암호화폐는 어떻게 믿는데? - PoW 와 PoS

암호화폐의 작동 원리를 이해하기 위해서는 합의 알고리즘(Consensus Algorithm)을 이해하는 것이 필수적이다. 합의 알고리즘은 블록체인의 핵심을 이루는 기술로, 네트워크 참여자들이 어떠한 데이터를 신뢰할 수 있도록 한다. 다양한 합의 알고리즘중, 가장 널리 알려진 두 가지는 PoW(Proof of Work)와 PoS(Proof of Stake)이다. 이번 글에서는 합의 알고리즘이 무엇인지 간단히 설명하고, PoW와 PoS의 특징과 차이점을 알아볼 것이다.

 

하지만 그 전에, consensus 알고지름이 정확히 뭔지, 어떤 개념인지 알아보자. 

합의 알고리즘은 블록체인 네트워크에서 모든 참여자가 동일한 데이터나 거래를 신뢰할 수 있도록 하는 기술이다. 블록체인은 중앙 서버가 없는 decentralized 네트워크이기 때문에, 누군가 데이터를 조작하거나 잘못된 정보를 추가한다면 네트워크 전체가 문제가 생길 수 있다. 쉽게 말해  합의 알고리즘을 통해 네트워크 참여자들이 "이 블록이 유효하다"는 사실에 동의하며 중앙 기관 없이도 네트워크가 안전하게 운영될 수 있도록 한다.

 

PoW란?

PoW는 작업 증명 방식으로, 채굴자가 복잡한 수학적 문제를 풀어야 블록을 생성할 수 있도록한다. 이 방식을 활용하는 대표적인 암호화폐로는 비트코인으로서, 사카시 나카모토가 고안해냈다.

다마, 아이디어 자체는 비트코인보다 더 오래된 개념으로, 1993년 컴퓨터 과학자 신디아 디워크와 Moni Naor가 스팸 방지를 위한 증명 방식을 제안한 것이 시초라고 한다. 또한 1997년, 아담 백이 "Hashcash"라는 이름으로 PoW 개념을 발전시켜 이메일 스팸을 방지하기 위한 시스템으로 활용했다.

 

PoW는 블록체인 네트워크를 유지하고 보안을 강화하는 데 효과적이다.

 

PoW 는 아래와 같은 메커니즘으로 작동한다

• 채굴:
  • PoW는 해시(Hash) 알고리즘을 사용해 특정 조건을 만족하는 해시값을 찾는 작업을 수행한다.
  • 비트코인의 경우 SHA-256 알고리즘을 사용하며, 채굴자는 Block Header에 포함된 데이터를 기반으로 해시를 계산한다.
  • Target Value: PoW에서는 생성된 해시값이 네트워크에서 설정한 목표값보다 작아야 한다. 목표값은 네트워크의 난이도에 따라 조정된다.
• 난이도 조정:
  • PoW 네트워크는 평균 블록 생성 시간이 일정하게 유지되도록 난이도를 조정한다.
  • 예를 들어, 비트코인은 약 10분마다 새로운 블록이 생성되도록 설계되었으며, 채굴 속도가 빨라지면 자동으로 난이도가 증가한다.
• 보상과 검증:
  • 가장 먼저 해시값을 맞춘 채굴자가 블록을 생성하고, 보상으로 암호화폐와 거래 수수료를 받는다.
  • 다른 노드들은 새로 생성된 블록을 검증하고 체인에 추가한다.

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• 높은 보안성: 문제를 해결하려면 막대한 연산 자원이 필요하기 때문에 네트워크를 공격하기 어렵다.
• 탈중앙화 강화: 누구나 참여할 수 있어 네트워크의 신뢰를 보장한다.

