가상화폐요소기술과사업화전략 피노텍핀테크연구소 수석연구원공학박사고덕윤 maniara.k@gmail.com dykoh@finotek.co.kr 이미지출처 : http://coindesk.com/
고덕윤 (maniara.k@gmail.com) 피노텍글로벌프로젝트팀팀장 / 피노텍연구소수셕연구원 서울여자대학교강사 ( 전 ) 서강대학교서강미래기술원연구교수 ( 전 ) 신한대학교겸임교수 ( 전 ) 새한정보시스템소프트웨어개발및운영 서강대학교컴퓨터공학박사 자세한이력 : www.maniara.co.kr
1. 블록체인의개요 2. 블록체인의의의 3. 블록체인비즈니스사례 4. 블록체인의비전 5. 블록체인의도전 본강의는블록체인에관한지식이없는사람을대상으로합니다. 다수의컴퓨터공학지식이포함되어있습니다. 본강의는비트코인의메커니즘을통해블록체인을공부합니다. 이미지및내용의라이선스를고려하지않았으니, 외부유출을금합니다.
블록체인의개요 이미지출처 : http://dhannoo.com/
01 비트코인 : 블록체인의등장 새로운개념의화폐 곡식은 1 만년전부터사용된화폐의원형 약 5000 년전부터등장한금은상당기간화폐로사용 종이화폐는약 1000 년전중국에서처음사용 인터넷기술이발달하면서전자화폐가등장
02 비트코인 : 블록체인의등장 실물화폐와비트코인 발행 / 폐기 / 관리등을중앙은행 / 정부에서관장함 사전정의된알고리즘대로발행함. 중앙통제기관이없음 발행주체 중앙은행 채굴참여자 도입기관 국가 개발자그룹 ( 사토시나카모토 ) 가치보증 국가기관및은행 소프트웨어알고리즘 화폐소유관리실물현금, 은행잔액기반 공개장부, 거래내역기반 공급결정권 국가기관및은행 발생량및총량이결정됨
03 비트코인 : 블록체인의등장 과연비트코인은화폐로서의가치가있는가? 비트코인은화폐의가치로인정되는가? 비트코인은위조가불가능한가? 내소유권을인정할수있는가? Yes, I can 출처 : coinmap.org
04 비트코인의거래와거래의신뢰성유지 비트코인은왜위조가불가능한가? 50 BTC 100 BTC Alice Bob Bob Charlie Alice 가 Bob 에게 50 BTC 를보냄 Bob 은잔액부족거래불가 Alice 가 Bob 에게 50 BTC 를보냄 Alice 가 Bob 에게 50 BTC 를보냄 Alice 가 Bob 에게 50 BTC 를보냄 Bob 은잔액부족거래불가 Bob 은잔액부족거래불가 Bob 은잔액부족거래불가
05 비트코인의거래와거래의신뢰성유지 P2P 시스템을채용 Client/Server 자원공유 Peer-to-peer 자원공유 Movie.avi 공유합니다. 104 번째패킷이다릅니다. 다른노드에서전송바랍니다. Movie.avi 전송합니다. Movie.avi 전송합니다. 이미지출처 : http://www.vuze.com/
06 비트코인의거래와거래의신뢰성유지 모든참여노드는모든거래내역정보를갖고있다. 너의모든거래내역을알고있으니, 위조할생각은하지말라구! 블록체인노드
07 비트코인의부인방지 블록체인의참여자가갖는최소한의조건 지갑개설 개인키생성 : 256 비트의무작위숫자생성약 10 77 ; k 공개키생성 : 개인키 * G( 생성포인트 ), 개인키로전환불가여러개의공개키생성가능 ; K k K A 개인키공개키비트코인주소 비트코인주소생성 : RIPEMD160(SHA256( 공개키 ))+Checksum 여러개의공개키생성가능 ; A
08 비트코인의부인방지 PKI 메커니즘 Bob 에게 1BTC 송금 k 개인키 T : Alice to Bob ; 1BTC 평문 K 공개키 암호문 암호화 (Alice 의개인키 ) k 공개키 xxxxxxxxx 평문 K 개인키 암호문 복호화 (Alice 의공개키 ) T : Alice to Bob ; 1BTC
