작업증명 (PoW)

이더리움 네트워크는 작업증명 (PoW)이 포함된 합의 메커니즘을 사용하는 것으로 시작되었습니다. 이를 통해 이더리움 네트워크의 노드들은 이더리움 블록체인에 기록된 모든 정보의 상태에 대해 합의할 수 있었고, 특정 종류의 경제적 공격을 방지할 수 있었습니다. 하지만 이더리움은 2022년에 작업증명 (PoW)을 종료하고 대신 지분 증명 (PoS)을 사용하기 시작했습니다.

전제 조건

이 페이지를 더 잘 이해하려면 먼저 트랜잭션, 블록 및 합의 메커니즘에 대해 읽어보는 것을 권장합니다.

작업증명 (PoW)이란 무엇인가요?

작업증명 (PoW)을 활용하는 나카모토 합의(Nakamoto consensus)는 과거 탈중앙화된 이더리움 네트워크가 계정 잔액이나 트랜잭션 순서와 같은 사항에 대해 합의(즉, 모든 노드가 동의함)에 도달할 수 있게 해준 메커니즘입니다. 이는 사용자가 코인을 "이중 지불"하는 것을 방지하고 이더리움 체인을 공격하거나 조작하는 것을 엄청나게 어렵게 만들었습니다. 이러한 보안 속성은 이제 Gasper라는 합의 메커니즘을 사용하는 지분 증명 (PoS)에서 제공됩니다.

작업증명 (PoW)과 채굴

작업증명 (PoW)은 작업증명 (PoW) 블록체인에서 채굴자가 수행하는 작업에 대한 난이도와 규칙을 설정하는 기본 알고리즘입니다. 채굴은 "작업" 그 자체입니다. 이는 체인에 유효한 블록을 추가하는 행위입니다. 체인의 길이는 네트워크가 블록체인의 올바른 포크를 따르도록 돕기 때문에 중요합니다. 더 많은 "작업"이 수행될수록 체인이 길어지고 블록 번호가 높아지며, 네트워크는 현재 상태에 대해 더 확신할 수 있습니다.

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이더리움의 작업증명 (PoW)은 어떻게 작동했나요?

이더리움 트랜잭션은 블록으로 처리됩니다. 이제는 더 이상 사용되지 않는 작업증명 (PoW) 이더리움에서 각 블록에는 다음이 포함되었습니다.

• 블록 난이도 – 예: 3,324,092,183,262,715
• mixHash – 예: 0x44bca881b07a6a09f83b130798072441705d9a665c5ac8bdf2f39a3cdf3bee29
• 논스 – 예: 0xd3ee432b4fb3d26b

이 블록 데이터는 작업증명 (PoW)과 직접적인 관련이 있었습니다.

작업증명 (PoW)에서의 작업

작업증명 (PoW) 프로토콜인 이더해시는 채굴자가 블록의 논스를 찾기 위해 치열한 시행착오 경쟁을 거치도록 요구했습니다. 유효한 논스가 있는 블록만 체인에 추가될 수 있었습니다.

블록을 생성하기 위해 경쟁할 때, 채굴자는 (채굴자가 하는 것처럼) 전체 체인을 다운로드하고 실행해야만 얻을 수 있는 데이터 세트를 수학적 함수에 반복적으로 입력했습니다. 이 데이터 세트는 블록 난이도에 의해 결정되는 목표값보다 낮은 mixHash를 생성하는 데 사용되었습니다. 이를 수행하는 가장 좋은 방법은 시행착오를 거치는 것입니다.

난이도는 해시의 목표값을 결정했습니다. 목표값이 낮을수록 유효한 해시의 집합이 작아집니다. 일단 생성되면 다른 채굴자와 클라이언트가 이를 검증하는 것은 매우 쉬웠습니다. 단 하나의 트랜잭션이라도 변경되면 해시가 완전히 달라져 사기임을 알릴 수 있었습니다.

해싱은 사기를 쉽게 발견할 수 있게 해줍니다. 하지만 프로세스로서의 작업증명 (PoW)은 체인 공격을 억제하는 큰 역할도 했습니다.

작업증명 (PoW)과 보안

채굴자들은 메인 이더리움 체인에서 이 작업을 수행하도록 인센티브를 받았습니다. 일부 채굴자들이 자신만의 체인을 시작할 유인은 거의 없었습니다. 이는 시스템을 훼손하기 때문입니다. 블록체인은 단일 상태를 진실의 원천으로 삼는 것에 의존합니다.

작업증명 (PoW)의 목적은 체인을 연장하는 것이었습니다. 가장 긴 체인은 이를 생성하는 데 가장 많은 연산 작업이 수행되었기 때문에 유효한 체인으로 가장 신뢰할 수 있었습니다. 이더리움의 PoW 시스템 내에서는 트랜잭션을 지우거나 가짜 트랜잭션을 생성하거나 두 번째 체인을 유지하는 새로운 블록을 생성하는 것이 거의 불가능했습니다. 악의적인 채굴자가 항상 다른 모든 사람보다 블록 논스를 더 빨리 해결해야 했기 때문입니다.

