블록체인이란? ① 개념 및 원리

안녕하세요 에듀몬입니다. ICT 기술의 발전은 전 세계 산업의 다양한 분야에 접목되어 놀랄만한 기술들을 끊임없이 만들어내고 있습니다. 블록체인은 2017년부터 주목을 받기 시작한 가상화폐 거래의 핵심 기술로 알려지면서 가상화폐 뿐만 아니라 이를 활용한 보안 기술이 점차 확대되고 있습니다. 이번 시간에는 블록체인의 개념 및 원리에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

 

 

 

1. 블록체인의 개념

 

  블록체인은 사회과학과 인문학 및 컴퓨터공학 등 여러 분야에서 연구되고 있고 그 개념이 정의되고 있습니다. 블록체인은 간단히 말하면 일정 주기로 데이터가 담긴 블록을 생성한 후 이전 블록들에 체인처럼 연결하는 기술입니다. 이때 데이터는 주로 거래 기록이 담긴 장부(원장, ledger)를 말하는데, 이 장부를 블록체인 네트워크에 참여하는 이들이 복사하여 나누어 가지고, 공동으로 검증하기 때문에 분산 원장(distributed ledger)기술 이라고도 부릅니다. 이처럼 블록체인은 성장 잠재력이 높은 기술 분야이며, 4차 산업혁명 시대에 없어서는 안될 핵심 기술로 주목받고 있습니다. 4차 산업혁명의 시대가 초연결, 초지능, 초실감, 초신뢰의 시대라고 할 때, 초신뢰 시대를 실현할 수 있는 기술 중 하나가 바로 블록체인이기 때문입니다.

  블록체인 기술은 또한 단순한 요소기술이 아닌 새로운 경제체제 구축을 유발할 수 있는 파급력이 큰 기술입니다. 기존의 규칙 체계와 경쟁하거나 새로운 규칙 체계를 실현하는 기술이라고 할 것입니다. 현재 세계 각국은 블록체인 기술의 이 같은 잠재력을 고려하여 금융, 물류, 의료, 관광 등 다양한 분야에 접목하고 기술개발을 적극 추진 중입니다. 하지만, 오픈소스를 기반으로 퍼블릭 블록체인과 다양한 블록체인 기술을 기반으로 하는 기술들이 양산되고 거래소가 등장하면서 많은 피해를 입고 있는 실정입니다. 블록체인은 기존 비즈니스의 패 러다임을 바꾸어 나갈 핵심 기술이기는 하나 블록체인에 한 번 기록된 정 보는 수정하거나 삭제하기 어렵다는 기술적 특성 때문에 여러 사회적, 윤리적 부작용이 발생할 가능성이 있습니다. 이에 따라 블록체인에 대한 개념적 이해와 긍정적인 측면을 극대화하여 부정적인 측면을 미연에 방지할 수 있는 논의가 필요한 시점입니다.

  비트코인의 특별한 점은 별도의 기관이나 회사가 단독으로 장부를 관리 하지 않는다는 점입니다. 즉, 컴퓨터의 분산기반 기술처럼 컴퓨터 프로그램을 활용하여 거래 장부를 노드 참여자 전체가 공유하고, 노드 참여자의 컴퓨터에 분산 저장하며 스스로 이중지불을 감시할 수 있게 만들었기 때문입니다. 이러한 점 때문에 블록체인을 분산 원장 기술이라고도 합니다. 블록체인의 정의는 서로 다른 주체 간에 Peer-to-Peer 네트워크 내에서 데이터를 관리하고 트랜잭션 정보를 기록하며 위조 또는 변조가 불가능한 분산 데이터베이스라고 할 수 있습니다. 각 노드들이 분산 데이터베이스를 통해 원장의 사본을 관리하고 있어 분산 원장이라고도 하며, 분산 원장은 합의 알고리즘을 기반으로 블록의 트랜잭션을 검증합니다. 여기서 합의 알고리즘은 신뢰 관계가 없는 노드끼리 트랜잭션을 검증하기 위해 사용되는 알고리즘을 말하며, 검증이 완료되면 트랜잭션을 블록에 담고 해시 값으로 블록체인에 연결됩니다. 이러한 일련의 과정이 완료되면 모든 노드들에게 블록을 전파하여 투명성 있는 분산 데이터베이스를 유지하게 됩니다.

