Blockchain 이해하기

블록체인은 암호화폐랑은 개념적으로 분리되어있음

그렇지만, 비트코인이 블록체인이라는 개념을 만든 시초이기 때문에 매우 중요함.

(블록체인은 비트코인을 움직이게 하는 플랫폼이라고 보면 됨.)

1) 블록체인의 시작

1-1. 비트코인

발행기관, 실물, 법적효력 없음

탈중앙화된 화폐 => 모두가 관리함

• 왜 그러면 중앙기관없이 모두가 관리하냐? : 중간자 문제

  • 수수료

  • 처리속도 느림 : 과정이 복잡하기 때문

    (해외송금의 경우 특히 중간자가 복잡함)

1-2. 블록체인의 탄생

• 사이버 펑크 운동

  1. 암호학 기술을 활용하여 중앙기관을 퇴치하고 자체적으로 관리하겠다는 운동
  2. Data privacy 추구하겠다.
  3. Hash function을 이용하여 무결성을 유지하는 방법들 발표
  4. Smart contract
  5. Nick Szabo : 개념적으로 암호화폐의 증명문제를 만들어놓음.
  6. Satosi nakamoto : 암호화폐의 증명문제를 해결

• 2008 : 서브프라임 모기지론 => 금융기관에 대한 불신

• 2009 : 비트코인의 발표

• 2011 : Mount. Gox 사고

  • 블록체인 거래소 해킹당함(해킹이라기보단 내부자의 소행)

    (거래소 해킹과 블록체인의 해킹은 좀 다름..)

• 2015 : 이더리움, 하이퍼렛저 (Public, private)

1-3. 블록체인의 단점

아무래도 소비자 입장에서는 중앙집중거래나, 블록체인을 이용한 거래나 체감상은 똑같음

=> 블록체인을 통해서 B2C가 힘들지 않을까??

그렇지만, B2B는 신뢰보장때문에 수수료를 절감할 수 있어서 블록체인이 유용하다.

2) 블록체인과 P2P 네트워크

블록체인의 핵심기술 중 하나가 P2P 네트워크임

2-1. 블록체인의 아키텍쳐

완전히 새로운 기술은 아님!

p2p + 분산처리 + 컨센서스 + 경제학적 원리 + … 기존의 기술들을 결합하였음

1. 분산화

   • 참여자가 모든 사람의 거래내역을 저장함.
     • 이게 비효율적이어서, 일부분의 거래기록만 가지고 있도록 하는 것이 개발중(Shading)
   • 모두가 참여해서 거래내역을 승인하는 절차.

2. P2P (Peer to peer)

   

   • Client / Server 개념과 반대됨

   • 모두가 Server가 되는 느낌이라고 보면 됨.

     ex) 토렌트

     • 각 노드들이 데이터를 전달해주는 형태
     • 그래서 노드(시드)가 많을수록 빠름.

   • 수정과 삭제가 불가능함 (중앙기관 의심 x)

3. 비구조화 오버레이

   • P2P 네트워크는 기본적으로 슈퍼노드가 존재하는데..

     (새로운 노드의 네트워크를 연결하기 위해서, 슈퍼노드가 인접노드의 리스트를 갖고 있으면서 그 슈퍼노드에게 노드의 ip를 알려달라고 하면 랜덤하게 연결시켜주는 형태)

   • 비동기적 네트워크

2-2. 블록체인과 디지털 서명

1. 디지털 서명의 특징 : 비트코인의 부인방지

   • 돈 거래 절차 : 거래 서명 -> 모든 노드들에게 거래 내역을 전파(broadcasting) -> 검증 (다른 노드들이 서명을 가지고 있으므로 검증 효력이 생김.)
     • flood : 인접노드들에게 거래를 전달하고, 전달받은 노드에게 또 전달시킴
     • 일반 사용자들에게 특별히 검증을 시키지는 않음.

2. 비트코인의 지갑

   

   • 키
     • 개인키 : 잃어버리면 안되는 키, 16비트 난수생성기로 생성
     • 개인키 -> 공개키 : 사람들에게 공개되는 키 (hash function, 타원곡선 암호화 : One way function)
     • 공개키 -> 비트코인 주소 : Base 58(RIPEMD160(SHA2(K))) 를 통해서 사람이 읽을 수 있도록 함.
   • 비대칭 키 구조 : 암호화 키와 복호화 키가 다름.
     • 네트워크에 키가 공개되지 않아도됨
     • 속도는 대칭키에 비해서 느림.

3. 비대칭 키의 활용

   1. 키의 관계

      • 나의 개인키로 암호화 => 나의 공개키로만 풀 수 있음.
      • 나의 공개키로 암호화 => 나의 개인키로만 풀 수 있음.

   2. A가 B에게 비밀스러운 메시지를 보내고 싶을 때

      A가 (B의 공개키)로 메세지를 암호화 => 오직 B만이 B의 개인키를 이용해서 풀 수 있음.

