Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology Vol.7, No.5, May (2017), pp

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지아 군
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1 Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology Vol.7, No.5, May (2017), pp ASIC 채굴방식과 GPU 채굴방식의채굴성능비교 최승주 1), 김종배 2) Comparison of Mining Capability between ASIC Mining and GPU Mining Seung Joo Choi 1), Jong-bae Kim 2) 요약 비트코인은 2009 년나카모토사토시라는가명의인물에의해개발된가상화폐이다. 블록체인이라는분산화된공공거래장부를통해중앙통제에의존하지않고이중지불문제가발생하지않는안전한거래가이루어진다. FBI 에서사이버암시장 실크로드 로부터압수한비트코인 5 만개를경매에내놓았고, 일본에서는비트코인에관련된법을개정하는등비트코인은전자화폐로서세계적으로인정받고있다. 비트코인은채굴이라는행위를통해발행되는데현재에는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 라는전용채굴기가대부분의비트코인을채굴하고있다. 이전용채굴기의등장으로소수의채굴자가다량의비트코인을채굴할수있는능력을갖게되었고, 이는비트코인의안전성을보장해주는블록체인의분산화를위협하고있다. 본논문은 ASIC 채굴방식의문제점을분석하고현재의 GPU 성능이발전한것을근거로 GPU 채굴방식을제안한다. 또한 ASIC 와 GPU 채굴방식의채굴성능을비교하여일반적인홈컴퓨터의채굴능력이충분함을보이고자한다. 이러한비교를통해 ASIC 가아닌일반홈컴퓨터사용자들이새롭게채굴에참여할수있는방향을제시함으로써채굴자의풀자체의크기가커지고이기적인채굴, 즉블록체인의변조가능성을낮출수있을것으로기대한다. 핵심어 : 비트코인, 블록체인, 채굴, 마이닝, ASIC Abstract Bitcoin is electronic money appeared in 2009 developed by Nakamoto Satoshi. WIth blockchain, the distributed opend account book, it is possible to have deal with no central control and no double payment. Bitcoin get recognition as digital money globally. FBI put bitcoin seized from Silk Road which is cyber black market at auction, and Japan amend the law of Bitcoin. Bitcoin is mined by mining, and it is usually worked by ASIC in nowdays. WIth ASIC a few miner got strong mining capablity, and it is threatening distributed blockchain. In this paper, with analysis of problem of mining bitcoin using ASIC and with advance of GPU capablity, researchers suggest GPU mining. Also, with comparison of mining capability between ASIC and GPU, researcher shows that home computer has enough mining capability. Received (February 27, 2017), Review Result (March 14, 2017) Accepted (March 21, 2017), Published (May 31, 2017) Graduate School of Software, Soonsil University, Seoul, Korea csj5183@gmail.com 2 (Corresponding Author) Graduate School of Software, Soongsil University, Seoul, Korea kjb123@ssu.ac.kr ISSN: AJMAHS Copyright c 2017 HSST 829

