블록체인은 어떻게 보호되나요? (암호화 및 합의 이해)

블록체인 암호화의 기초

1. 공개 키 암호화는 블록체인 신원 및 거래 승인의 기반을 형성합니다. 각 사용자는 자신에게만 알려진 개인 키와 네트워크에서 볼 수 있는 해당 공개 키를 보유합니다.

2. 개인 키를 사용하여 디지털 서명을 생성하여 공개하지 않고 소유권을 증명합니다. 모든 거래는 암호화 방식으로 서명되므로 변조를 즉시 감지할 수 있습니다.

3. SHA-256과 같은 해시 함수는 입력 데이터를 고정 길이 출력으로 변환합니다. 입력의 단일 문자 변경조차도 완전히 다른 해시를 생성하여 블록 전체의 데이터 무결성을 보장합니다.

4. 머클 트리는 여러 거래 해시를 블록 헤더에 저장된 단일 루트 해시로 집계합니다. 이 구조를 통해 특정 거래가 블록에 속하는지 여부를 효율적이고 안전하게 확인할 수 있습니다.

5. ECDSA(Elliptic Curve Digital Signature Algorithm)는 Bitcoin 및 Ethereum에서 널리 채택되어 컴팩트한 서명 크기와 상대적으로 작은 키 길이로 강력한 보안을 제공합니다.

보안 집행자로서의 합의 메커니즘

1. 작업 증명(PoW)에서는 채굴자가 계산 집약적인 퍼즐을 풀어야 합니다. 난이도 조정을 통해 예측 가능한 간격으로 새 블록이 추가되는 동시에 재작성 기록의 비용이 엄청나게 높아집니다.

2. 지분 증명(PoS)은 자신이 스테이킹한 기본 토큰의 양을 기준으로 검증자를 선택합니다. 잘못된 행동은 삭감(스테이크된 자산의 영구적인 손실)으로 이어져 공격에 대한 경제적 의욕을 크게 떨어뜨립니다.

3. 위임된 지분 증명(DPoS)은 결정적인 일정에 따라 순환하는 선출된 블록 생산자를 소개합니다. 지속적인 투표와 실시간 평판 추적을 통해 책임이 강화됩니다.

4. PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)는 각 상태 전환에 동의하도록 검증자 노드의 2/3와 1개를 요구함으로써 빠른 최종성을 가능하게 합니다. 악의적이거나 결함이 있는 참가자의 최대 1/3까지 허용됩니다.

5. 하이브리드 모델은 Ethereum 2.0 설계 문서의 초기 반복에서 볼 수 있듯이 PoW의 초기 분배 공정성과 PoS의 에너지 효율성 및 장기적인 거버넌스 조정을 결합합니다.

구조 설계를 통한 불변성

1. 각 블록에는 이전 블록의 해시가 포함되어 암호화 체인을 형성합니다. 과거 블록을 변경하면 해시가 변경되어 모든 후속 블록과의 링크가 끊어집니다.

2. 풀노드는 합의 규칙에 따라 모든 거래와 블록을 독립적으로 검증합니다. 단일 엔터티가 유효성 검사를 제어하지 않습니다. 차이는 다수의 거부를 유발합니다.

3. UTXO(Unspent Transaction Output) 모델은 계정 잔액이 아닌 출력 수준에서 소유권을 추적합니다. 이는 경쟁 조건을 제거하고 스크립트 기반 지출 논리를 단순화합니다.

4. 이더리움과 같은 계정 기반 모델은 nonce를 사용하여 재생 공격을 방지하고 동일한 발신자로부터 엄격한 거래 순서를 시행합니다.

5. 블록 헤더에 포함된 타임스탬프는 개별적으로 신뢰되지 않지만 단체 협약 및 체인 전반의 난이도 조정을 통해 신뢰성을 얻습니다.

네트워크 수준 방어 전략

1. P2P 토폴로지는 지리적으로 분산된 수천 개의 노드에 제어권을 분산시켜 중앙 장애 지점이나 검열을 제거합니다.

2. 가십 프로토콜은 새로운 트랜잭션과 블록을 네트워크 전체에 빠르게 전파하여 대기 시간을 줄이고 중복성을 높입니다.

3. 시빌 저항 기술은 단일 행위자가 제어할 수 있는 신원 수를 제한합니다. 이는 종종 해싱 파워나 스테이킹된 토큰과 같은 리소스 지출을 통해 시행됩니다.

4. 적응형 난이도 알고리즘은 전체 네트워크 해시율 또는 검증인 참여의 변화에 ​​반응하여 리소스 변동에도 불구하고 일관된 블록 시간을 유지합니다.

5. 경량 클라이언트는 전체 체인 데이터를 다운로드하지 않고도 블록 헤더와 Merkle 경로를 검증하는 SPV(Simple Payment Verification) 증명을 사용하여 보안과 접근성의 균형을 유지합니다.

자주 묻는 질문

Q: 오늘날 양자 컴퓨터가 블록체인 암호화를 해독할 수 있습니까? 현재 양자 컴퓨터에는 대규모 RSA 키를 고려하거나 ECDSA 서명을 역으로 처리하는 데 충분한 큐비트와 오류 수정이 부족합니다. NIST 표준화된 양자 후 암호화 알고리즘은 여러 레이어 1 프로토콜에서 통합 테스트 중입니다.

Q: 두 블록이 동시에 채굴되면 어떻게 되나요? 노드는 일시적으로 두 분기를 모두 허용합니다. 어느 체인이 더 많은 누적 작업 증명이나 스테이크를 축적하든 표준이 됩니다. 버려진 포크의 트랜잭션은 다시 포함되기 위해 멤풀로 반환됩니다.

Q: 영지식 증명은 어떻게 블록체인 보안을 강화합니까? 기본 데이터를 노출하지 않고도 거래 유효성을 확인할 수 있어 합의 무결성을 유지하면서 개인정보를 보호할 수 있습니다. zk-SNARK 및 zk-STARK는 각각 Zcash 및 StarkNet에 배포됩니다.

Q: 허가형 블록체인은 무허가형 블록체인보다 덜 안전합니까? 보안 가정은 다릅니다. 허가된 체인은 처리량 및 규정 준수를 위해 검열 저항을 교환합니다. 그들의 위협 모델은 적대적인 참가자가 아닌 신뢰할 수 있는 참가자를 가정하므로 암호화 보장은 분산화보다 기밀성과 감사 가능성으로 전환됩니다.