09 비트코인의부인방지 비트코인에서쓰이는 PKI 메커니즘 Bob 에게 1BTC 송금 Alice 의공개키로해독이되는걸보니, Alice 의개인키로암호화된것이맞군. 즉, Alice 가보낸것이정확하군 Alice xxxxxxxxx : K 복호화 (Alice 의공개키 ) T : Alice to Bob ; 1BTC 블록체인노드
10 블록체인에서블록의의미 블록의단위 Bob 에게 1BTC 송금 Charlie 에게 1BTC 송금 [ 이전블록 ] 과거거래 1 과거거래 2 수집 Alice Bob 저도거래있어요!! 저도요저도요 수집 수집 [ 현재블록 ] 거래 1 : Alice to Bob : 1BTC 거래 2 : Bob to Charlie : 1BTC 거래 3 :.. 거래 4 :.. ( 약 10 분간의거래내역 )
11 블록체인에서블록의의미 해시코드알고리즘 입력값 Hash algorithm (SHA-256) 출력값 (256byte) 출력값 Some algorithm 입력값 원본값의해시코드를추출하니, 저장된해시코드와동일하군, 내용이위조되지않았어! 위조된입력값 Hash algorithm 다른출력값 블록체인노드
12 블록체인에서블록의의미 블록의구성 이전블록의해시코드 전체트랜잭션의해시코드 : Merkle Root 블록생성시간 문제난이도 문제정답 ( 그림출처 : Jeffrey Joo-Han Song, Bitcoin & Blockchain)
13 블록체인에서블록의의미 머클트리 앞으로거래내용에대한위변조는절대불가능하오 HA= SHA256(SHA256(Transaction A)) HAB= SHA256(SHA256(HA:HB)) HABCD= SHA256(SHA256(HAB:HCD)) 블록체인노드
14 비트코인마이닝 : 블록의생성권한얻기 실생활의사례 문제! : 다음도어락의비밀번호를알아내시오
15 비트코인마이닝 : 블록의생성권한얻기 Proof of Work 어려운문제! : 해시코드를 0000 으로시작하는추가숫자를찾으시오! ( 더어려운문제! : 해시코드를 00000 으로시작하는추가숫자를찾으시오! ) 가장빨리문제를찾는자에게상품을주겠소! WORK AND CHECK, No other Way!! "Hello, world!0" => 1312af178c253f84028d480a6adc1e25e81caa44c749ec81976192e2ec934c64 "Hello, world!1" => e9afc424b79e4f6ab42d99c81156d3a17228d6e1eef4139be78e948a9332a7d8 "Hello, world!2" => ae37343a357a8297591625e7134cbea22f5928be8ca2a32aa475cf05fd4266b7... "Hello, world!4248" => 6e110d98b388e77e9c6f042ac6b497cec46660deef75a55ebc7cfdf65cc0b965 "Hello, world!4249" => c004190b822f1669cac8dc37e761cb73652e7832fb814565702245cf26ebb9e6 "Hello, world!4250" => 0000c3af42fc31103f1fdc0151fa747ff87349a4714df7cc52ea464e12dcd4e9 꼼수없이열심히일했구나 (Proof of work). 상을주마
16 비트코인마이닝 : 블록의생성권한얻기 비트코인의작업검증 Previous block 0000004e0b Merkle Root 000000a149 문제 : 다음헤더로해시코드를추출하면, 0000001 보다작아야합니다. Nonce 란에적합한숫자를넣으시오. Timestamp 2015-01-30 10:10:00 Difficulty 1180923 Nonce?
