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3 블록체인의다변화 : 채굴없는블록체인의확산 남충현정보통신정책연구원부연구위원 *namch@kisdi.re.kr, * 연세대학교경제학과학사, 동대학원석사 *University of Warwick 경제학박사 블록체인의다변화 : 채굴없는블록체인의확산 1. 광고총량제개념및도입방식 블록체인은비트코인에서중개기관을거치지않은개인간의 P2P 거래의신뢰성을담보하기위하여처음으로고안되었다. 비트코인은승인을기다리는신규거래들을블록이라는단위로모아서, 작업증명이라는채굴과정을거쳐승인을받게하고, 이전에승인받은블록에이어붙여서체인을만드는식으로블록체인네트워크의신뢰성을유지하도록하였다. 그러나, 퍼블릭블록체인으로불리는이러한구조는누구나작업증명만통과하면승인권한을가진다는개방성을부여하는반면거래처리용량의제한으로인한확장성부족및장부에기입하는데이터의포맷한정, 작업증명 ( 채굴 ) 과정에서의막대한비용발생등과같은커다란문제들도초래하였다. 따라서, 비트코인에처음등장한블록체인기술이금융, 의료, 무역, 공공행정등다양한분야로응용되는과정에서는프라이빗 (Private) 블록체인이라불리는변형된형태의블록체인이주를이루게되었다. 이는비트코인등의퍼블릭블록체인이작업증명등채굴과정만거치면누구에게나거래승인권한을주는반면에, 네트워크의운영주체등검증자 (Validator) 역할을하는사람에게만거래의승인을주는시스템이며, 네트워크에참여할자격에도제한을두고있다. 이러한변형의결과작업증명을통한채굴과정이불필요하게되었으며, 더욱빠른거래속도를달성할수있게되었다. 동시에의료기록과같이용도에맞는특화된데이터를장부에써넣는것도더욱용이해진다.

4 블록체인의다변화 : 채굴없는블록체인의확산 그러나, 이러한변형은중개기관등중앙의권위에의지하지않고서도개방형거래네트워크의신뢰를확보한다는원래의원칙을어느정도타협하는것을의미하며, 비트코인과같은개방성과탈중앙화를기대할수는없다. 그럼에도불구하고, 프라이빗블록체인역시장부가다수에게분산되어보안성이향상되며, 이미쓰여진기록을사후에무단으로수정하는것이매우어려워기록의신뢰성이높아진다는점에서는블록체인의고유한장점을유지하고있다. 이렇듯블록체인은다양한형태로진화하고있으므로, 블록체인기술을적용할때는무엇이가장목적에적합한형태인지를잘고려해야한다. 또한프라이빗블록체인의경우에는시스템전체의신뢰도는운영주체의신뢰도에의지하므로, 참여자의신뢰를얻을수있는시스템운영가버넌스의룰을정립하는것이필수적이다.

5 1. 서론 1. 서론 비트코인과퍼블릭블록체인 비트코인에서금융기관등중앙의권위에전혀의존하지않는완전한 P2P 온라인거래를달성하기위해블록체인기술이최초로개발됨 - 중앙서버가없는개인간의 P2P 온라인결제는토큰이라불리는디지털화폐를한개인이다른개인에게이체한다는송금메시지가다른모든참여자들에게발송되는방식으로이뤄짐 이송금메시지를수신한다른참여자들은자신이보유한거래내역장부의내용을이메시지에맞추어자동적으로업데이트함 - 같은토큰을두번사용하는이중지불은기존의 P2P 네트워크에서는방지하기어려웠음 - 비트코인은블록체인기술을사용하여중앙의서버등관리주체없이도이중지불문제를해결한최초의완전한 P2P 결제시스템이며, 누구나거래장부에접근권한을가진다는점에서퍼블릭블록체인에속함 비트코인의퍼블릭블록체인기술은장부의분산및기록의비가역성으로보안성의향상을가져오지만과도한채굴비용등의비효율성도수반함 - 거래장부가특정서버에집중된것이아니라모든사용자의컴퓨터에분산되어저장되며, 한번쓰여진기록은다시고쳐쓸수없기때문에높은보안성을가짐 - 작업증명에의한채굴과정을통하여, 신뢰할수없는참여자조차도전체네트워크의신뢰성에기여할수있는인센티브구조를구현함 - 반면, 비트코인채굴을위한대량의컴퓨터가동비용및막대한전력소모가필요하며, 거래처리량이제한된다는비효율적요소도있음 3 3

