Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering 한국정보통신학회논문지 Vol. 22, No. 5: 812~817, May 2018 블록체인기반기부시스템개발 안규황 1 서화정 1* Donate system development using Blockchain technology Kyu-hwang An 1 Hwajeong Seo 1* 1* Department of IT Engineering, Hansung University, Seoul 02876, Korea 요약 블록체인이란중앙시스템을없애고 P2P (Peer to Peer) 형식으로개개인을연결하여분산원장을공유하는기법을의미한다. 본논문에서는블록체인을이용하여현기부시스템의보안적취약점을개선하고자한다. 기존의기부시스템은불우이웃에게직접적으로입금하는방식이아닌기부단체를통해기부를한다. 따라서기부자가입금을하고나면해당금액이어떻게쓰이는지알수있는방법이없다. 이에대한해결방안으로기부시스템에블록체인 (blockchain) 기법을도입하여기부한금액이언제어떻게쓰이는지누구나열람할수있게하는방법을제안하고자한다. 제안하는기법에서는블록체인기반의가상모금회를만들어기부자가가상계좌에입금을하면그에상응하는암호화폐로환전해준다. 해당코인으로기부자는원하는불우이웃을선택하여기부를할수있고그암호화폐를받은불우이웃은모금회를통해환전을할수있다. 따라서기부서비스이용자모두투명하고안전하게서비스를활용하는것이가능하다. ABSTRACT Blockchain technology removes the central system and connects each block throughout every person. This paper proposes new method to exploit the blockchain feature to apply existing donation system. In the current system, the donator does not donate to poor neighbor which means donator must have to donate some donate organization. The donator does not recognize how the donation has been spent after donation. In this case, we can solve that problem by using the blockchain where the donator can watch how the money works and everyone can browse the account history. To make a virtual fundraising box based on blockchain technology, donator sends some money at virtual account and exchanges the money to crypto-currency. Donator can use crypto-currency which is donate to poor neighbor that poor neighbor can exchanges crypto-currency to the money. Through this proposed system, the donation is managed by secure and transparent blockchain system. 키워드 : 가상계좌, 개개인거래, 블록체인, 암호화폐, 원장 Keyword : Blockchain, Crypto-currency, Ledger, Peer to Peer, Virtual account Received 21 February 2018, Revised 26 March 2018, Accepted 16 April 2018 * Corresponding Author Hwa-jeong Seo(E-mail:hwajeong@hansung.ac.kr, Tel:+82-2-760-8033) Department of IT Engineering, Hansung University, Seoul 02876, Korea Open Access http://dx.doi.org/10.6109/jkiice.2018.22.5.812 pissn:2234-4772 This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License(http://creativecommons.org/li-censes/ by-nc/3.0/) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited. Copyright The Korea Institute of Information and Communication Engineering.