2 Comparison of Mining Capability between ASIC Mining and GPU Mining With result of comparison, researchers show that home computer users can participate in mining. As a result, the size of mining pool become bigger, and possibility of falsification of blockchain become smaller. Keywords : bitcoin, blockchain, mining, ASIC, GPU mining 1. 서론 비트코인은 2009년나카모토사토시라는가명의인물에의해개발된가상화폐이다. 블록체인이라는분산화된공공거래장부를통해중앙통제없이거래가이루어지는것이특징이다 년 FBI에서사이버암시장 실크로드 로부터압수한비트코인 5만개를경매에내놓았다 [1]. 또한일본정부는가상화폐관련산업육성을위해 2016년 5월가상화폐와관련한법을개정했으며, 비트코인거래소설립을등록제로바꾸고감사의무까지부가했다 [2]. 이처럼비트코인은이미전자화폐로서세계적으로인정받고있다. 비트코인은채굴 (mining) 이라는행위를통해발행되는데현재에는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 라는전용채굴기가대부분의비트코인을채굴하고있다. 이전용채굴기의등장으로소수의채굴자가다량의비트코인을채굴할수있는능력을갖게되었다. 이처럼채굴능력이높은소수의채굴자들이채굴을독점하게되면비트코인의기본인블록체인, 즉거래장부의분산화를위협할가능성이높아진다. 따라서본논문은블록체인의분산화관점에서 ASIC 채굴방식의문제점을분석하고과거의 GPU보다현재의 GPU 성능이발전한것을근거로문제의해결방안으로 GPU 채굴방식을제안한다. 또한 ASIC와 GPU 채굴방식의채굴성능을비교하여일반적인홈컴퓨터의채굴능력이충분함을보이고자한다. 이를통해다수의채굴자가채굴에참여할수있는방향을제시함으로써블록체인의분산화가이루어지며결과적으로비트코인의안정성이높아지기를기대한다. 2. 관련연구 2.1 비트코인 비트코인은 2009년 1월나카모토사토시 (Nakamoto Satoshi) 라는가명의인물에의해개발된가상화폐이다 [3]. 비트코인은 P2P 방식의분산적인디지털암호화통화로비트코인을발행하는중앙통제기관이없고채굴 (mining) 이라는과정을통해서만발행되기때문에그양이정해져있어인플레이션의영향을받지않는다. 비트코인을채굴하는사람혹은단체를채굴자 (miner) 라고일컬으며, 복잡한수학적암호를풀어그대가만큼비트코인을받는다. 비트코인은사용자의익명성이보장되어개인정보보호기능이우수하다. 중앙통제기관이필요없어금융시스템의접근성이없거나높은수수료를지불해야하는저개발국가에서유용하게쓰일수있다 [4]. 또한 [ 그림 1] 에서보면비트코인은다른전자화폐와달리쌍방향가상화폐이다. 폐쇄형가상화폐의예로는게임상의 830 Copyright c 2017 HSST

3 Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology Vol.7, No.5, May (2017) 머니가있고, 단방향가상화폐의예로는싸이월드의도토리가있다 [5]. 앞의두전자화폐와달리 비트코인으로실물화폐를구매할수있을뿐만아니라실제물건을구매할수도있고서비스를 제공받을수도있다 [5]. [ 그림 1] 가상화폐시스템구조비교 [Fig. 1] Comparison of Electronic Moneys System Structures [ 그림 2] 는현재까지채굴된비트코인의누적양을보여주고있는데, 시간이지날수록비트코인의채굴양이줄어드는것을볼수있다. 이는비트코인이처음개발될당시비트코인총채굴양을정해놓고, 시간이지날수록한번에채굴되는양이줄어들도록설정되어있기때문이다 [6]. 2.2 블록체인 [ 그림 2] 비트코인누적채굴량 [Fig 2] Bitcoin in circulation ISSN: AJMAHS Copyright c 2017 HSST 831

4 Comparison of Mining Capability between ASIC Mining and GPU Mining 블록 (block) 이란수많은대기거래를보관하고승인하는블록체인내의기록이다. 블록체인 (block chain) 은연대순으로나열된비트코인거래들의공공내역서이다. 블록체인은모든사용자들간에공유되며, 비트코인거래의영속성검증과이중사용의방지를위해사용된다 [7]. 블록체인은거래기록을중앙서버에보관하는것이아니라거래참가자모두에게공개되는구조이다. 블록체인은분산데이터베이스와유사한형태로네트워크참여자들이데이터를저장 검증하므로임의조작이어렵도록설계되어있다. 블록체인은 10분동안발생한모든거래정보를기록한 블록 (block) 을생성하고모든구성원들에게전송을하여유효성이확인될경우에만기존의블록체인에연결한다 [8]. 3. 현재채굴방식의문제점 처음에는 CPU를이용하여비트코인을채굴 (Mining) 하였다. 하지만 CPU는처리기를 2~4개밖에갖고있지않으므로채굴의속도가느렸다. 채굴의속도를높이기위해곧수백개의처리기를가진 GPU를이용하여비트코인을채굴하기시작했다. 그후 2013년에채굴만을위한전용채굴기계 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit) 가개발되었고, 현재는대부분의채굴자 (miner) 가 ASIC를사용하여채굴하고있다. [ 그림 3] 은추정되는비트코인채굴자수를보여준다. 그림을보면 ASIC가등장한 2013년이후채굴자의수가급격히증가한후유지되고있는것을알수있다 [9]. [ 그림 3] 추정되는비트코인채굴자수 [Fig. 3] Estimated number of bitcoin miners 832 Copyright c 2017 HSST