17 비트코인마이닝 : 블록의생성권한얻기 작업증명의대가 찾았어! 내가 nonce 를가장먼저찾았다고.! 채굴인센티브 : 25BTC 각트랜잭션의수수료 : x BTC 블록체인노드
18 비트코인마이닝 : 블록의생성권한얻기 채굴을위한노력 2017 4,562 PH/sec in June (30x growth)
19 비트코인마이닝 : 블록의생성권한얻기 높아지는전력량. 초당 150~900MW 350MW 기준미국가정 28 만호의소모량 매년 50 억달러의전력비용 소양강댐 대한민국근대화의상징 연간전력생산량 : 353GW 비트코인네트워크 15 분유지 (300MW 기준 )
20 비트코인마이닝 : 블록의생성권한얻기 채굴집중화집중화도 : 0.33 (0: 완전분권, 1: 중앙화 ) 2016 년중순마이닝풀 2017 년중순마이닝풀
21 비트코인의불법거래방지 이중지불의사례 0x5123; 50BTC; Alice to Bob 50 BTC Alice Bob 1분뒤 0x5123; 50BTC; Alice to Alice 50 BTC Alice Bob! 내가돈을보냈으니, 물건을보내도록해 알았어. 확인했어. 물건보냈어. Bob 이물건을보냈으니기록을위조하자. 나에게보낸것으로바꾸어야지. Bob Alice Alice 이제뒤의거래를진짜인것처럼
22 비트코인의불법거래방지 블록체인의 Longest Block First 난가장긴쪽에붙인다 Fork!! 6 승인 이거래이후에는신뢰가가능합니다. 4 승인 1 승인 마이닝노드 Fork!! 11:34 난먼저받은쪽에붙인다. 11:35 마이닝노드
23 비트코인의불법거래방지 불법거래의성공을위한조건 : 51% 공격 6 승인까지남들보다더빨리!! 해당금액소유권없음, 처리불가 Alice to Alice 50BTC 저블록완성이요 Alice to Bob 50BTC 저다음블록완성이요 Alice to Bob 50BTC 저다음블록완성이요 Alice to Bob 50BTC Alice to Alice 50BTC A 노드 B 노드 C 노드 Alice 노드
24 블록체인의분기처리 정상상태 이미지출처 : 블록체인과금융의혁신
25 블록체인의분기처리 블록이동시에발생 이미지출처 : 블록체인과금융의혁신
26 블록체인의분기처리 이미지출처 : 블록체인과금융의혁신
27 블록체인의분기처리 분기발생 이미지출처 : 블록체인과금융의혁신
28 블록체인의분기처리 각노드에서긴블록또는먼저생긴블록에작업증명수행 이미지출처 : 블록체인과금융의혁신
29 스마트계약 : 블록체인의진화 이더리움의등장 난이더리움서비스를통해네트워크상에서스마트계약을가능하게했다.
30 스마트계약의시작 시작은미약했다. 특정계약을스스로수립, 검증, 이행하기위한컴퓨터프로토콜 계약의보안을높이기위한방안 계약비용을감소하기위한방안 1994 년 Nick Szabo 가처음으로 smart contract 라는단어를사용 Nick said Smart contract is for: minimize malicious, accidental exceptions minimize the need for trusted intermediaries lowering fraud loss, lower transaction, arbitrations and enforcement cost
31 스마트계약의한계 미약한시작의이유
32 어려움의극복방안 블록체인은스마트계약근원적문제의해결책이었다. 블록체인에스마트계약데이터를기록하겠다. 계약기록 계약내용 계약코드 이행이력 이행결과 해킹하려면해보시지! 비탈릭부테린 ( 당시 21 세, 러시아 )
33 스마트계약 : 블록체인의진화 이더리움의스마트계약의적용사례 이돈은프랑스와스페인의축구경기에서프랑스가이기면, Alice 에게가고, 스페인이이기면 Bob 에게갑니다. 이돈은레스토랑에서는지불이가능하나, 호프집에서는지불이불가능합니다. 이돈은매달 1 일 Charlie 에게 1/5 씩다섯달동안송금됩니다. 즉이돈은특정검증된프로그램에따라지불됩니다.
34 스마트계약 : 블록체인의진화 블록체인 2.0
35 스마트계약 : 블록체인의진화 스마트계약의활용예 랜덤알고리즘확실합니까? 믿기어렵습니다. 증명해주십시오 xx 육군훈련소 강한군인육성 지금부터자대배치를시작한다. 자대배치는완전랜덤알고리즘을사용한다. 믿고수긍하도록한다.