 

 

2. 가상화폐와 블록체인

 

  비트코인은 블록체인을 최초로 구현한 가상통화이며, 비트코인에는 화폐로서 가치를 저장하거나 전달하는 것 외의 기능은 없었습니다. 이와 비슷한 가상통화로는 라이트코인과 도지코인 등이 있습니다. 그런데 블록체인 기술을 가상통화 거래 이외의 다른 목적에도 활용하고자 하는 움직임이 나타나기 시작하였습니다. 이를 가상통화 거래만 가능하였던 1세대 블록체인과 구별하여 2세대 블록체인이라고 합니다. 대표적인 것이 이더리움이며, 이더리움과 같은 2세대 블록체인이 비트코인 등의 1세대 블록체인과 결정적으로 다른 점은 스마트 계약 기능을 수행할 수 있다는 것입니다.

  스마트 계약이란 어떤 조건을 충족하면 그다음 절차를 자동으로 수행할 수 있도록 미리 약속해 놓는다는 뜻입니다. 블록체인을 기반으로 한 스마트 계약은 해당 계약의 절차가 미리 작성되어 블록체인상에 배포된 ‘코드’를 통해 자동으로 실행되어 분산 처리되며, 이때 신뢰확인의 절차는 필요하지 않습니다. 블록체인의 작업증명이 이를 대신하기 때문이며, 블록체인에 스마트 계약 기능을 추가하면 더 많은 명령어를 탑재할 수 있습니다. 즉, 프로그래밍이 가능하다는 것이며, 이로써 블록체인은 다양한 프로그램, 즉 분산 어플리케이션(Decentralized Application)을 개발하고 실행할 수 있게 되었습니다. 이더리움 블록체인은 이러한 스마트 계약 기능을 더함으로써 간단한 프로그램을 만들고 실행할 수 있는 플랫폼의 역할을 수행하고 있습니다.

  이더리움 이후에도 새로운 블록체인 기술은 계속해서 등장하고 있습니다. 이들의 특징은 보다 빠른 처리 속도와 기술의 확장성을 위해 기존 작업증명 방식을 넘어 자신이 가진 가상통화의 양에 따라 즉, 지분에 따라 블록을 생성하고 추가적으로 발행하는 코인을 받는 지분증명(Proof of Stake: PoS)시스템입니다. 또한 PoS를 보완해서 나온 합의 알고리즘으로 모든 노드가 블록 생성에 참여하는 대신, 네트워크의 모든 노드의 결과로 선출한 상위 노드에게 권한을 위임해 합의하도록 하는 위임지분증명 등 새로운 합의 알고리즘을 제안하게 되었습니다.

 

 

3. 블록체인의 미래

 

  2016년 초 세계경제포럼(WEF)에서 4차 산업혁명 시대에 주목할 기술 중 하나로 꼽힌 블록체인(Blockchain)은 국내외 금융시장에 적지 않은 변화를 가져올 것으로 예상하였습니다. 세계경제포럼의 예측에 따르면 대부분 새로운 금융거래 시스템 구축을 위해 블록체인 기술을 도입할 것으로 추정되는 등 그 영향력이 점차 커지고 있습니다. 블록체인은 거래의 기록과 관리에 대한 권한을 참가자들이 중앙기관 없이 P2P 네트워크를 통해 분산하여 블록(Block)으로 기록하고 관리하는 기술입니다. 이 기술의 핵심은 누적된 거래 정보가 기존의 집중화된 중앙서버에 저장되는 것이 아니라, 온라인 네 트워크 참여자들의 컴퓨터에 똑같이 분산되어 저장된다는 점입니다. 네트워크상에서 새로운 거래가 발생하면 모든 참여자가 해당 거래의 타당성을 검증하며, 승인된 거래는 새롭게 형성된 블록으로 인정되고, 기존의 블록과 체인으로 연결됩니다. 또한 업데이트된 블록체인에 대한 사본을 참여자들이 분산해 저장하면 거래 하나가 완료되는 것입니다. 블록체인은 네트워크에 참여하는 모든 구성원이 거래 내역을 공유하는 일종의 분산장부(Distributed Ledger)입니다.

