트코인. 비트코인이 처음 등장할 때만 해도 실물화폐가 아니라는 점에서 많은 주목을 끌었지만 그 효용에 대해 의심의 눈초리로 보는 경우가 더 많았습니다. 하지만 어느 순간부터 비트코인을 발행하고 사용하는 시스템인 블록체인이 세상을 바꿀 기술로 언급되기 시작했습니다. 또한 많은 포럼과 콘퍼런스에서 핵심 발제가 되며 한국 표준산업분류표에 공식적으로 포함되는 등 중요한 기술로 자리매김하게 되었죠.
하지만 현재 시점에서 블록체인이 세상을 바꿀 것이라고 단정할 수는 없습니다. 그럼에도 불구하고 국가적인 차원에서 회자되며 무수한 논의가 이루어지고 있는 새로운 기술이라는 점에 주목해야 합니다. 그리고 만약 여러분께서 블록체인과 관련된 비즈니스를 구상하고 있다면 가장 먼저 블록체인이 어떤 기술인지 이해해야 합니다.
이번 시간을 통해 블록체인, 비트코인의 등장 배경과 작동원리를 자세히 알아보고, 위변조를 어떻게 방지한다는 것인지, 해시값이 도대체 무엇인지까지 모두 알아보겠습니다!
블록체인, 비트코인의 등장 배경과, 블록체인 작동 원리
1. 블록체인 등장 배경
블록체인의 개념을 쉽게 이해하기 위해 먼저 거래 장부와 공공거래 장부에 대해 살펴보겠습니다. 거래 장부는 거래한 내용을 기록한 장부입니다. 은행을 예로 들어보겠습니다. 은행은 입출금 이체 등 거래 내역이 기록된 장부를 매일 관리하고, 한 장소에 보관하며 각 은행 지점의 장부는 원단위까지 맞춘 다음 본사에서 취합해 총 장부 기록을 보관합니다.
또한 은행은 모든 정보를 한 곳에 모아서 강력한 보안 업체와 감시시스템을 집중시켜 보호하며 여기에 접근할 수 있는 사람도 소수로 제한합니다.
모든 장부 관리기관과 내부 직원은 이런 구조 속에서 기록을 관리하고 보호합니다. 이를 통해 안전하고 원활한 거래가 지속되면서 신뢰가 쌓이게 되고, 이는 곧 고객 증가와 수익 증가로 이어지는 것입니다. 즉 신뢰가 수익으로 연결되는 시스템인 것이죠.
이것이 2008년까지 개인 정보와 민감한 거래 정보가 포함된 거래 장부를 다루는 모든 곳에서 택할 수 있는 유일한 방법이었습니다. 이를 [중앙화 시스템]이라고 합니다.
중앙화 시스템에서는 모든 장부를 개인이 아닌 관련 기관 직원이 작성하여 중앙에 모으고 보안을 중앙에 집중시킵니다.
그리고 소수만 접근할 수 있는 접근 권한을 만드는 데, 이때 접근 권한을 가진 소수가 장부의 함부로 접근 및 위변조 하지 못하도록 내부 또는 외부의 감시기구를 만듭니다. 직원이 수기로 작성하는 것에서 컴퓨터가 하는 정도의 변화가 있었지만, 과거부터 지금까지 구조적 변화는 없었습니다.
그렇다면 왜 기존의 중앙화 시스템에 기반한 거래 장부가 아닌 공공 거래 장부의 필요성이 대두되었을까요?
->모든 기록이 집중되는 중앙도 결국 사람이 운영하는 곳입니다. 권한을 가진 소수의 사람이 그 권한을 악용해 주요 기록 내용을 거래할 수도 있고 조작할 수도 있습니다.
1-1 조작을 방지하기 위해 개개인이 운영한다면??
중앙에서 기록을 관리하는 소수가 부패할 가능성이 항상 존재합니다. 그래서 중앙이 없는 거래 장부와 기록관리 시스템에 대한 연구는 계속되어 왔습니다.
그런데 만약 중앙화 시스템을 사용하지 않기 위해 반대로, 거래 기록을 개인들이 각자 정리한다면 어떤 문제가 발생할까요?
우선 기록의 실수가 생길 가능성이 높습니다. 또한 일반적으로 개인이 가질 수 있는 보안 수준은 높지 않기 때문에 보안이 취약해지겠죠. 그리고 나와 거래한 상대방이 작성한 거래 기록을 신뢰하기 어렵습니다. 실수를 했을 수도 있고, 악의적으로 변조했을 수도 있기 때문이죠.
물론 상대방도 같은 이유로 나의 기록을 신뢰하긴 어려울 것입니다. 즉, 중앙화 시스템이 아닌 개인들이 거래 장부를 관리하기 위해서는 개개인 모두가 각자의 장부를 작성하는 동시에, 연관된 모든 장부들의 내용이 정확히 작성되는지 관리해야 합니다. 그리고 최소한 중앙화 시스템만큼 위변조 가능성이 낮아야 하고, 항상 최신 거래 내역이 서로 공유되어야 합니다.