36 스마트계약 : 블록체인의진화 스마트계약과블록체인 0x1dk256 Smart Contract Created def:allocatesoldier(): 이더리움스마트계약에등록되어있다. 가서직접확인해보도록, 주소는 0x1dk259 이다. 그리고훈련병각각의배치알고리즘실행결과도모두블록체인에저장되어있다. 0x1dk256 Smart Contract Run input : 이병헌 output : 1 사단 0x1dk256 Smart Contract Run input : 강동원 output : 2 사단
37 스마트계약 : 블록체인의진화 스마트계약의실행 이제믿습니다.! 나블록생성 0xdk256 실행결과 : aa 블록수신 0xdk256 실행결과정확함블록에추가하겠음 블록수신 0xdk256 실행결과정확함블록에추가하겠음 블록수신 0xdk256 실행결과정확함블록에추가하겠음
38 스마트계약의작동원리 스마트계약생성과정 컴파일 트랜잭션생성 스마트계약코드바이트코드블록체인블록블록체인네트워크 배포 스마트계약실행과정 트랜잭션생성 실행 사용자주소매개변수블록체인블록블록체인네트워크함수주소
39 스마트계약활용예제 실제구현도그렇게어렵지않습니다. 알트코인 에스크로서비스 Buy coin Sell coin NH Coin Ether contract KWCoin { mapping (address => uint) public balances; uint KW_PER_WEI = 50000000000000000; function buycoin() {} function sellcoin(uint amount){} function showmycoin() returns(uint amount){} } contract EscrowPurchase { enum ItemState {CREATED, LOCKED, SENT, COMPLETED} uint public price; address public seller; address public buyer; ItemState public state; function registeritem(uint amount) {} function buyitem(){} function senditem(){} function receiveitem(){} }
40 이더리움의성과 스마트계약은아직도진화중 2016 년 9 월 8 일기준 121,441 개의스마트계약배포 8,515,496 ETH 거래중 약 1100 억원규모 http://dapps.ethercasts.com/
블록체인의의의 이미지출처 : cointelegraph.com
41 블록체인의의의 제 3 의정보혁명 다양한지식에대한갈망 정보의홍수 1975 년 PC 의등장 1993 년인터넷의등장 2009 년블록체인의등장 정보의소유와생산정보의공유정보의신뢰성확보
42 블록체인의의의 분권형컴퓨팅네트워크의사례 이미지출처 : keydifferences.com
43 블록체인의의의 Blockchain Revolution 의저자 Alex Tapscott 이말하길 블록체인은차세대인터넷기술이다. 정보의인터넷 The Internet of Information 가치의인터넷 The Internet of Value
44 블록체인의성과 우리는왜블록체인에관심을가져야하는가 24+ 개국가에서블록체인에투자중 3 년간 2500+ 개의특허등록 80% 의은행에서 2017 년블록체인프로젝트를계획중 90+ 개의회사에서블록체인협의체에참여 3 년간 14 억달러규모의투자유치 90+ 개의중앙은행에서국제규모의블록체인에관심이있음 이미지출처 : World finance forum, 2016
45 블록체인의성과 주요나라의국가정책동향 주요국가미국일본호주에스토니아중국 주요현황 - 2015년 9월미국나스닥은비상장주식을거래하기위한플랫폼인링크 (Linq) 에블록체인기술을적용함 - 2016년 6월미국은공공분야에서블록체인기반의헬스케어연구를추진한다고발표함 - 2016년 8월일본은행은블록체인을금융서비스의대안이라는견해를발표하고, 블록체인기반의외환시스템을준비중 - 2020년동경올림픽에서디지털화폐기반의올림픽코인을운영할계획중 - 2016년호주는블록체인을국가미래기반기술로선정, 정부차원에서블록체인전용연구센터를설립하고금융과비금융산업을망라한다양한산업에적용시범사업을진행예정 - 2016년 3월에스토니아는 e-government system 프로젝트의일환으로국가차원의블록체인망을구성하여주민관리, 건강기록, 금융기록, 전자선거서비스를제공하고이를토대로나토사이버방어사령부, 유럽연합 IT 서비스본부등을유치한다고발표함 - 2016년 6월중국 31개의금융회사는 R3 CEV의대응전략으로블록체인연합체를구성하고증권시장이나자본시장에우선적용할것을발표