6 블록체인의다변화 : 채굴없는블록체인의확산 블록체인의다변화 프라이빗블록체인은거래장부를분산한다는점은같으나, 작업증명과채굴과정을생략하고대신에중앙의관리주체가거래의승인및블록생성권한을보유함 - 많은연산을필요로하는작업증명과채굴과정이불필요해지므로거래속도의대폭향상및비용절감이가능해짐 프라이빗블록체인에도토큰 ( 가상화폐 ) 가존재하는경우가있으나, 비트코인과달리참여자가직접채굴하지않고시스템관리주체에의해발행됨 - 거래장부에가상화폐송금내역뿐아니라, 의료정보등비금전적데이터도포함될수있음 - 해당목적에부합하는특화형설계가보다용이하며, 금융, 의료, 무역등다양한분야에폭넓게응용이가능함 - 그러나, 중앙의권위에의지하지않고모든사람이자유롭게참여한다는비트코인의원칙은타협하게되었음 컨소시움블록체인은프라이빗블록체인과같이참여자격에제한이있지만시스템의관리주체가복수의관계자의협의체라는점이차별점임 - 채굴과정이불필요하며퍼블릭블록체인보다거래속도가빠르다는프라이빗블록체인의특징을공유함 - 복수의이해관계자와운영주체가장부권리권한을공동으로행사하면서같은거래장부데이터를공유함 4

7 2. 블록체인의개념 2. 블록체인의개념 비트코인 : 블록체인의원형제시 비트코인은중개기관의권위에전혀기대지않으면서거래장부를보유한개인들간의직접적거래가이뤄지는최초의완전한 P2P 온라인결제시스템임 - P2P 온라인결제네트워크에서는토큰이라불리는디지털화폐를한개인이다른개인에게전송하며, 이송금메시지가다른모든참여자들에게전송되는방식으로송금이이뤄짐 토큰 ( 디지털화폐 ) 의보유자는암호화된고유키 ( 유료 SW의인증번호와유사 ) 를보유하며, 송금메시지에이고유키가포함되어야만거래가유효함 - 가지지않은토큰을전송하는부정행위는전송된토큰의암호키를확인하여 ( 디지털서명 ) 쉽게방지가능하지만, 실제로보유한토큰을두번사용하는이중지불을방지하는것은매우어려움 - 동일한토큰의전송메시지를두번발송한다면, 나중의것을취소해야이중지불을방지할수있지만, 중앙서버가존재하지않는 P2P 네트워크에선거래의선후순서를정확히알수없음 P2P 네트워크에서시간의표준을부여하는권위가없기때문에, 거래기록을모은블록들을순서대로연결해체인 ( 블록체인 ) 을만드는방식으로거래의선후순서를판정함 - P2P 네트워크에서는거래메시지가모든참여자 ( 노드 ) 들에게전송될때지연이발생하며, 또한서로다른시스템시계 ( 개별컴퓨터에서임의적조작이가능 ) 를가지고있기때문에통일된시간기준이부재함 - 비트코인에서는 P2P 상의메시지전달지연을감안, 약 10분간격으로최근거래메시지들을모아하나의블록을만들며, 나중에만들어진블록이앞의블록에연결되며체인 ( 블록체인 ) 을구성함 5 5