악의적이면서도 유효한 블록을 지속적으로 생성하려면, 악의적인 채굴자가 다른 모든 사람을 이기기 위해 네트워크 채굴 능력의 51% 이상을 확보해야 했습니다. 그 정도의 "작업"에는 값비싼 컴퓨팅 파워가 많이 필요하며, 소비된 에너지가 공격으로 얻은 이득보다 더 컸을 수도 있습니다.

작업증명 (PoW) 경제학

작업증명 (PoW)은 또한 시스템에 새로운 통화를 발행하고 채굴자가 작업을 수행하도록 인센티브를 제공하는 역할도 담당했습니다.

콘스탄티노플 업그레이드 이후, 블록을 성공적으로 생성한 채굴자는 새로 발행된 2 ETH와 트랜잭션 수수료의 일부를 보상으로 받았습니다. 엉클(Ommer) 블록도 1.75 ETH를 보상받았습니다. 엉클 블록은 한 채굴자가 다른 채굴자가 정규(canonical) 블록을 생성하는 것과 거의 동시에 생성한 유효한 블록으로, 궁극적으로 어느 체인이 먼저 구축되었는지에 따라 결정되었습니다. 엉클 블록은 주로 네트워크 지연으로 인해 발생했습니다.

완결성

트랜잭션이 변경될 수 없는 블록의 일부가 될 때 이더리움에서 "완결성"을 갖습니다.

채굴자들은 탈중앙화된 방식으로 작업했기 때문에 두 개의 유효한 블록이 동시에 채굴될 수 있었습니다. 이로 인해 일시적인 포크가 생성됩니다. 결국 후속 블록이 채굴되어 추가되면서 이 체인 중 하나가 더 길어지고 승인된 체인이 되었습니다.

상황을 더 복잡하게 만드는 것은, 임시 포크에서 거부된 트랜잭션이 승인된 체인에 포함되지 않았을 수도 있다는 점입니다. 이는 트랜잭션이 되돌려질 수 있음을 의미합니다. 따라서 완결성이란 트랜잭션을 되돌릴 수 없다고 간주하기 전에 기다려야 하는 시간을 의미합니다. 이전의 작업증명 (PoW) 이더리움에서는 특정 블록 N 위에 더 많은 블록이 채굴될수록 N의 트랜잭션이 성공적이었고 되돌려지지 않을 것이라는 확신이 높아졌습니다. 이제 지분 증명 (PoS)에서는 완결성이 블록의 확률적 속성이 아닌 명시적 속성이 되었습니다.

작업증명 (PoW) 에너지 사용량

작업증명 (PoW)에 대한 주요 비판은 네트워크를 안전하게 유지하는 데 필요한 에너지 출력량입니다. 보안과 탈중앙화를 유지하기 위해 작업증명 (PoW) 기반의 이더리움은 막대한 양의 에너지를 소비했습니다. 지분 증명 (PoS)으로 전환하기 직전, 이더리움 채굴자들은 집단적으로 연간 약 70 TWh를 소비하고 있었습니다(2022년 7월 18일 digiconomist (opens in a new tab)에 따르면 체코 공화국과 비슷한 수준).

장단점

지분 증명 (PoS)과의 비교

큰 틀에서 볼 때, 지분 증명 (PoS)은 작업증명 (PoW)과 동일한 최종 목표를 가지고 있습니다. 즉, 탈중앙화된 네트워크가 안전하게 합의에 도달하도록 돕는 것입니다. 하지만 프로세스와 참여자 측면에서 몇 가지 차이점이 있습니다:

• 지분 증명 (PoS)은 컴퓨팅 파워의 중요성을 스테이킹된 ETH로 대체합니다.
• 지분 증명 (PoS)은 채굴자를 검증자로 대체합니다. 검증자는 새로운 블록을 생성하는 기능을 활성화하기 위해 자신의 ETH를 스테이킹합니다.
• 검증자는 블록을 생성하기 위해 경쟁하지 않으며, 대신 알고리즘에 의해 무작위로 선택됩니다.
• 완결성이 더 명확해집니다. 특정 체크포인트에서 검증자의 2/3가 블록 상태에 동의하면 최종적인 것으로 간주됩니다. 검증자는 이에 대해 자신의 전체 스테이크를 걸어야 하므로, 나중에 담합을 시도하면 전체 스테이크를 잃게 됩니다.

지분 증명 (PoS)에 대해 더 알아보기

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• 다수결 공격(Majority attack) (opens in a new tab)
• 정산 완결성에 대하여 (opens in a new tab)

비디오

• 작업증명 프로토콜에 대한 기술적 설명 (opens in a new tab)

관련 주제

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