이번 글에서는 지난 7편의 글에서 다뤘던 모든 내용을 묶어서 하나의 스토리로 엮어볼 생각입니다. 유저레벨에서부터 블록체인 뒷단까지를 오가면서 이야기를 진행할 예정이라 앞의 글을 다 읽고도 조각이 맞춰지지 않는 게 있던 분들은 그 고리가 여기서 이어지길 바랍니다. 모르는 용어가 있으시다면 앞의 글을 찾아보시면 나와요.

- 이 이야기는 A라는 사람이 비트코인 지갑을 생성해 물건을 구매하는 과정을 이야기합니다.

- 그리고 B라는 해커가 비트코인 네트워크를 공격하고 비트코인을 채굴하는 과정을 이야기합니다.

- 갑자기 도박꾼 X, Y, Z 가 지나갑니다.

0. 계좌의 생성

A는 요새 인터넷만 했다 하면 비트코인 얘기가 나와서 그게 뭔지 알아보고 한번 써보기로 했다. 비트코인 지갑을 생성할 수 있는 방법은 많지만, A는 간편하게 비트코인을 얻기 위해 거래소에 계정을 만들고 지갑을 생성했다. 그리고 내 비트코인을 저장할 개인 지갑을 또 한개 만들었다.

계정을 생성하면 블록체인 노드에서 공개키 알고리즘을 이용해 키를 생성하고, 개인키를 A에게 전달해준다. 이 개인키는 A의 공개키로 잠긴 UTXO를 해제할 수 있는 유일한 키로, 이 돈이 내 돈이라는 것을 증명하는 역할을 한다.

이 키는 분실되면 지갑을 다시 열 수 없기 때문에 A는 이 키를 복사해 다른 곳에 백업해두었다.

1. 거래의 생성

거래소에서 얼마간의 돈을 주고 비트코인을 구입한 A는 모 사이트에서 비트코인으로 물건을 구매할 수 있다는 것을 알고는 실제로 비트코인을 이용해 물건을 구입해보기로 했다. 결제화면에 나타난 지갑 주소를 받는 사람으로 해 A는 자신의 지갑에서 물건대금에 해당하는 만큼의 비트코인을 전송했다.

이 작업이 이루어지면 내 클라이언트에서는 내 개인키를 이용해 UTXO를 풀어 하나의 Transaction을 생성한다. 이 안에는 보내는사람, 받는사람, input, output, extra data 등이 들어있다. 클라이언트에서는 이 정보를 자신에게 연결되어 있는 주변 P2P Node 들에 전송하고, 이는 곧 블록체인 네트워크 전체로 퍼진다. 새 거래를 전송받은 Full Node 에서는 이 거래가 적합한 거래인지 검증하고, Tx. Pool에 넣어놓는다.

2. 거래의 승인

A는 비트코인을 보내고 거래가 완료되었다는 메세지를 기다리고 있다. 비트코인의 블록은 평균 10분에 한개 생성되기 때문에 1번의 승인을 받기까지 대략 10분 정도의 시간이 소요된다. A가 구매한 물건은 그다지 비싸지 않기 때문에 1번의 승인이 일어나면 거래를 완료시킨다.

같은 시각, 어딘가의 Full Node가 Tx. Pool 안에서 거래들을 꺼내 새 블록을 만들기 시작했다. A의 거래는 수수료를 높게 책정해 이 블록에 바로 포함되었다. 블록 안에는 이전 블록의 해시, timestamp, difficulty, nonce, merkle root, Tx. Info 들이 들어있으며, 이 Full Node는 현재의 채굴 난이도에 적합한 해시를 만들기 위해 nonce를 바꿔가며 brute force로 블록을 마이닝한다. 운 좋게 이 Node가 가장 빨리 블록을 생성했고, 곧 찾아낸 nonce 값을 블록에 기록한 뒤 새 블록을 생성했음을 주변 Node 들에 전파한다. 주변 Node에서는 새 블록을 받으면 이 블록이 맞는지 검증하고 자신이 하던 작업을 중지, 받은 정보를 기반으로 새 블록을 생성하기 시작한다.

이렇게 블록이 생성되었다는 것이 네트워크에 전파되어 A는 거래가 완료되었다는 메세지를 받게 됐고, 며칠 뒤 A는 구매한 물건을 배송받았다.

3. 거래의 검증

A는 며칠 뒤 같은 상점에서 다른 물건을 또 구매하는데, 이 시점에서 A의 지갑은 UTXO를 사용하기에 앞서 이 UTXO를 생성한 이전 거래가 유효한 거래인지 검증하고 UTXO를 사용하게 된다.

A의 컴퓨터에 있는 개인 지갑은 Lightweight Node 이기 때문에 블록의 모든 정보를 받지 않고 블록 헤더만 저장한다. A의 지갑 역시 새 거래나 블록을 전달받으면 유효성을 검증하게 되는데, Full Node와 달리 Lightweight Node는 주변의 Full Node에게 해당 블록의 merkle tree 정보를 요구해 거래의 유효성을 검증한다. 이 시점에서 A가 첫 물건을 살 때 발생한 거래가 든 블록은 매우 깊이 있기 때문에(비트코인의 경우 24시간에 대략 144개의 블록이 생성된다) 신뢰성이 보장되며, 주변 Full Node에서 받은 결과를 토대로 거래 자체도 유효함이 검증되었다. 이렇게 SPV 방식으로 거래를 검증한 A의 지갑은 또 다시 거래를 생성해 주변 노드에 전파한다.