46 블록체인말, 말. 무인자동차로부터기계학습, 공공서비스블록체인등차세대기술혁명 ( 중략 ) - Hillary Clinton, 미대선후보 2027 년이면전세계총생산의 10% 가블록체인의기술로저장될것 - 다보스포럼 블록체인은플랫폼혁명의중심 가트너 블록체인은미래를바꿀놀라운기술 국제연합 블록체인을자율주행자동차, 나노센서, 차세대배터리와함께떠오르는 10 대기술로선정 세계경제포럼 블록체인의파생시장은일본에서만 67 조엔에이를것으로전망 일본경제산업성
블록체인비즈니스사례 이미지출처 : cbinsights
47 블록체인비즈니스사례 : 문서무결성검증 거래문서무결성을지키기위한노력 공증도장을이용한보안특수용지를이용한보안특수패턴을이용한보안
48 블록체인비즈니스사례 : 문서무결성검증 아이디어의시작
49 블록체인비즈니스사례 : 문서무결성검증 비트코인네트워크를이용한문서무결성검증방안 트랜잭션 거래정보 Alice-> Bob / 0.0001 BTC 비트코인네트워크 데이터저장공간 문서 ID/ 문서의해쉬값 거래문서 비트코인트랜잭션생성 저장 문서저장서버
50 블록체인비즈니스사례 : 문서무결성검증 무결성검증방법 문서해쉬코드생성 Doc ID : OO 12345ABE 위변조발생 검증수행 Doc ID : OO 12345ABD 비트코인네트워크검색 비트코인네트워크 위변조검출
51 블록체인비즈니스사례 : 은행간거래기록 기존방식과의차이 기존방식 블록체인방식 청산소 청산소에기반한중앙화된관리 수수료발생 공격대상이됨 블록체인에기반한탈중앙화된관리 별도의수수료가발생하지않음 공격에의해해킹이불가능함
52 블록체인비즈니스사례 : 은행간거래기록 R3 의사례
53 블록체인비즈니스사례 : 공용사설블록체인 우리들만의블록체인 Public Private Participant Anyone Authorized Data Access Any participant Permissioned read and write Throughput Slower Faster Block Gen./Val. Proof of work, Proof of stake Agreed method Asset Native Any
54 블록체인비즈니스사례 : 사설블록체인 다양한산업에적용가능한블록체인개발및연합그룹
55 블록체인이가져올정치적변화 투명한공공 / 정치 / 행정서비스
56 블록체인이가져올경제적변화 가상기업 : DAO 의사례
57 블록체인이가져올사회적변화 생활금융
58 블록체인이가져올사회적변화 건강정보
59 블록체인이가져올문화적변화 문화콘텐츠유통
60 블록체인비즈니스의가능성 무디스의보고서에따르면
블록체인의비전과도전 이미지출처 : simpleeconomist.com
61 블록체인의비전 4 차산업혁명의기반기술 4 차산업혁명주력산업 무인자동차 3D 프린터가상현실지능형드론지능형로봇사물인터넷 주력기술을응용한산업 보안성강화 4 차산업혁명주력기술블록체인기술 인공지능 빅데이터 기반데이터의신뢰도확보
62 블록체인의비전 블록체인기술발전로드맵 2017 ~ 2022 블록체인서비스기술 금융산업에블록체인기술적용 비금융산업에블록체인기술적용 제품라인공학기반융합형블록체인 고성능분산장부기술 실시간블록체인기술 실시간적응형블록체인 블록체인플랫폼기술 고기능성스마트계약기술 블록체인을활용한인공지능기술 스마트블록체인오픈플랫폼 4 차산업혁명을위한블록체인기술 스마트계약을이용한 IoT 기술 스마트계약기반 IoT 플랫폼 블록체인인프라기술 블록체인노드경량화기술 모바일블록체인인프라