8 블록체인의다변화 : 채굴없는블록체인의확산 - 블록이새로생성되는시간간격을일정하게하도록, 전체네트워크가참여해서푸는데약 10분이걸리는수학적퍼즐을풀어서맞춘참여자 ( 노드 ) 만이새블록을생성할권한을부여함 - 이렇게수학적퍼즐 1) 을맞추어새로운블록을만들고승인대기중인거래메시지들을써넣는과정을작업증명 (Proof Of Work) 이라고함 - 블록들이연결된체인내에서같은블록에속하면동시에이뤄진거래로, 더앞의블록에소속된거래는더먼저발생한거래로간주함 작업증명은거래들의선후순서를조작하는것을어렵게하여이중지불을억지하는역할을하며, 이에참여하는보상으로서가상화폐 ( 비트코인 ) 를지불함 - 작업증명을하여블록을생성하기위해서는연산장치를구동하기위한비용 ( 전기료등 ) 이들기때문에, 새로생성된비트코인을보상으로제공하며이를비트코인채굴 (mining) 로부름 - 비트코인네트워크에서유일한시간의표준은블록체인의시작블록에서부터몇번째의블록에위치하느냐의여부임 - 서로다른두개의체인이대립하면, 중앙의권위가진본을판별해주는대신에더욱길이가긴체인이 ( 더오래전에생성되었을것이므로 ) 진본체인으로간주됨 - 그러나, 전체네트워크를압도하는연산능력으로빠르게블록을만들어내서진본보다더욱긴조작된체인을만들어내면시간의순서를조작하여진본 ( 더오래전에만들어진 ) 으로승인될위험이있음 - Satoshi Nakamoto(2008) 는블록체인의기록을위조하려는자는그동안전체참여자들이함께쌓아온거대한누적연산량과대결해야하기때문에거의불가능하다는것을보임 1) 비트코인의작업증명은 Hash function( 언제나같은길이의숫자가출력값 ) 이라는변환함수를활용하여, 일정한목표치이하의출력값을산출하는입력값을무작위로찾아내는식으로이뤄진다 ( 비밀번호를모를때반복시도해서찾아내는것과유사함 ). 출력값의목표치를낮출수록난이도가높아지며, 채굴에참여하는컴퓨터들의전체연산력이높아지면이난이도를상향조정한다. 6

9 2. 블록체인의개념 비트코인의블록체인의특징 비트코인의블록체인은거래장부가모든참여자에게공유되며, 누구나자유롭게거래장부에읽고쓸수있는퍼블릭 (Public) 블록체인임 - 기존의온라인거래는금융기관이나 PayPal 과같은중개기관의권위에대한신뢰에의존하여거래의신뢰성을보장하며, 따라서권위를인정받지못한참여주체들은거래장부에대한접근권한이제한됨 - 반면, 비트코인은작업증명과정을통해서, 그누구도장부를위조하는것이본인에게이익이되지않도록함으로써신뢰할수없는참여자들조차도전체네트워크의신뢰도를높이는데기여하도록함 - 라인홀트니버가도덕적개인이모여비도덕적집단을만들수있다고경고한반면, 비트코인은신뢰할수없는개인이모여신뢰할수있는네트워크를만들어내는데성공함 - 누구도신뢰할필요가없기때문에, 누구에게나똑같이자유롭게거래장부를공유할수가있음 블록체인의기록은그누구도나중에고쳐쓰는것이거의불가능한비가역성을가지며, 이로인해강력한변조방지기능을가짐 - 블록체인은기존에연결된블록들의체인에새로운거래를추가할수만있을뿐기존의블록의거래내용을그누구도변경할수없음 - 나머지전체네트워크를능가하는연산력을독점한행위자가있으면이전블록의기록을고쳐쓴후에새로운블록을연속해서추가하는식으로과거기록의변조가가능하지만가능성이매우낮음 비트코인의블록체인의문제점 거래속도가느리며, 블록에써넣을수있는내용이한정되어있음 - 거래내역이모든참여자들에게전파되고새로운블록에쓰여지는과정에시간이소요되어전체네트워크의거래처리용량은약 1초에 7회정도로제한되어있음 7 7