블록체인기반의기부시스템개발. 서론 2017 년에실시한통계청기부설문조사에따르면연 도별기부참여율은꾸준히감소 (2011 년 36.4% 2017 년 26.7%) 하고있다. 기부를하지않은이유로는첫번 째로경제적여유가없고, 두번째로기부에관심이없 어서세번째로기부단체를신뢰할수없어서등이꼽 혔다. 향후기부할생각이있냐고물은질문에기부할의사가있다고드러낸비율도하락 (2013 년 48.4% 2017 년 41.2%) 세다. 그이유로최근기부를악용한사 례가연이어터져나오면서기부를매년꾸준히했던 사람들조차등을돌리게만들고말았다. 이에따른대 표적인예 [1] 로기부단체 새희망씨앗 에서지역아동 을도와달라는명목으로기부금을모았지만실상은그 렇지않았다. 그렇게 4 년간모은기부금은 128 억원인 데이중어려운지역아동에게제대로전달한금액은 불과 2 억 1000 여만원뿐이었기때문이다. 나머지기부 금으로는본사와수도권및 21 개지점서 4 대 6 비율로 나눠가졌다. 새희망씨앗대표를포함지점장들은이돈 으로아파트구매, 해외골프여행, 요트여행, 고급외제 차구입등에사용한것으로드러났다. 여기서알수있 는현재까지의기부시스템의문제그림 1 은기부자들 이낸금액에대해언제어떻게무엇을위해사용하는 지알수없기때문이다. 이에대한해결방안으로블록 체인기술을제시한다. 블록체인은분산형원장구조로서해당블록체인네 트워크에참여한모든사람이거래에대한원장을소유 하는구조로거래의투명성이높다. 또한블록체인네 트워크에참여한개개인모두거래장부를기록하기때 문에거래를기록하는중앙시스템이필요없어, 중앙 서버를관리하는비용을없앨수있다. 마지막으로추 가적인거래를하여블록을추가하고자할때, 블록체 인네트워크에참여한모든사람으로부터거래의타당 성을검증받아야하기때문에부정거래를방지할수있 다. 이세가지블록체인의특징을이용하여본연구에 서는블록체인기반의기부시스템개발을통해신뢰성 있는 P2P 기반의기부시스템을제시하고자한다. 본논문의구성은다음과같다. 2 장에서는블록체인 기반기부시스템개발을위한관련연구에대해살펴 보며, 3 장본론에서는블록체인기반기부시스템개발 을위한제안기법을설명하며, 4 장에서는본논문에서 사용하는알고리즘과기존의암호화폐에적용된알고 리즘간의성능평가를할것이며, 마지막으로 5 장에서 결론을맺도록하겠다. Fig. 1 Current donation flow that donator does not know what happen after donate. 관련연구동향 본장에서는서론에서언급한블록체인기반기부시 스템을개발하기위한블록체인관련연구들을알아본 뒤블록체인기반으로돌아가는기부시스템이무엇이 있는지살펴보도록한다. 2.1. 최초의암호화폐비트코인 (bitcoin) 암호화폐는기술에따라 4 가지로분류할수있다 [2]. 첫번째로암호화폐 (Crypto-Currency), 두번째로 자산발행기술 (Asset Registry), 세번째로응용플랫폼 (Application Stack), 마지막으로자산중심기술 (Asset Centric) 이다. 최초의암호화폐인비트코인은암호화 폐로서의기능만제공한다. 사토시나카모토 (Satoshi Nakamoto) 가최초로제안 한비트코인은기존은행에서사용하는중앙은행방식 을블록체인기술을사용하여탈중앙화방식으로바꾼 최초의시도이다. 블록체인은중앙서버에사용자들의 데이터를저장하는방식이아니라사용자컴퓨터에모 든데이터를저장하는방식으로블록체인에참여한모 든사용자가내데이터뿐만아니라모든사용자의데이 터에접근이가능한구조이다. 여기까지만생각하면누 구나나의데이터에접근할수있기때문에누구나위 변조가가능한암호학적으로전혀안전하지않은구조 이지않은가하는생각이들수있지만블록체인은해 시함수를사용하여데이터위 변조가불가능한아주 안전한데이터저장방식을구축하였다. 비트코인에서사용하는블록체인의블록내부모습 을보면그림 2 와같다. 블록에내부에는이전해시값 이저장되어마치체인으로연결한것같은모습을볼 813
한국정보통신학회논문지 Vol. 22, No. 5: 812~817, May 2018 수있다. 만약악의적인목적을가진사용자가특정블록의데이터를위 변조하려고시도할경우현재저장되어있는해시값이변경이되고그에따라앞 뒤로연결되어있는해시값역시변경을해주어야하기때문에보통수십만개로구성되어있는블록체인의모든블록의해시값을변경하는것은불가능하다고전문가들은말한다. 탈중앙화시스템임에도사용자들은데이터위 변조를걱정하지않고사용할수있다. Fig. 2 A Blockchain connected by a hash function 2.2. Smart Contract Smart Contract[3] 는 Nick Szabo가 1994년최초제안한개념으로기존계약서 (Contract) 는서면으로되어있어계약조건을이행하려면사람이직접수행해야하지만디지털계약 (digital contract) 은조건에따라자동으로채결이된다고주장하였다. 블록체인은다수의노드가데이터들을검증하고, 검증된것들을기반으로노드들끼리공유하는방식을통해디지털데이터의신뢰를생성한다. 믿을수있는데이터를기반으로 smart contract는블록체인과함께이슈화되기시작했다. Smart Contract 기법을적용한블록체인동작구조는다음과같다. 