하지만 개인을 통해 이런 1년의 과정이 이루어지는 것은 불가능에 가깝죠. 그래서 중앙화 시스템이 지속되어 온 것입니다.
1-2 블록체인, 비트코인 등장
그런데 2008년 10월 공공거래 장부에 기반한 비트코인이 등장하며 이것을 가능하게 만듭니다. 그리고 이 비트코인을 발행하고 관리하는 시스템으로 블록체인 기술이 등장하게 됩니다. 그 결과 중앙이 필요 없는 중앙화에서 벗어난다는 의미의 [탈중앙화]와 [분산]해서 업무를 처리한다는 의미의 분산화를 기반으로 한 신뢰 시스템이 탄생하게 되었는데요. 그것이 바로 [공공거래 장부]입니다.
기존에는 개인적인 신뢰가 없는 개인 대 개인의 거래와 기록은 성립되기 힘들었으나 거래 장부의 공공이란 단어를 붙인 공공 거래 장부 즉 모두가 함께 관리하는 거래 장부가 실현되었습니다 이 시스템은 중앙화로 인해 발생하는 우려들을 불식시키고 개인이 본인의 정보를 관리할 권한과 책임을 가져온다는 것을 의미합니다
2. 블록체인인 이유
그럼 공공거래 장부는 어떻게 가능하게 된 것일까요? 기본적으로 컴퓨터 및 통신 기술의 발전을 빼놓을 수는 없죠. 이러한 발전을 바탕으로 이루어진 개인 컴퓨터의 성능 향상도 한몫하게 됩니다. 하지만 공공거래 장부 탄생의 핵심은 바로 [블록체인]이라는 명칭에 숨어 있습니다.
블록체인은 [블록]과 체인]이라는 두 단어로 이루어져 있습니다.
여기서 [블록]은 빈 상자이고 거래를 하고자 하는 참여자들 모두의 개인 컴퓨터에 똑같이 있다고 가정해 보겠습니다. 블록은 정해진 시간 간격으로 거래 장부를 쌓게 되는데 여기서는 10분 간격으로 정하겠습니다.
이 10분 사이에 거래가 일어나면 참여자들 모두 각자의 장부에 거래를 기록하고, 블록에 차곡차곡 넣은 후 서로의 장부 내용의 정보가 다른지 확인합니다. 문제가 없이 정해진 시간이 지나면 블록이 밀봉되는데 거래가 일어날 때마다 계속해서 이 과정을 반복하기 때문에 블록의 장부 내용을 조작하기 힘들어지겠죠.
그리고 블록의 겉면에 블록의 이름과 같은 [해시값]이라는 특수한 이름을 넣습니다.
[해시값]이란 블록 내 장부 내용을 모두 ‘해시‘라는 정해진 규칙대로 요약해서 만들어지는 이름을 말하는데요. 만약 블록 내의 내용이 단 한 글자라도 다르면, 이 이름도 다르고 같은 내용이면 같은 이름을 갖게 됩니다.
블록체인의 두 번째 구성 단어는 [체인]입니다.
거래는 첫 번째 블록을 완전히 밀봉해 버린 이후에도 계속해서 일어납니다. 그럼 참여자들은 또 하나의 블록을 준비하여 각자 작성한 거래 장부를 넣기 시작합니다. 정해진 시간이 지난 후에 문제가 없었다면, 두 번째 블록도 밀봉됩니다. 이때 두 번째 블록에도 특수한 이름의 해시값이 붙습니다.
주목할 점은 두 번째 블록의 해시값은 해당 블록의 내용뿐만 아니라 바로 앞 블록의 해시값도 전달받아 합친 후 요약해서 지어진다는 것입니다.
즉, 앞에 해시값을 전달하는 역할을 체인이 하게 되는 것이죠. 체인은 첫 번째 블록과 두 번째 블록을 연결하고, 세 번째도, 네 번째도, 10 번째도 블록이 밀봉될 때마다 같은 방식으로 연결합니다. 단 체인은 시간 순서대로 연결하는 데만 사용되기 때문에 두 번째 블록이 네 번째 블록과 직접 연결되는 일은 없습니다.
블록체인이 위변조를 방지하는 방법, 다수결.
앞서 언급되었듯이 각 개인들이 각자 장부를 작성했을 때 상대방의 거래 기록을 믿을 수 없는 이유는 위조나 변조의 가능성이 있기 때문입니다. 그러나 블록체인은 본 구조를 통해서 기록이 변조되었을 때 변조되었다는 사실을 바로 알 수 있도록 해 줍니다. 어떻게 가능할까요?
예를 들어 1번 블록 안에 들어 있는 장부에서 토씨 하나라도 조작하면 첫 번째 블록에 연결된 1번 체인의 해시값이 바뀌게 됩니다.