10 블록체인의다변화 : 채굴없는블록체인의확산 - 새로운블록에쓰여져승인받기를기다리는거래들의대기열이증가하면서거래의승인에걸리는시간이길어짐 2) - 블록의용량이제한되어있으며, 블록안에토큰송금내역이외의다른복잡한거래내역을써넣는데한계가있음 작업증명을통한비트코인채굴 (mining) 작업에들어가는비용이과도하여사회적낭비를발생시킴 - 비트코인의마이닝작업이소모하는전력량은아일랜드국민들전체가소모하는전력량보다더높다고함 (The Guardian, ) - 비트코인은장부위조를막기위해서는블록을생성하는비용을높게유지할필요가있기때문에마이닝에참여하는컴퓨터의수가늘어날수록마이닝비용이증가하지만이는사회적낭비임 2) 거래가승인받기이전의대기시간동안에는물품을인도받은상대방이고의로이중지불을시도하여송금거래를무효화시킬위험이있음 8

11 3. 블록체인의다변화 3. 블록체인의다변화 프라이빗블록체인의확산 - 개방성원칙의타협 프라이빗 (Private) 블록체인은비트코인과달리블록의승인권한을보유한시스템관리주체가존재하며, 참여자격도제한됨 - 채굴과정을거쳐새로운블록을승인하는것이아니라운영주체가검증자 (Validator) 역할을수행하여새로운블록이승인이됨 모든참여자가기록에대한동등한읽기 / 쓰기권한을가진퍼블릭블록체인과 달리, 운영주체는일반참여자보다더높은권한을보유함 - 비트코인등퍼블릭블록체인이모든참여자를동등하게불신하는것과달리, 검증자역할을하는시스템운영주체는일반참여자보다더욱신뢰할수있다고전제함 - 비금전적인내용도유연하게장부에써넣을수있으며 3), 금융, 무역, 의료, 공공행정등가상화폐결제이외의분야에블록체인이응용되는경우는주로프라이빗블록체인에해당됨 프라이빗이란사기업소유란뜻이아니라모든참여자가자유롭게장부에기록을써넣을수있는퍼블릭블록체인에대비된다는뜻이며, 공공부문도프라이빗블록체인의운영주체가될수있음 비트코인의개방성의원칙을타협하는대신에거래속도등의효율성을크게증대시킴 - 전체노드에거래내역을전송하고합의를구하는절차를생략하여거래처리속도를크게증가시킴 - 채굴이필요없게되므로, 작업증명을통한채굴에들어가는전기료등의막대한비용을절약할수있음 3) 퍼블릭블록체인의경우에도이더리움처럼장부내에프로그래밍코드등토큰송금내역이외의데이터들을써넣을수있는경우가있으나, 데이터의제한이보다큰편임 9 9

12 블록체인의다변화 : 채굴없는블록체인의확산 - 그러나, 이러한효율성증대의반대급부로전체네트워크의신뢰성은전통적시스템과마찬가지로특정한관리주체의신뢰성에다시의존하게되었으며탈중앙화와개방화의원칙은타협하게되었음 - 이로인해, 프라이빗블록체인은진정한블록체인이아니라는비판이제기되었음 프린스턴대학의 Arvind Narayanan 교수 ( ) 는프라이빗블록체인이기존의데이터베이스의공유형 (shared) 버전과근본적차이가없다고비판함 반면, Multichain 의 Gideon Greenspan( ) 은프라이빗블록체인과기존의중앙집중식데이터베이스는분명히다르며, 프라이빗블록체인은높은신뢰성등여러차별점을가진다고반박함 이더리움의창시자 Vitalik Buterin( ) 은 블록체인을구성하는데단한가지의올바른방법이있다고믿는것은완전히잘못된것 이라고지적함 - 또한, 거래주체들사이의이질성이매우크고데이터베이스를공유하기힘든경우에는오히려퍼블릭블록체인이더욱빠른거래를달성할수도있음 프라이빗블록체인은비트코인등퍼블릭블록체인의개방성을타협한대신거래장부의분산및기록의비가역성을통한보안성과투명성증대라는특성은유지함 - 장부가다수의참여자에게공유되어저장된다는특성은비트코인과같으며, 이로인하여중앙시스템이해킹당하면전체데이터가훼손되는기존시스템대비보안성이증대될수있음 - 과거의거래내역을사후수정하기어렵게하고 4), 사후수정시반드시기록에남도록함으로서감사가능성 (Auditability) 이라는블록체인의특성을유지함 4) 프라이빗블록체인의경우 Validator 로서관리권한을가진주체에게기존기록의수정권한을부여하는경우도있기때문에, 기록의비가역성은퍼블릭블록체인에비해서는덜보장될수도있음 10