물품을구매하려는구매자와판매자가있다고가정할때판매자는블록체인에팔고자하는물품을등록시킨다. 이때 smart contract는 transaction에따라해당블록체인에새로운노드를등록하고실시간으로최신화한다. 구매자는검색 (Query) 을이용해해당블록체인을조회할수있고물품을구매한다면 smart contract가해당노드의데이터베이스를최신화한다. 2.3. 현재적용된블록체인기반기부시스템사례 2.3.1. 개인을위한기부사례해당웹사이트 [4] 에서제공하는 4가지방식은불우이웃을위한기부가아닌개발자들이직접구축한웹사이트혹은일반사용자들이사용하는블로그에블로그주인을위한블록체인기반으로만들어진비트코인기부시스템을구축하는내용이다. 먼저살펴볼내용 은기부를받기위해전자지갑을생성하는일이다. 위사이트에서는 Coinbase[5] 에서제공하는전자지갑을사용하라고제안한다. 간단한회원가입을거치고나면 QR 코드와함께비밀키를발급한다. QR 코드와비밀키는 host 본인의전자지갑주소를나타낸다. 이렇게생성된전자지갑을기반으로블로그주인이직접올린 QR 코드를기부자가타지갑으로스캔하여사용하는방법이있으며, 사이트에서제공하는플러그인을설정하면사용자웹사이트에버튼이생성되고해당버튼을눌러기부하는방식이있다. 개발자를위한비트코인기부시스템은해당사이트에서제공하는자바스크립트코드에개발자본인의비밀키를적용하는것으로버튼이생성된다. 버튼은블로그주인과마찬가지로전자지갑주소로직접비트코인을보내거나, QR 코드를제공해타지갑으로전송할수있는기능을제공한다. 2.3.2. 자선단체기부사례해당웹사이트 [6] 에서는비트코인으로기부금을받는자선단체를소개하며어떻게기부해야하는지소개한다. 그방법은아래와같다. (1) 비트코인을구입또는채굴을통해획득한다. (2) 개인 private 키를관리하기위해전자지갑으로비트코인을관리한다. (3) 비트코인을전자지갑으로넣고해당웹사이트 [7] 에서제공하는자선단체전자지갑주소로비트코인을전송하는방법과각자선단체사이트에서버튼 UI를통해기부하는방법도소개한다.. 제안기법블록체인알고리즘에는 2가지종류가있다. public 블록체인과 private 블록체인이다. private 블록체인의경우체인을구성하려는최초의노드가선정한신뢰할수있는노드만이블록체인에들어올수있다. 반면에 public 블록체인은데이터의신뢰성을검증하는데참여하는데있어, 별다른규제없이참여할수있으며, 참여한노드들은채굴을통해암호화폐를획득한다. 본논문에서제안하고자하는것은블록체인기술을활용한불우이웃을돕기위한시스템개발이다. 기부소에서사용하는블록체인은 public 블록체인알고리즘이다. Private 블록체인의경우체인으로구성된노드들만블 814
블록체인기반의기부시스템개발 록안의데이터를검색할수있기때문에어떠한시스템보다투명해야할기부시스템에적절하지않다판단하여 public 블록체인을적용하고자한다. Public 블록체인이사용된대표암호화폐는바로비트코인이다. 비트코인의경우사용자는 2가지방법으로비트코인을획득하는데, 첫번째는현금으로비트코인을구입하는방법과두번째로채굴 (mining) 을통하여비트코인을획득하는방법이다. 채굴의경우컴퓨터가제시하는문제를풀어 nonce를발견하면그에대한대가로일정비트코인을제공하는방식이다. 그러나기부소에서는실제통화없이발생하는암호화폐는아무런의미가없기때문에채굴을통하여획득한암호화폐는가치가점점하락할가능성이있으며, 가치가하락한다면실제불우이웃은기부자가낸금액에비해턱없이부족한금액을받는경우가발생할수있다. 따라서본시스템에서는채굴을통한암호화폐획득이아닌발행처에서미리발행한암호화폐를환전하는방식으로진행될것이다. 해당암호화폐는 1 암호화폐에 $1로고정된가격에교환하여가치에변동을막는다. 이렇게발행된코인은기부자에의해암호화폐와실제통화가교환하게되고교환하는과정에해당금액의 0.15~0.25% 정도의수수료를받아기부소운영자금으로사용할수있게만들고자한다. 해당시스템의흐름도중먼저불우이웃검증절차에대해설명하겠다. 절차는그림 3은다음과같다. (1) 불우이웃이기부소에회원가입을신청한다. (2) 기부소에서는불우이웃에대한정보를확인하고해당사람이기부소에서사전에정의해놓은규약에의해적합한사람인지판단한다. (3) 기부소에서정의해놓은규약에적합한사람일경우기부소웹사이트에등록시켜기부자들이불우이웃의정보를확인할수있게만든다. 다음은기부자가게재된불우이웃을확인하고기부를하는절차와기부금으로받은암호화폐를어떻게실제통화로환전하는지에대해알아보겠다. 절차는그림 4와같다. (1) 기부자는불우이웃에게기부를하기위해실제통화를암호화폐로기부소에서환전한다. (2) 전체금액에서수수료를제외한나머지금액을 1 암호화폐 : $1로측정뒤, 해당금액만큼환전한다. 수수료는기부소를운영하는데사용될예정이다. (3) 기부소홈페이지에사전에등록된불우이웃의정보를확인하고도움을주고싶은불우이웃의암호화폐지갑으로암호화폐를이체한다. (4) 불우이웃은입금된암호화폐를확인한뒤기부소에서실제통화로환전한다. (5) 전체암호화폐일정금액의수수료를제외한나머지금액을실제통화로제공한다. 기부자의입장에서본인의돈이어떻게쓰이는지 Smart Contract의검색 (Query) 를통해보다투명하게관찰할수있으며, 목적에상관없이중간자에게기부를하여중간사용자의의도에의해기부금이사용되는방식이아닌기부자가원하는불우이웃을직접선택하여해당불우이웃에게직접전달할수있는방법으로기부의신뢰성을높여현재보다더많은기부자를유치해건강한사회를만들어나가는데이바지할것을예상한다. Fig. 4 Second flow chart of donation system that shows how to donate money and exchange money Fig. 3 Fist flow chart of donation system that shows how to register donate system 815
