합의 알고리즘은 무엇이고, 왜 그렇게 다양한 유형이 있나요?

블록체인의 합의 알고리즘 이해

합의 알고리즘은 블록체인 네트워크와 같은 분산 시스템이 여러 노드에 걸쳐 단일 데이터 값 또는 상태에 대한 합의를 달성할 수 있도록 하는 메커니즘입니다. 암호화폐 및 분산 원장의 맥락에서 이러한 알고리즘은 네트워크의 모든 참가자가 중앙 기관에 의존하지 않고 거래의 유효성에 동의하도록 보장합니다. 이러한 무신뢰 조정은 블록체인 기술의 무결성과 보안의 기본입니다.

1. 합의 알고리즘의 주요 목표는 분산 환경의 모든 노드에서 일관성을 유지하는 것입니다.

2. 이러한 메커니즘은 악의적인 행위자가 거래 내역을 변경하거나 디지털 자산을 이중 지출하는 것을 방지합니다.
3. 다양한 블록체인은 속도, 분산화, 에너지 효율성 또는 확장성과 같은 우선순위에 따라 다양한 합의 모델을 채택합니다.
4. 합의가 없으면 어떤 버전의 원장이 정확한지 확인할 방법이 없으므로 네트워크 내에서 잠재적인 혼란이 발생할 수 있습니다.
5. 알고리즘의 선택은 블록이 얼마나 빨리 추가되는지, 네트워크가 얼마나 안전한지, 개별 참가자가 얼마나 많은 제어권을 행사할 수 있는지에 직접적인 영향을 미칩니다.

왜 그렇게 많은 변형이 존재하는가?

합의 알고리즘의 다양성은 소위 '블록체인 트릴레마'라고 불리는 성능, 보안 및 분산화 간의 균형을 맞춰야 하는 필요성에서 비롯됩니다. 단일 모델은 세 가지 측면을 모두 완벽하게 최적화할 수 없으므로 개발자는 특정 사용 사례에 맞는 대안을 설계해야 합니다.

1. Bitcoin에서 사용하는 작업증명(PoW)은 보안과 탈중앙화를 우선시하지만 전산마이닝으로 인해 막대한 양의 에너지를 소모합니다.

2. 2022년 업그레이드 이후 이더리움에서 채택한 지분 증명(PoS)은 보유하고 있는 암호화폐의 양을 기준으로 검증자를 선택하고 담보로 '스테이크'할 의향이 있는 검증자를 선택하여 에너지 소비를 줄입니다.
3. 위임된 지분 증명(DPoS)은 토큰 보유자가 거래를 검증하는 소규모 대표자 그룹에 투표할 수 있도록 하여 거래 속도를 높이지만, 이는 더 많은 중앙 집중화를 도입합니다.
4. PBFT(Practical Byzantine Fault Tolerance)는 빠른 최종성과 높은 처리량을 지원하므로 노드 ID가 알려진 허가형 블록체인에 적합합니다.
5. 역사 증명(Solana에서 사용) 또는 방향성 비순환 그래프(DAG)와 같은 최신 모델은 시간 유지 메커니즘이나 비선형 데이터 구조를 도입하여 대기 시간 문제를 해결하려고 시도합니다.

인센티브 구조 및 네트워크 설계

각 합의 알고리즘에는 참가자 간의 정직한 행동을 장려하기 위해 고유한 인센티브 메커니즘이 통합되어 있습니다. 부정행위로 인해 잠재적으로 이익을 얻을 수 있는 경우에도 노드가 프로토콜 규칙을 따르도록 동기를 부여해야 하기 때문에 이러한 인센티브는 매우 중요합니다.

1. PoW에서는 채굴자가 블록 보상과 거래 수수료를 받아 하드웨어와 전기에 투자할 재정적 동기를 부여합니다.

2. PoS에서 검증인은 부정직하게 행동할 경우 스테이킹된 토큰의 일부를 잃을 위험이 있습니다. 이는 슬래싱(slashing)이라고 알려진 개념입니다.
3. 일부 네트워크는 일관되고 좋은 행동이 노드의 지위와 수익 잠재력을 향상시키는 평판 기반 시스템을 구현합니다.
4. 경제적 처벌은 스팸 공격과 Sybil 공격을 엄청나게 비싸게 만들어 이를 방지합니다.
5. 보상 분배 계획은 매우 다양하여 부와 권력이 네트워크 전체에 집중되거나 분산되는 방식에 영향을 미칩니다.

사용 사례에 따른 적응

모든 블록체인 애플리케이션에 동일한 수준의 분산화 또는 보안이 필요한 것은 아닙니다. 글로벌 채택을 목표로 하는 공개 암호화폐는 검열 저항을 우선시하는 반면 기업 솔루션은 규정 준수 및 처리량에 중점을 둘 수 있습니다.

1. 퍼블릭 체인은 접근성을 극대화하기 위해 PoW 또는 PoS와 같은 무허가 모델을 선호하는 경우가 많습니다.

2. 프라이빗 또는 컨소시엄 블록체인은 신뢰할 수 있는 참가자를 가정하고 더 빠른 확인 시간을 제공하는 PBFT 또는 Raft를 자주 사용합니다.
3. 하이브리드 접근 방식은 여러 알고리즘의 요소를 결합하여 원하는 결과를 달성합니다. 예를 들어 검증인 선택에는 PoS를 사용하고 최종성을 위해서는 BFT 스타일 투표를 사용합니다.
4. 샤딩이나 레이어 2 프로토콜과 같은 확장성 솔루션도 합의 설계에 영향을 미치므로 단편화된 네트워크를 동기화하는 새로운 방법이 필요합니다.
5. 규제 고려 사항으로 인해 일부 프로젝트는 보다 투명하고 감사 가능한 합의 프로세스를 지향하게 됩니다.

자주 묻는 질문

지분 증명이 작업 증명보다 에너지 효율적인 이유는 무엇입니까? 지분 증명을 사용하면 집중적인 계산 퍼즐이 필요하지 않습니다. 해시를 해결하기 위해 경쟁하는 대신 검증인은 지분 규모 및 기타 요인에 따라 선택되어 전력 사용량을 대폭 줄입니다.

블록체인이 하나의 합의 알고리즘에서 다른 합의 알고리즘으로 전환할 수 있습니까? 예, 여러 블록체인이 전환을 겪었습니다. 이더리움이 PoW에서 PoS로 전환한 것이 대표적인 예입니다. 이러한 업그레이드에는 신중한 계획, 커뮤니티 지원 및 조정된 소프트웨어 업데이트가 필요합니다.

합의 알고리즘은 네트워크 포크를 어떻게 처리합니까? 이는 어떤 체인이 유효한지 결정하기 위한 규칙을 정의합니다. PoW에서는 가장 긴 체인 규칙이 적용됩니다. PoS 변형에서는 최종성 가젯 또는 체크포인트 메커니즘이 분쟁을 자동으로 해결하는 데 도움이 됩니다.

PoS 네트워크에 대한 낮은 참여와 관련된 위험이 있습니까? 낮은 검증인 투표율은 보안을 손상시킬 수 있습니다. 너무 적은 수의 노드가 참여하면 네트워크는 공모나 탈취 시도에 취약해집니다. 많은 시스템에는 이러한 위험을 완화하기 위해 비활성에 대한 처벌이 포함되어 있습니다.