63 블록체인의비전 블록체인의과거와미래 Blockchain 1.0 Blockchain 2.0 Blockchain 3.0 핵심기술 분산원장 공용 (public) 블록체인 기술내용 P2P(Peer-to-peer) 네트워크를기반으로실시간으로원장공유 작업증명 (PoW) 등데이터검증을위한합의알고리즘 공개키기반인프라 (PKI) 보안및본인인증 송금, 결제등전자화폐 스마트계약 사설 (private) 블록체인 적용가능산업 디지털화폐 금융거래 자산관리 의료 / 건강관리 공공서비스 블록체인에연산기술을탑재하여스마트계약연산을실행 블록체인참여및접근을제어하여신속한정산처리를보임 보유업체 Bitcoin, Ripple, Coinplug, Stella Ethereum, R3 CEV, IBM, Microsoft, Coinplug 모바일블록체인인프라 지능형블록체인플랫폼 확장형블록체인서비스 블록체인노드를경량화하여모바일기기를통해노드를구성하여높은신뢰도를확보 사물인터넷등의다양한 4 차산업에적용가능한플랫폼개발 사물인터넷 자율주행자동차 기타 4 차산업
64 블록체인의비전 블록체인의시장전망 2023 년블록체인시장예상 Global : 933 조원 Local : 70 조원 Blockchain Market Size Global : 14, Local : 1 (Tri. Won) Blockchain Market Size Global : 14, Local : 1 (Tri. Won) 2023 년블록체인파생시장 Global : 1 경 2600 조 Local : 223 조원 일본무역경제산업부자료기반으로산정 Blockchain Market Size Global : 181, Local : 14 (Tri. Won) Blockchain Market Size Global : 446, Local : 33 (Tri. Won) Blockchain Market Size Global : 279, Local : 21 (Tri. Won) 이미지출처 : 일본무역경제산업부, Survey on Blockchain Technologies and Related Services
65 블록체인의도전 전문가가언급한블록체인의근본적과제 Bitcoin vs. Visa Throughput : 7tps to 5,000tps Latency : 10 min. to 2 sec. Size and bandwidth : 50 GB to 214PB/y Security : 51% attack Wasted resource : $15 million/d Usability : developer-friendly API Versioning, hard forks, multiple chains
66 블록체인에닥칠보안문제들 한학회에서발표된자료
67 비밀키추론문제 한논문으로시작된우려 2016, Algebraic approaches for the Elliptic Curve Discrete Logarithm problem over prime fields 몇분안에비밀키추론이가능하다.
68 양자컴퓨터 (Quantum computer) 에의한문제 엄청나게빠른녀석이온다. 양자컴퓨터란? 양자비트 (x,y,z) 는우리가아는비트 (0,1) 가아니다 300 개의양자비트로우주의모든원소의가능한상태표현이가능 2011 년, 캐나다의 D-Wave Systems 에서세계최초의상용화양자컴퓨터인 D-Wave One 을내놓음 비밀키가단몇분만에추출될수있음 엄청나게빠른작업증명문제해결
69 프라이버시의문제 누가데이터를보냈는지난알수있다. 자료의무결성과프라이버시의상충적문제 익명성문제가해결되지않는한, 은행에서결코블록체인을적용하지않을것이다. 대안 1) 링서명 (Ring signature) 여러개의공개키를그룹에배포함 자신의개인키로데이터를서명 그룹중누군가가서명을했지만, 정확히누구인지알수없음 대안 2) 영지식증명 (Zero knowledge proofs) 특정그룹이다른그룹의데이터를증명해줌
70 그외의도전 그외의풀어야할과제들 AML vs. Privacy Less node, Less trust Trust vs. Validation delay Adaptive Blockchain Blockchain Product Line Light-weight Blockchain Node Business based consensus algorithm
감사합니다.