4. 블록체인의 안정성

해커 B는 비트코인 가격이 300만원을 넘어선 것을 보고 블록체인을 해킹해 비트코인을 소유해보려 한다. 비트코인 블록체인이 어떻게 이루어졌는지 확인해본 B는 두 가지 공격 방법을 생각해낸다. 하나는 51% 어택이고, 하나는 더 빠른 채굴이다.

B는 첫번째 방법을 실현하기 위해 주변 해커들에게 비트코인 네트워크 전체의 51%에 해당하는 컴퓨팅 파워를 얻으려면 어떻게 해야 하는지 물어봤다. 50%를 넘는 컴퓨팅 파워를 가지고 있으면 메인 브랜치를 내가 원하는 대로 지정할 수 있기 때문이다. 동료들은 단일 기기에서는 그정도 파워를 얻을 수 없으며, 중국의 거대 채굴장을 몇개 모으면 51%에 가까운 파워를 얻을 수 있다고 답한다. 그러나 그들은 자신들이 얻어가는 이익이 다른 사람에게 파워를 제공해서 얻을 수 있는 이익보다 크기 때문에 B에게 협조하지 않을 것이라고도 한다. B는 곧 51% 어택을 포기하고 빠른 채굴로 다른 사람보다 앞서 블록을 만들어 B의 브랜치를 메인 브랜치로 바꾸려는 전략을 구상한다. 남들보다 월등하게 빠른 채굴 능력을 가지게 되면 보상도 독점할 수 있고 원한다면 이전 블록을 다시 마이닝해 메인 브랜치를 교체할 수도 있기 때문이다. 비트코인 블록체인은 SHA256 해시를 이용하고 있기 때문에 B는 이를 점령하면 마음대로 브랜치를 조종할 수 있다고 생각하고, SHA256에 대한 공격 방법을 찾는다. 하지만 B는 곧 이 방법도 포기하게 되는데, 아직까지 SHA256에 대한 공격 방법은 존재하지 않으며, 몇몇 보고된 성공 사례들은 범용적으로 적용하기에는 너무도 일부의 케이스만을 다루고 있기 때문이다.

해커 B는 블록체인의 안정성에 혀를 내두르며 중고나라에 로동자 에디션으로 나온 그래픽카드를 사러 간다.

5. 마이닝 풀(Mining Pool)

B는 중고나라에서 싸게 업어온 로동자 에디션 그래픽카드를 이용해 비트코인을 채굴해보기로 한다. 블록체인의 보상은 기본적으로 블록을 채굴한 사람이 모두 가져가게 되어 있는데, 개인이 블록을 캐는 것은 거의 불가능에 가깝기 때문에 B는 마이닝 풀을 이용해 적지만 지속적인 수입을 얻어보려 한다.

마이닝 풀에 접속한 B의 컴퓨터는 마이닝 풀로부터 새로 생성할 블록의 헤더만을 전달받는다. 이를 이용해 난이도에 맞는 해시를 찾는데, 마이닝 풀에서 제공하는 난이도는 통상적으로 블록의 난이도보다 1000배정도 쉽다. B의 컴퓨터는 마이닝 풀이 제공한 난이도에 적합한 해시를 찾으면 이를 마이닝 풀에 알리는데, 이를 PoW(Proof of Work) 라고 한다.

여러 사람이 주사위를 각자 3개씩 던져 4 이하가 제일 먼저 나오는 사람이 이기는 게임이 있다고 해보자. X 혼자서 3개의 주사위로 4 이하의 값이 나오게 하기는 쉽지 않기 때문에 X는 Y, Z를 불러 같이 주사위를 던지며 이 게임에 승리하려 한다. 대신에 보상을 적절한 비율로 나눠가지기 위해 3개의 주사위를 던져 6 이하의 값이 나온 횟수를 세서 이 비율대로 상금을 나눠가지기로 한다. 물론 X, Y, Z가 4 이하의 값을 만들기 전에 누군가 값을 만들 수도 있지만 혼자보다는 셋이 주사위를 던지는 게 성공 확률이 높을테니 X는 상대적으로 보상은 적지만 안정적인 승률을 기대할 수 있다. 또 모르지 더 수익이 높을 지...

B의 컴퓨터도 이렇게 마이닝 풀의 일원이 되어 자신의 작업을 마이닝 풀에 알리고, 마이닝 풀은 일원의 누군가 블록을 생성해 보상을 받으면 각각의 마이너들이 기여한 비율대로 보상을 나눠주게 된다.

쓰다 보니 마이닝 풀에 대한 얘기를 쓴 적이 없어서 여기에 같이 얹어봤습니다. 마이닝 풀은 어렵지 않으니까요. 써놓고 보니 애초에 글을 이렇게 쓰는 게 더 이해가 쉽지 않았을까 하는 생각이 드네요...흠...

어쨌든 이렇게 블록체인에 대한 모든 내용이 마무리되었습니다. 모쪼록 도움을 받으시는 분이 계시면 좋겠네요. 다음에 또 제가 꽂히는 분야가 생기면 이런 식으로 불쑥 나타나 또 툭 던지고 사라지도록 하겠습니다. 그럼 그때까지 다들 즐거운 날 보내세요.

작성자 아들딸 까까사주기:

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viva · 596543 · 17/07/21 14:40 · MS 2015

툭! 좋아요 이런 글 ! 감사합니당

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U-lis · 491954 · 17/07/21 14:43 · MS 2014

저야말로 감사합니다 ㅎㅎ

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CODE KUNST · 631434 · 17/07/21 16:36 · MS 2015

궁금했는데 첫글부터 읽어봐야겠어요 ㅎㅎ감사합니다

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개발팀 · 20 · 20/02/17 17:26 · MS 2009

잘 읽었습니다^^

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