  비트코인은 일반 화폐와 달리 정부나 중앙은행의 통제를 받지 않고 P2P, 즉 개인과 개인이 직접연결 된 분산장부 구조로 데이터를 관리하여 탈중앙화를 실현하여 그 가치를 인정받고 있으며 이렇게 관리주체가 정해지지 않았음에도 불구하고 현재까지 운영되면서 신뢰성과 보안성이 입증되며 금융권에서부터 타 분야로 확산하기 시작했습니다. 비트코인은 암호화 된 블록이 체인과 같이 연결된 구조로 구성되어 있는데 이것을 블록체인 기술이라고 일컫습니다. 이런 블록체인 기술이 주목을 받으면서 금융의 혁신이라 불리며 발전을 거듭하게 됩니다. 많은 거대 금융기업들이 비트코인과 블록체인 기술에 투자하고 비트코인에서 파생된 이더리움과 같은 확장성이 높은 플랫폼까지 탄생하게 됩니다. 또한, 블록체인 기술은 4차 산업 시대에 IT기술의 혁신으로 떠오르며 많은 IT기업들이 다양한 산업에 블록 체인 기술을 도입하기 위해 기업형 블록체인 기술을 개발하고 있습니다. 다시 말해, 블록체인 기술은 금융 산업에서 시작하여 모든 산업으로 확산하고 있는 것입니다.

 

 

4. 블록체인의 원리

 

출처: 삼성반도체이야기

 

 

  블록체인에 관한 개념을 적용한 원리를 살펴보면 위의 <그림>과 같습니다. 가상 전자화폐인 비트코인의 거래 보안을 위해 쓰였던 블록체인 기술의 적용 과정을 정리한 것이며, 거래가 발생하면 해당 거래 정보가 담긴 블록이 생성되고 이는 네트워크상의 모든 참여자에게 전송되며, 네트워크상의 각 참여자가 해당 블록을 검증하여 승인한 후, 각 참여자가 기존의 블록체인 기록에 새로 생성된 블록을 추가로 결합시킵니다. 블록체인의 영향력은 점차 증대될 것이며 향후에는 정부 정책에도 큰 영향을 미칠 것으로 보입니다. 전자정부 발전 정책에 새로운 기술 트렌드를 반영하며, 공공영역이 선도함으로써 디지털 산업 생태계를 조성하여 전자 정부가 행정 서비스를 넘어 새로운 비즈니스 시장을 창출할 수 있는 것입니다 블록체인은 비트코인 시스템을 구동하기 위해 고안된 기반 기술로 데이터의 신뢰성을 확보하는 데이터 위변조 방지 기술이며, 쉽게 말해, 거래 내역을 숨기는 것으로 보안을 유지했던 기존의 방식에서 벗어나, 거래 장부 또는 데이터를 모든 사용자에게 보내고 이를 기존 장부와 대조해 데이터 위조를 막는 방식입니다. 비트코인이 등장하기 이전에 P2P(peer-to-peer) 네트워크상에서 구동되는 분권적 화폐 시스템이 불가능 하였습니다. 이는 신뢰성을 보장해주는 중앙기관의 공증 없이는 이중지불을 방지하고 거래 데이터의 무결성을 유지할 수 없었기 때문입니다. 그러나 비트코인은 작업증명(proof-of-work)이 라는 참여적 합의방식과 블록체인이라는 분산장부 기술을 토대로 이 한계를 극복했습니다.

  위키피디아는 블록체인을 지속적으로 늘어나는 기록 데이터가 유지되는 분산 데이터베이스로 정의합니다. 블록체인은 분산된 데이터의 무결성 저장 기능, 자료의 공유 및 분배, 디지털 에셋, 암호학, 메시징과 컨센서스 등의 여러 종류의 기술이 집약된 구조인 것입니다. 블록체인의 데이터 구조는 트랜잭션들을 포함한 블록이 그 이전 블록의 해시 값을 참조하는 형태로 모든 블록이 연결되어 있으며, 블록해시는 블록을 식별하는 유일하 고 확실한 방법입니다. 모든 노드는 블록헤더를 해싱하여 독립적인 해시 값을 얻습니다. 블록체인의 노드는 주변 노드들과 통신하며 새로 생성 된 블록을 전송받고, 블록체인의 로컬 복사본을 지속적으로 업데이트하며, 블록체인 내 각각의 블록은 해당 블록에 존재하는 모든 트랜잭션의 요약본을 갖고 있습니다.

 

 

 

※ 참고문헌: 블록체인의 품질특성이 수용의도에 미치는 영향(김상근, 2021)