한국정보통신학회논문지 Vol. 22, No. 5: 812~817, May 2018. 성능평가본장에서는암호화폐의대표격인비트코인 [8] 에서사용하는알고리즘과본시스템을개발하는데쓰이는알고리즘에대하여비교분석을하고자한다. 비트코인은 PoW(Proof of Work) 알고리즘을사용한다. 본시스템에서제안하는알고리즘은 PoW(Proof of Work) 에서파생된알고리즘으로블록헤더에구성되는데이터가다르며 PoW와다르게채굴을통하여암호화폐를획득하는방식이아니다. PoW의처리절차는그림 5와같다. PoW 알고리즘은 public 블록체인알고리즘으로채굴에참여하는데별다른규제없이참가의사만있다면모두참여가능하다. 채굴에참가하기위해전자지갑을만들고, 전자지갑이생성되면모든노드에전파한다. (1) 처음에는가장빠른노드인 0번노드가채굴한다. (2) 그다음부터는 nonce를가장빨리찾는노드가채굴에성공한다. (3) w 전자지갑이참가노드전원에게전파한다. (4) 2개의노드가동시에 nonce를발견한경우인데, 이경우에는 2개의체인으로분기하게된다. (5) 전자지갑이참가노드전원에게전파한다. (6) 제일먼저 nonce를찾은 3 번노드가밑에체인에붙는다선언을하고, 밑에체인에붙으면위에체인은파기된다. 검증하기때문에일정암호화폐를지불하는것이다. 본시스템에서제안하는기법의알고리즘은 PoW 에 서파생된알고리즘으로기본적으로돌아가는시스템 은동일하다. 그러나블록헤더에들어가는데이터가 그림 6 과같은차이점을보인다. 비트코인헤더블록안 데이터를살펴보면 bit 와 nonce 가있는데채굴을하고 자할때 bit 보다작은 nonce 를발견하면컴퓨터가제시 하는문제를해결하는것이고그에따른보상으로비트 코인을획득한다. 사용자들은이두가지를이용하여 사용자들은비트코인을획득한다. 하지만본시스템에 서는채굴을통한암호화폐를획득하는방식이아닌 사전에발행해놓은암호화폐를실제통화와교환하여 사용하는방식이기때문에 bit 와 nonce 대신 wallet address 와 money 가들어간다. Fig. 6 Left) Bitcoin block header shows important 6 data Right) Blockchain for this system block header shows what is different 비트코인과본시스템을구체적으로표 1과같이비교를할때비트코인의 transaction time의경우블록하나를체인에생성하는데 10분이라는아주오랜시간이걸린다. 그러나본시스템에서는컴퓨터가제시하는문제를풀어 nonce를제안하는과정이생략되기때문에비트코인보다는빠른시간내에블록을생성할수있다. Table. 1 Compared with 3 blockchain algorithm type Fig. 5 Proof of Work architecture [9] PoW는누구나작업증명에참여할수있는 public 방식으로많은작업을수행할수록더많은보상을갖게되는방식이다. 채굴이란데이터의신뢰성을검증하는데사용자자신의컴퓨터처리능력을빌려주고일정암호화폐를받는행위를말한다. 중앙서버가없는블록체인방식에서사용자의 CPU를사용하여데이터를 Bitcoin[8] For this system algorithm PoW make by self Mining Yes No Network Public Public Transaction time Slow Fast 816
블록체인기반의기부시스템개발. 결론암호화폐에대한관심이나날이증가하면서외국에서뿐만아니라한국에서도암호화폐에관한연구 [10] 가이루어지고있다. 그덕분에암호화폐에쓰이는대표기술인블록체인에대한관심도나날이증가하며, 많은기업들이중앙서버를없앰으로써얻을수있는이익과이를블록체인기반으로바꿀때의비용을포함한사이버보안전문가를배치하는비용을계산해시스템을바꿔야할지말아야할지고민중이다. 블록체인을신뢰할수없는기술로치부하여현시스템을유지하고자한다면매일매일쏟아지는새로운기술들에의해도태되고말것이다. 또한블록체인기술이시장에도입됨에따라현재보다더많은사이버보안전문가 [11] 가생겨날것이고그에따른새로운직업군이발생해시장경제에엄청난도움이될것이다. 앞에서도언급했듯이기부시스템이라는것은다른시스템들보다투명하게운영이되어야한다. 블록체인의경우가장큰특징이바로투명성에있다. 