비트코인 기술: Under the Hood

외환 거래 배우기

2008년 사토시 나카모토는 금융기관의 개입 없이 개인 간에 직접 거래할 수 있는 P2P 현금 지불 시스템을 제안했습니다. 그 이후 많은 사람들이 새로운 디지털 화폐 비트코인에 대해 얘기했고 글을 썼습니다. 이 글의 목적은 이 기술, 즉 결제 시스템을 가능케 하는 컴퓨터 네트워크와 관련된 전문용어에 대해 소개하고자 하는 것입니다.

컴퓨터 네트워크에는 일반적으로 클라이언트/서버와 P2P(peer-to-peer)의 두 가지 모델이 있습니다. 이 두 모델은 네트워크에 참여하는 컴퓨터(보통 노드라고 부름)의 역할과 기능에 있어서 차이가 있습니다.

클라이언트/서버

클라이언트/서버 모델에서는 서버와 클라이언트의 두 개체로 분리됩니다. 이는 애플리케이션, 파일 및 기타 리소스가 중앙 컴퓨터(서버)에 저장되는 중앙 집중화 환경입니다. 서버는 네트워크에 있는 다른 노드에 서비스를 제공하는 중앙 관리자와 같은 역할을 합니다. 서버는 정보와 리소스를 클라이언트와 공유합니다. 모든 클라이언트는 중앙 서버와 연결됩니다. 이 모델은 서버가 단일 고장 지점이 되므로 보안 침입, 해킹, 고장에 취약합니다. 서버에 문제가 생기면 전체 네트워크가 다운될 수 있습니다.

P2P(Peer-to-Peer)

반면에 P2P 네트워크는 탈중앙화 모델로서 중앙 관리자나 서버가 없습니다. 대신 각 노드가 서버와 클라이언트로 작용하며 모든 노드가 동등합니다. BitTorrent는 파일 공유를 위해 가장 많이 사용되는 P2P 네트워크 중 하나입니다. 피어(peer)가 보안 공격에 취약하지만(비트코인 네트워크는 프로토콜을 통해 해결), 확장이 쉽다는 것이 장점입니다. 새 컴퓨터를 네트워크에 연결하고 동기화가 완료되면 바로 가동하여 참여할 수 있습니다.

네트워크가 확장되면 컴퓨팅 능력도 확장됩니다. 또한 장애가 발생한 컴퓨터가 있어도 네트워크 무결성에 문제가 되지 않습니다. 모든 컴퓨터가 서로 연결되어 통신을 주고받으므로, 중단없이 메시지가 전달됩니다. 이렇게 장애에 강한 네트워크라는 점이 P2P의 가장 큰 장점일 것입니다.

분산 시스템

비트코인 네트워크는 참여 노드 간에 작업이 분산되는 분산 애플리케이션 모델을 따릅니다. 컴퓨터 네트워크에 대해 파고들면, 합의 문제를 다루는 비잔티움의 장군 딜레마(Byzantine Generals Problem)를 접하게 됩니다. 네트워크 신뢰성을 유지하려면 참여 컴퓨터 사이에서 합의를 이뤄야 합니다. 물론 100% 합의가 이상적이지만 항상 가능한 것은 아닙니다.

비잔티움 장군의 딜레마

여러 명의 장군이 적군의 성을 포위했습니다. 이들은 사령관의 명령에 따라 공격 또는 후퇴해야 합니다. 작전이 성공하려면 장군들 사이에서 합의가 있어야 합니다. 사령관과 다른 장군들은 중간에 잡힐지도 모르는 전령을 통해 교신합니다. 게다가 사령관을 포함해 일부 장군들이 배신할 수도 있습니다. 사령관이 충직하고, 배신한 장군의 수가 전체의 1/3을 넘지 않는다면 공격 또는 후퇴에 대한 합의를 동시에 이룰 수 있습니다.

간단히 설명해, t가 배신한 장군의 수라면 총 3t + 1명의 장군이 있어야 합니다.

장군 1은 사령관과 배신한 장군 2로부터 엇갈리는 정보를 받을 것입니다. 이 상황에서 합의(50% 이상)를 이루는 것은 불가능합니다.

비트코인 시스템도 비잔티움 장군 딜레마와 비슷한 문제를 갖고습니다. 이 문제를 피하기 위해 사토시 나카모토는 작업증명(proof-of-work) 개념을 도입했습니다. 메시지를 전송하면, 메시지는 해시되고 모든 노드에 논스(nonce)를 보내 작업증명을 검증합니다. 모든 메시지(예: 블록)는 체인으로 연결되므로 변조는 거의 불가능합니다.

결론

비트코인은 탈중앙화, P2P 네트워크와 분산 모델을 따릅니다. 네트워크의 원활한 작동을 위해서 노드 사이에 합의가 필요합니다. "불량" 노드가 다수 존재해도 작업증명으로 인해 블록체인을 변경할 수 없습니다.