5 Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology Vol.7, No.5, May (2017) 이렇게전용채굴기를이용하여채굴능력이뛰어난채굴자들에게채굴능력이집중되면비트코 인의기본개념인블록체인분산화가이루어지지않으며, 블록체인의변조가능성이높아진다. 즉, 이기적인채굴자들이연합하여분산네트워크를장악해선의의채굴자에게피해를주는이기적인 채굴이발생할수있다. 이기적인채굴을막기위해서는전체풀의크기에서정직한채굴자의수 가 2/3 이상이어야한다 [10]. GPU 의채굴능력으로는이기적인채굴자가될수없음을감안한다면 GPU 를이용하는채굴자의유입은정직한채굴자일수밖에없다. 따라서 GPU 를이용한채굴자들 의유입을통해블록체인의변조가능성을낮출수있을것이다. 4. 그래픽카드의기술발전에따른채굴능력변화 기존의 GPU를이용하던방식에서전용채굴기로채굴하는방식으로변화한것은채굴보상으로받는비트코인보다채굴자의전기소모비용이커이익이없었기때문이다. 하지만그래픽카드기술이발전함에따라 [ 그림 4] 에서볼수있듯이 2010년의그래픽카드에비해현재의그래픽카드의채굴능력이급격히발전하였다 [12]. 따라서현재에는전용채굴기보다채굴효율을떨어질지라도채굴보상에따른이익이있을것으로기대된다. 이러한이익을통해새로운채굴자들이채굴에참여하는동기를부여할수있을것이다. 최근출시된고사양의그래픽 FPS 게임오버워치의플레이어가 1500만명을넘어섰다 [11]. 이것으로약 1500만개의고사양그래픽카드가사용되고있음을알수있다. 이것외에도최근에는고사양의게임들이많이소비되고있으므로고사양그래픽카드를가진잠재적채굴자들의수가매우많다. 이러한잠재적채굴자들을채굴과정에참여시킴으로써풀의크기를늘리고비트코인의안정성을높일수있다. [ 그림 4] GPU 별채굴속도 ISSN: AJMAHS Copyright c 2017 HSST 833

6 Comparison of Mining Capability between ASIC Mining and GPU Mining [Fig. 4] Mining Speed of Gpu(Mh/s) 5. ASIC 와 GPU 의채굴능력비교 다음두표는 2013년도의 ASIC와그래픽카드의해시속도표이다 [12, 13]. 해시속도는비트코인네트워크의처리능력을측정하는단위로 1Mhash/s 는 1초에 100만개의계산을할수있음을의미한다 [14]. 두표를비교해보면 2013년도의 ASIC와그래픽카드의비트코인네트워크처리능력에큰차이가있었음을알수있다. [ 그림 5] 2013년출시된그래픽카드의 Mhash/s 표 [Fig. 5] Table of Graphic Cards Mhash/s retrieved in 2013 Graphic Card Model Mhash/s GTX 660 Ti 23 GTX GTX GTX GTX GTX [ 그림 6] 2013년출시된 ASIC의 Mhash/s 표 [Fig. 6] Table of ASICs Mhash/s retrieved in 2013 ASIC Product Mhash/s Avalon ASIC 66,300 ModMiner Quad 800 X6500 FPGA Min 400 BitForce SHA256 Single 832 Butterflylabs Mini Rig 25,200 다음두표는 2016 년현재의 ASIC 와그래픽카드의해시속도표이다 [12, 13]. [ 그림 7] 2016년출시된그래픽카드의 Mhash/s 표 [Fig. 7] Table of Graphic Cards Mhash/s retrieved in 2016 Graphic Card Model Mhash/s Titan X 1, Copyright c 2017 HSST

