[블록버스터즈 리포트] 3세대 블록체인의 합의 방식- 서울대학교 블록체인 학회 디사이퍼(Decipher) 김재윤

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이번 달에는 블록체인의 발전에 따라 나뉘는 세대(generation)에 대해 얘기해보고자 한다. 기술의 발전과 시간적인 순서로 본다면 당연히 2008년에 사토시 나카모토가 제안하여 만들어진 비트코인이 1세대 블록체인이라는 것에는 이견이 없을 것이다. 이후 비트코인을 포크하여 라이트코인, 도지 코인 등 몇 개의 블록체인이 파생되었지만, 가장 큰 변화는 UTXO 구조를 state 구조로 바꾸어 프로그램 가능한 자산의 개념을 도입한 이더리움이었다. 이더리움을 2세대라 한다면 3세대 블록체인은 무엇일까?

이더리움의 등장 전후로 모네로(XMR), 지캐시(ZEC), 대시(DASH) 등 익명성을 강조하는 블록체인들이 등장하기도 했지만 블록체인이 대중화에 가장 큰 기여를 한 블록체인은 이더리움이었다. 이더리움 커뮤니티에서 제안된 ERC-20 프로토콜을 사용하면 누구나 손쉽게 디지털 자산을 발행할 수 있기 때문에 이를 이용하여 ICO(Initial Coin Offering)의 시대가 열렸기 때문이다. 하지만, ICO로 인해 이더리움의 이용자가 급격하게 늘어나면서 생성되는 트랜잭션의 개수와 state의 크기 역시 폭발적으로 증가하게 되었고, 이더리움 블록체인의 많은 문제점들이 구체적으로 드러나게 되었다.

이더리움의 문제점들은 간단하게 정의될 수 있는 것들이 아닐 뿐만 아니라 하나하나가 중요하고도 풀기 힘든 문제들이었기 때문에 문제들 중 몇 가지에 집중하여 그것을 해결하고자 하는 많은 프로젝트 팀들이 등장하였고, 그들이 모두 3세대라고 볼 수 있을 것 같다. 이번 시리즈에서는 그 문제점들을 크게 ‘합의 방식’, ‘프로그램 언어’, ‘프로토콜 업그레이드 방식’으로 분류하여 살펴보고, 앞으로의 전망을 예측해볼 것이다.

기존 합의 방식: Proof-of-Work, Longest(Heaviest)-Chain-Rule

비트코인과 이더리움이 사용했던 합의 알고리즘은 PoW와L(H)CR였다. 트랜잭션을 모아서 블록을 만들 노드를 PoW 방식으로 pseudo-random(유사 랜덤)을 구현하여 선정하고, pseudo-random의 한계로 우연히 같은 block interval 안에 두 개 이상의 블록이 만들어졌을 때 뒤에 더 많은 블록체인이 쌓인 블록을 채택하는 L(H)CR 방식의 합의 알고리즘이다.

하지만 이용자가 늘어난 현재 이러한 방식은 블록체인을 유지하기 위해서 천문학적인 비용이 요구될 뿐 아니라 scalable(요청량에 따라 처리량도 함께 조절할 수 있는가?) 하지 않기 때문에 다른 방식의 합의 알고리즘이 필요하게 되었다.

Proof-of-Stake

기존 합의 방식의 문제점은 L(H)CR보다 PoW가 훨씬 컸기 때문에 PoW의 문제점을 해결하고자 하는 블록체인들이 등장했다. 가장 대표적인 합의 알고리즘이 지분 증명이라고 불리는 Proof-of-Stake (PoS)이다. PoS 방식은 컴퓨팅 파워가 아니라 참여자의 지분, 즉 자산의 양에 비례하는 확률로 블록을 만들 권리가 부여되기 때문에 블록을 만드는 비용이 거의 들지 않는다.

새롭게 등장하는 블록체인들은 대부분 PoS를 지향하고 있고, 심지어 이더리움조차 오래전부터 캐스퍼(Casper)라고 하는 방식을 제안하여 합의 방식을 PoS로 바꾸는 이더리움 2.0에 대한 스펙(specification)을 완성해 나가고 있다.

그러나, PoS 방식에도 문제점은 있다. 지분을 기준으로 하기 때문에 state 기반이어야 하며, 만약에 블록 생성자로 채택된 노드가 응답하지 않거나 블록을 만들지 않으면 재빨리 다음 순위의 노드가 블록을 생성하는 대비책(fallback)도 있어야 한다.
갑작스러운 자산 이동에 따른 블록 생성자 선정 등 PoW에 비해서 고려해야 할 사항이 많고 복잡하기 때문이다. 그래서 현재는 Delegated PoS 방식으로 자신의 자산을 안정적인 노드 운영 능력을 갖춘 다른 노드에게 위임하는 방식을 많이 채택하고 있다.

결론

이더리움 이후 PoS 합의 알고리즘을 채택하여 새롭게 등장한 블록체인들은 이오스(EOS), 퀀텀(QTUM), 코스모스(ATOM), 테조스(XTZ) 등이 있다. PoS가 PoW보다 훨씬 효율적인 알고리즘이긴 하지만, 구현은 PoW보다 훨씬 복잡해서 대부분 DPoS 방식으로 블록체인이 운영되고 있는데 아직까지 비트코인이나 이더리움만큼 시장 지배력을 갖는 블록체인은 나오지 않은 것 같다. 하루빨리 PoS가 정착되어 효율적인 블록체인 생태계를 만들어 나가길 바란다.