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• 높은 에너지 소비: 문제를 푸는 데 많은 계산 능력과 전기가 필요하다.
• 환경 문제: 에너지 소비가 크기 때문에 환경에 부정적인 영향을 미칠 수 있다.
• 비싼 장비: 고성능의 채굴 장비(GPU, ASIC 등)가 필요해 진입 장벽이 높다.

 

PoS란?

PoW의 문제를 해결하기 위해 2012년, 써니 킹과 스캇 나달이이 Peercoin을 통해 PoS 개념을 처음으로 도입했다.

PoS는 지분 증명 방식으로, 네트워크 참여자가 보유한 암호화폐의 양(지분)에 따라 블록 생성 권한을 얻는 합의 알고리즘이다. PoS는 PoW의 에너지 소비 문제를 해결하기 위해 개발되었으며, 대표적으로 이더리움이 이 방식을 사용한다.

 

PoS 는 아래와 같은 메커니즘으로 작동한다

 

 

• 스테이킹(Staking):
  • PoS에서는 네트워크 참여자들이 자신이 보유한 암호화폐를 네트워크에 예치(스테이킹)한다.
  • 예치한 암호화폐의 양이 많을수록 블록 생성 권한을 얻을 확률이 높아진다.
• 검증자선정:
  • PoS는 무작위성을 기반으로 검증자를 선정한다.
  • 단순히 지분이 많은 사람만 유리하지 않도록, 네트워크는 다양한 무작위 알고리즘(예: 연령, 지분량, 노드 신뢰도 등)을 사용한다.
• 블록 생성:
  • 선택된 검증자가 블록을 생성하고, 이를 네트워크에 전파한다.
  • 다른 검증자들은 블록의 유효성을 확인한 후 체인에 추가한다.
• 보상:
  • PoS에서는 스테이킹에 참여한 사용자들이 블록 생성 보상과 거래 수수료를 나눠 갖는다.
  • PoW와 달리, PoS에서는 새로운 암호화폐가 반드시 발행되지 않을 수도 있다.
• 슬래싱(Slashing):
  • PoS에서는 검증자가 악의적인 행위를 하거나 규칙을 위반할 경우, 스테이킹한 암호화폐의 일부를 잃는 슬래싱이라는 처벌 메커니즘이 존재한며 이는 네트워크의 보안을 강화하는 역할을 한다.

 

+

 

• 에너지 효율성: PoW처럼 복잡한 연산이 필요 없기 때문에 에너지 소비가 적다.
• 친환경적: 전력 소모가 적어 환경에 미치는 영향이 적다.
• 진입 장벽 낮음: 고성능 채굴 장비가 필요 없고, 암호화폐를 예치하기만 하면 참여할 수 있다.

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• 중앙화 우려: 암호화폐를 많이 보유한 소수의 참여자가 네트워크를 장악할 가능성이 있다.
• 보안 문제: PoW보다 공격에 취약하다는 비판이 있다(예: 지분을 많이 가진 참여자가 악의적으로 행동할 가능성).
• 초기 불균형: 암호화폐 보유량에 따라 기회가 주어지기 때문에, 초기 투자자들이 유리하다.

 

PoW와 PoS의 주요 차이 정리

특징PoW (작업 증명)PoS (지분 증명)

	PoW	PoS
자원 활용	연산 능력 (CPU/GPU/ASIC)	암호화폐 보유량 (지분)
에너지 소비	매우 높음	낮음
보안성	매우 높음	상대적으로 낮음
진입 장벽	고성능 하드웨어 필요	암호화폐 스테이킹으로 참여 가능
중앙화 위험	낮음	높음

 

 

결론

 

PoW와 PoS는 블록체인 네트워크를 운영하기 위한 대표적인 합의 알고리즘이다. PoW는 높은 보안성을 제공하지만 에너지 소비가 많고, PoS는 에너지 효율적이지만 중앙화 우려가 있다.PoW와 PoS의 차이를 이해함으로써 암호화폐와 블록체인 기술의 작동 원리를 더 깊이 이해해보도록 하자