7 Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology Vol.7, No.5, May (2017) GTX 980 Ti 4,500 GTX 960 Gaming 2GOC 1,173 GTX ,048 GTX ,800 [ 그림 8] 2016년출시된 ASIC의 Mhash/s 표 [Fig. 8] Table of ASICs Mhash/s retrieved in 2016 ASIC Product Mhash/s AntMiner S7 4,730,000 Avalon 6 3,500,000 SP20 Jackson 1,500, 년도에는표중최대채굴능력을가진 ASIC는표중최대채굴능력을가진그래픽카드보다약 2882배채굴능력이뛰어났다. 2016년도에는표중최대채굴능력을가진 ASIC는표중최대채굴능력을가진그래픽카드보다약 1051배채굴능력이뛰어났다. 즉, ASIC와그래픽카드의채굴능력차이가약 2배이상줄어든것을확인할수있다. 또한 2016년도그래픽카드의채굴능력은 2013년도 ASIC의채굴능력을따라잡았다. 이는현재의그래픽카드의채굴능력이충분하다는것을보여준다. 6. 결론 본논문에서는 ASIC를이용한채굴을사용하면서생긴문제점을분석하고과거와현재의 GPU 성능을발전한것을보여그문제점의해결방안으로 GPU를이용한채굴방식을제안하였다. 또한 ASIC를이용한채굴방식과 GPU를이용한채굴방식의성능을비교하여일반적인홈컴퓨터도충분한채굴능력을갖고있는것을보였다. 이러한비교를통해 ASIC가아닌일반홈컴퓨터사용자들이새롭게채굴에참여할수있는방향을제시함으로써채굴자의풀자체의크기가커지고이기적인채굴, 즉블록체인의변조가능성을낮출수있을것으로기대한다. References [1] Nov 18 (2014). [2] Oct 13 (2016). [3] Satoshi Nakamoto, Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System (2009). ISSN: AJMAHS Copyright c 2017 HSST 835

8 Comparison of Mining Capability between ASIC Mining and GPU Mining [4] Kyung-Mi Lee, Eun-Hee Koh, So-Hyun Joo. A Review of Bitcoin use in Korea, U.S., and Germany and its Implications for Creating Shared Value. Financial Planning Review. (2016), Vol.9, No.3, pp [5] Hee Sung Yang, Yeong Mi Gwong, Internet Money Trends of Bitcoin. Korea Multimedia Society Conference. (2015), Vol.19, No.1, pp [6] (2016) [7] [8] Park Su-min, Kang Hee Jung, Jung Yun Jeong, Hong Seng-phil. A Suggestion for Secure Fintech Services based on Blockchain. Korean Soceity For Internet Information Conference. (2016), Vol.17, No.1, pp [9] (2015) [10] JiYeon Yang, SoHee Kim, YoonJeong Kim. Bitcoin Vulnerability and Limitation Analysis of Current Countermeasure. Korean Institue of Information Scientists and Engineers Conference. (2015), pp [11] [12] [13] [14] Copyright c 2017 HSST

인문사회과학기술융합학회

인문사회과학기술융합학회 Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology Vol.6, No.2, February (2016), pp. 325-332 http://dx.doi.org/10.14257/ajmahs.2016.09 한국의 대학운영제도 변화를 위한 K-MOOC 활용방안에