13 3. 블록체인의다변화 컨소시움블록체인 - 관리권한의분산 컨소시움블록체인은프라이빗블록체인과유사하지만다수의관리주체의합의제로운영된다는점이차별점 - 모든사람에게장부가개방된것은아니라는점에서프라이빗블록체인에해당하지만, 새로운블록의승인권한등을가진검증자 (Validator) 의역할이다수의관계자에게분산되어있음 - 시스템관리권한을가진다수의주체의협의로운영된다는점에서컨소시움블록체인이라고불리며, 이를프라이빗블록체인과별개의유형으로분류해야하는가에대해서는이견이존재함 - 시스템관리권력의분산을통한견제와균형을통해시스템전체의신뢰성을증대시킬수있으며단일관리주체의시스템에비해투명성의향상이가능함 - 프라이빗블록체인과마찬가지로채굴작업을생략하고, 노드간의합의절차를부분적으로생략함으로서효율성향상이가능함 - 퍼블릭블록체인과마찬가지로장부가다수에게분산이되어있으며, 거리기록의비가역성으로보안성및투명성제고가가능함 프라이빗블록체인의도입사례 세계최대해운사인머스크 (Maersk) 사는다수이해관계자가개입된물류체인의관리를위하여블록체인을도입하려고함 - 머스크해운은자사가처리하는화물의전세계적인이동을블록체인을통하여추적하고관리하는시스템을구축하기위하여 IBM과의제휴할것을발표함 (Shippingwatch, ) - 해운의경우같은컨테이너안에서로다른화물들이있으며, 화물을발송한화주측, 그것을받아볼고객과각국의세관등다수의관계자가얽혀있어물류데이터관리의복잡성을증가시킴 11 11

14 블록체인의다변화 : 채굴없는블록체인의확산 - 머스크해운이한개의컨테이너를동아프리카에서유럽까지운반하는과정에서의서류작업처리를위해약 30명의인원과 200건이상의비즈니스인터랙션이필요했다고함 (MIT Technology Review, ) - 화주와세관, 해운업계등특정화물아이템에관계된모든주체들이공유하는분산형장부를만들면, 업데이트되는정보들을새로운블록에추가하여모든관계자가동시에조회할수있음 구글 DeepMind 는블록체인기술을활용하여의료기록을관리하는솔루션을개발하기로함 - 구글 DeepMind 는 Verifiable Data Audit 이라고불리는의료기록관리솔루션을개발할것이며, 이는블록체인기술을기반으로의료데이터를관리할것이라고발표함 (MIT Technology Review, ) - 이경우, 참여자들이공유하는분산된장부가존재한다는것은비트코인과같지만, 코인송금내역대신에환자의의료기록이장부에쓰여진다는점이차이점임 - 환자나의사등접근권한을보유한참여자들만이장부를공유할수있는프라이빗블록체인시스템이며, 장부에쓰여진의료기록을조회하려면반드시로그인을해야함 - 환자개인의의료기록에접근해서사용한경우모두기록에남으며, 환자몰래접근해서의료기록을가져가거나수정하는것이불가능하다는것이최대의장점임 IBM은 Batavia 라는블록체인기반국제무역결제시스템을개발하였으며, UBS, Commerzbank 등의금융기관들이참여 - Project Batavia 는 IBM과 UBS 가공동으로개발을시작한블록체인기반국제무역지불결제시스템이며, 무역상품이국제간이동하는과정을추적하면서각단계별로자동적으로대금지불을수행하게됨 12