그리고 1번 블록과 연결된 모든 블록의 해시값이 체인으로 이어진 순서대로 바뀌게 됩니다. 블록체인에서 무엇이든 내용을 조금만 바꾸면, 그 사람은 남들과는 이름이 완전히 다른 블록들로 엮어진 블록체인. 즉 신뢰할 수 없는 기록을 갖게 되는 것입니다.
결론적으로 장부 내용 중 토씨 하나만 바뀌어도 연결된 모든 블록의 이름은 해시값이 바뀌도록 되어 있음으로, 이 해시값만 비교해 보더라도 참여자들 즉 참여자들의 컴퓨터는 장부에 같고 다름을 확인할 수 있는 것입니다.
3. 블록체인과 다수결
지금까지 알아본 내용은 첫째 장부를 참여자들 모두 각자 작성한다는 것, 둘째 참여자들의 컴퓨터가 모든 업무를 관리한다는 것, 그리고 셋째 블록과 체인의 작용으로 인해 블록 내용이 조금만 다르면 이후 모든 해식 값이 바뀐다는 것입니다.
그럼 이제 마지막으로 한 가지 중요한 의문점을 해결하면 됩니다. 블록체인에서 서로 다른 장부 내용을 만났을 때 어떤 장부가 참인지 거짓인지 어떻게 판단하는 것일까요?
결론부터 이야기해서 블록체인은 과반수의 법칙을 따릅니다
참여자들 중 과반수인 51퍼센트 이상이 갖고 있는 블록과 동일한 것을 옳은 내용으로 판단하는 것입니다. 블록체인 네트워크는 블록을 밀봉하기 전 모든 참여자들의 블록을 검증할 때 서로 다른 내용을 가진 것이 존재하면, 다수결로 결정한다고 했습니다.
과거 어떤 지점부터 블록의 내용이 달라진 두 개의 참여자가 있는 경우를 예로 들 수 있습니다
예시를 보시면 해당 블록부터 이후의 블록이 전부 해시값이 다르게 됩니다. 그럼 블록체인 네트워크는 비율을 계산하여 어느 쪽이 과반수의 지지를 받는 블록체인인지 검증합니다. 그래서 51퍼센트 이상 과반수가 가진 것으로 검증된 블록체인만 남기고, 참이 아니라고 판명된 블록과 그 속의 내용은 모두 폐기됩니다. 그래서 과반수의 블록과 내용이 다른 블록을 가진 참여자들은 검증이 끝나는 순간, 과반수가 갖고 있는 블록으로 대체된 블록을 갖게 됩니다.
그럼 이렇게 매번 과반수 기준으로 검증 후 나머지를 폐기하는 것이 왜 공공 거래 장부, 즉 블록체인에서 중요한 걸까요?
만약 여기서 제가 가진 장부를 조작했다고 해 보겠습니다. 우선 자신의 컴퓨터에 있는 블록에 밀봉을 뜯어 억지로 열고 그 속의 장부를 위변조 해서 잔고 영원이었던 것을 10억으로 만들었습니다. 그리고 이제부터 블록체인 네트워크에 연결된 다른 참여자들의 컴퓨터 보안을 뚫고 해킹해서 그들이 가진 블록 내 장부도 똑같이 조작하기 시작합니다.
그런데 문제가 있습니다. 위변조 할 시간이 무제한이 아닙니다.
다른 아무런 거래가 일어나지 않는다고 해도 여기서 정해둔 시간 최대 10분 이내에 과반수의 참여자들이 가진 장부를 위변조 하지 못하면, 다음 검증에서 과반수의 찬성을 받지 못하므로 블록은 폐기되고, 블록체인 네트워크 내에서 사라지게 되기 때문입니다. 블록체인은 다수가 장부를 관리하는 시스템입니다.
중앙화 시스템이라면 장부의 접근 권한이 있는 사람이 보안 체계를 뚫기만 하면 장부를 조작할 수도 있지만, 블록체인의 경우에는 각 개인도 참여자로서 장부를 갖고 있고 접근할 수도 있으며 다른 참여자들 모두가 마찬가지로 같은 장부를 보관합니다. 참여자의 숫자가 많으면 많을수록 당연히 과반수의 숫자도 늘어남으로 개별 침입, 보안 해제, 위변조 시간이 참여자 증가에 비례해 함께 증가합니다.
즉 블록체인은 참여자가 많으면 많을수록 장부 위변조 방지 성능이 향상되는 시스템인 것입니다.
중앙화 시스템에서 장부의 위변조 방지는 오로지 보안 체계와 관리자의 신뢰에 맡기는 수밖에 없어 보안 담당 및 관리자의 부패에 대해 취약했지만 블록체인은 장부 관리에 권한을 주면서도 위변조 하기는 힘들게 만드는 기술적 방법을 모색해낸 개념인 것입니다.
마무리
끝까지 봐주셔서 감사합니다! 이 블록체인 자세히 알아보기 시리즈는 8편으로 구성되어있으니, 쭉 정주행 해주시면 감사하겠습니다~!!
안녕히 계세요!
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