따라서본논문에서는블록체인의투명성을이용하여최초기부시스템에적용하는방법에대하여제안하며기존에없었던새로운방식의 public 블록체인을제안한다. ACKNOWLEDGEMENT This work was supported by the National Research Foundation of Korea(NRF) grant funded by the Korea government(msit) (No. NRF- 2017R1C1B5075742). This research of Hwajeong Seo was financially supported by Hansung University. References [1] Seoul Economy. Saehuimangssias embezzled child donation 128 billion won [Internet]. Available: http://www.sedaily.com/ NewsView/1OJPZDVTD1. [2] Euro Banking Association. Cryptotechnologies, a major IT innovation and catalyst for change: 4 categories, 4 applications and 4 scenarios. An exploration for transaction banking and payments professionals. Version 1.0, EBA Working Group on Electronic and Alternative Payments, pp. 5-18, 2015. [3] A. Kosba, A. Miller, E. Shi, Z. Wen, C. Papamanthou, Hawk: The blockchain model of cryptography and privacy-preserving smart contracts, Security and Privacy (SP), 2016 IEEE Symposium on, pp. 839-858, 2016. [4] Kinsta. How to Add a Bitcoin Donate Button to Your WordPress Site [Internet]. Available: https://kinsta.com/ blog/bitcoin-donate-button/. [5] Coinbase. Buy/Sell Digital Currency [Internet]. Available: https://www.coinbase.com/join. [6] CryptoCompare. How to Donate With Bitcoin [Internet]. Available: https://www.cryptocompare.com/coins/guides/how -to-donate-with-bitcoin/. [7] Bitcoin For Charity, Bitcoin Charity List [Internet]. Available: http://bitcoinforcharity.com/bitcoin-charity-list/. [8] Bitcoin. Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System [Internet]. Available: https://bitcoin.org/bitcoin.pdf. [9] A. Yosihalu, A. Manabu, Consensus Algorithm, in Blockchain Structure and Theory, Wikibook., ch. 8, pp. 109, 2017. [10] Tai-hoon Kim, A study of digital currency cryptography for business marketing and finance security, Asia-pacific Journal of Multimedia Services Convergent with Art, Humanities, and Sociology, vol.6, no.1, pp. 365-376, Jan. 2016. [11] S. G. Kim, D. W. Park, The Research for Cyber Security Experts, Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering, Korea, vol. 21, no. 6, pp. 1137-1142, Jun. 2017. 안규황 (Kyu-hwang An) 2018 년 2 월 : 한성대학교 IT 응용시스템공학과공학학사 2018 년 3 월 ~ 현재 : 한성대학교정보시스템공학과석사과정 관심분야 : 블록체인, 블록암호, IoT 보안 서화정 (Hwa-jeong Seo) 2010 년 2 월부산대학교컴퓨터공학과학사졸업 2012 년 2 월부산대학교컴퓨터공학과석사졸업 2012 년 3 월 ~2016 년 1 월 : 부산대학교컴퓨터공학과박사졸업 2016 년 1 월 ~2017 년 3 월 : 싱가포르과학기술청 2017 년 4 월 ~ 현재 : 한성대학교 IT 융합공학부조교수 관심분야 : 정보보호, 암호화구현, IoT 817