15 3. 블록체인의다변화 - Bank of Montreal, Caixabank, Erste Bank와 Commerzbank 도프로젝트에참여하기로발표하였으며, 2018 년초에첫거래를시작하는것을목표로함 (Financial Times, ) - 국제무역의지불결제에서는구매자와판매자, 거래은행, 세관등이서로다른나라에있으며, 이에따라결제과정이복잡하고오래걸릴뿐아니라하나의기관이전과정을일관되게규율하기어려웠음 - Batavia 는국적이다른여러기관의컨소시움이블록체인형태로물류의흐름과이에따르는결제정보를공유하고, 이로서다수의다국적이해관계자사이의복잡한거래를투명하고신속하게조정함 - Batavia 는 Maersk 와같은단일기관이관리주체가되는게아니라무역거래에참여하는다수의기관들이공동관리할뿐아니라새로운기관들의참여에문을열어놓고있음 13 13

16 블록체인의다변화 : 채굴없는블록체인의확산 4. 시사점 모든참여자에게개방된퍼블릭블록체인과참여자격및접근권한에제한을두는프라이빗블록체인사이에서적절한유형을선택해야함 - 퍼블릭블록체인과프라이빗블록체인사이의양자택일이아니며, 프라이빗블록체인들간에도공개범위나관리주체의권한등에서커다란차이가있음 - 블록체인기술의적용대상네트워크가포괄하고자하는참여자의범위, 요구되는거래속도와처리용량및보안수준등을감안하여최적의유형을선택해야함 - 거래에참여하는주체가이질적이고다수일경우에는퍼블릭블록체인또는보다분산형의프라이빗블록체인 ( 컨소시움블록체인등 ) 이보다적합함 - 반면, 동질적인주체간의거래의경우에는블록체인기술이기존의중앙집중식데이터베이스보다우월하지않을수도있음 5) 프라이빗블록체인의경우투명하고공정한데이터가버넌스룰설정의필요성이퍼블릭블록체인보다더욱커짐 - 비트코인등의퍼블릭블록체인은시스템의신뢰성이참여자의신뢰성에의존하지않는반면, 프라이빗블록체인은시스템의신뢰성이시스템운영주체의신뢰성에의존함 - 프라이빗블록체인의신뢰성은작업증명등의게임이론적장치를통해서가아니라시스템운영주체가운영의룰설정에모든관계자들을참여시키고적극적으로합의를구함으로서담보될수있음 5) 블록체인에서장부의복사본을분산해서보유하는것은데이터중복으로인한속도저하가반대급부로따름 14

17 4. 시사점 다수의기관들이함께참여하여컨소시움블록체인네트워크를구성하기위해서는데이터포맷및데이터공유정책의조율작업이필수적임 - 블록체인네트워크는보다이질적인주체들을포괄할수록기존중앙집중식데이터베이스대비우위를가지지만, 이는이질적인주체들사이의조정의문제를과제로남김 - 서로다른기관들은대부분서로다른데이터포맷과데이터공유정책을가지고있기때문에, 이들간에합의에도달해야블록체인네트워크구축이가능함 예를들어, 서로다른지역과전공분야의병원들이제휴하여의료기록을공유하는블록체인네트워크를구성하는경우, 병원들마다서로다른의료관리기록및데이터공유정책을서로맞춰서합의에도달해야함 - 이러한합의는블록체인기술이자동적으로가져다줄수있는것이아니며, 각주체간의소통과타협의사회적프로세스가수반되어야가능해지는것임 15 15

18 블록체인의다변화 : 채굴없는블록체인의확산 참고문헌 Financial Times ( ). Banks team up with IBM in trade finance blockchain Gideon Greenspan ( ). Private blockchains are more than just shared databases, Multichain MIT Technology Review ( ). The World s Largest Shipping Company Trials Blockchain to Track Cargo MIT Technology Review ( ). DeepMind s New Blockchain- Style System Will Track Health-Care Records Nakamoto, Satoshi (2008). Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System Narayanan, Arvind ( ). Private blockchain is just a confusing name for a shared database, Freedom to Tinker. Shippingwatch ( ). Maersk Line and IBM form new digital partnership The Guardian ( ). Bitcoin mining consumes more electricity a year than Ireland Vitalik Buterin ( ). On Public and Private Blockchains, Ethereum Blog. 16