   3. A와 B가 거래를 할 때

      (A의 개인키)로 거래내역을 암호화 => 모든 사람이 A의 공개키를 이용해서 거래를 확인할 수 있음.

3) 블록 생성(채굴)과 작업 증명

3-1. 채굴을 하는 이유

• 누군가가 전적으로 블록을 관리하는게 아닌데,

  아무래도 블록체인이다보니 블록은 꾸준히 생성되어야함.

• 그런데 블록을 생성하는 과정에 보상이 없다면 굳이 블록을 생성할 이유가 없음.

  => 보상을 줌으로써 사람들에게 블록을 생성시키게 하고 싶음.

3-2. 블록 채굴

• 채굴이 성공되면 새로운 블록이 생성됨

  • 가장 먼저 맞힌 단 한명의 사람만..!
  • 이 블록에 10분동안의 거래기록이 추가됨
    • 보상 = 채굴 인센티브 (12.5 BTC) + 10분동안의 트랜잭션 수수료
  • 그러므로 10분간의 거래기록을 승인시키게 하는 셈

• 10분마다 블록이 생성되는게 좋음!

  • 왜냐하면 fork문제를 해결하기 위해서

    (한쪽만 거래승인되고 나머지는 기록이 취소되는 일종의 오류)

  • fork문제를 해결하기 위한 가장 좋은 시간이 10분

  • 2016번째 블록(약 2주)마다 채굴난이도를 참여자마다 조정함.

3-3. 작업증명의 도구

• 해시 알고리즘 => 데이터 무결성, 합의하는 방식으로 활용
  • 256비트의 출력값 (SHA-256)
  • 인풋과 아웃풋의 연관성이 거의 없음.

3-4. 블록의 구성

• Header
  • Previous Block : Linked List, 이전 블록의 포인터(해시값)
  • Merkle Root : 트랜잭션의 해시코드 (Merkle tree 관련)
  • Timestamp : 블록 생성 시간
  • Difficulty : 문제 난이도
  • Nonce : 문제 정답
• Body
  • Transection들의 리스트

체인 : 블록들이 Linked List로 연결되어 있기 때문에 체인이라고 부름

3-5. Merkle tree

Merkle tree : 트랜잭션마다 해쉬함수를 이용하여 이진트리형태로 저장함.

그렇게 하면, 루트값에는 모든 거래내역을 종합한 정보가 저장됨

=> 그래서 하나의 거래기록이라도 변조되면 루트노드가 다르기 때문에 조작됨을 알 수 있음.

3-6. 작업증명

block header 전체의 해시값을 이용하여 블록을 채굴하는것.

• 찾아야하는 목표값 = 해시코드의 정답 범위 안에 들어간 해시값

• 문제는 Nonce를 알 수가 없기 때문에

  Nonce를 무작위로 올려가면서 적절한 해쉬값을 찾아내야함.

• 매우 느리고 비효율적이지만 안전함

4) 비트코인 이중 지불 방지와 협의

이중 지불 : 지불이 완전히 승인되기 전에 다른 지불을 진행하는 것.

4-1. 왜 이중지불?

• 시간상의 문제
  • 블록이 생성되는게 한참 걸림
  • 다음 블록에 내 거래기록이 들어간다는 보장이 없음
• 하지만, 6블록(약 1시간)이 지난다면 내 거래는 확실히 기록됨.

4-2. 거래조작 예시

ex) Alice -> Bob로 50BTC를 보낸 거래를 취소하고,

Alice -> Alice로 50BTC를 보내서 거래를 조작하고 싶음.

거래조작 절차

• Alice -> Bob 거래기록도 한 체인으로 연결됨
• 추가적으로 다른 체인을 생성해서 Alice -> Alice 거래기록을 기록함.
• 만약 Alice -> Alice 거래기록의 체인에서 6블록이 쌓인다면 다른 Alice -> Bob 거래기록은 취소됨.

4-3. longest chain rule

긴 체인을 따라가도록 설계됨

• 왜냐하면 빨리 6승인이 되지 않으면 다른 쌓인 체인은 전부 취소되는데,

  그렇게되면 내가 채굴을 성공해도 내 블록이 취소되기때문에 긴 체인을 따라가기 때문

그래서 개인이 직접적으로 거래를 조작하는것은 힘듬.

4-4. 문제점

어찌됬건 그 거래가 승인되는 1시간 내에 비트코인 가격이 변경될 수 있는데…

이건 현실적으로 해결해야한다고 합니다 (거래소 차원에서 해결해야할 문제인듯)

5) 스마트 컨트랙트의 개요

5-1. 스마트 컨트랙트

Smart contract : 어플리케이션

• 계약 내용들을 코드로써 기록함.
• 코드가 트랜잭션처럼 블록체인에 공개되는 형태임.

블록체인 : 어플이 활성화될 수 있는 플랫폼 제공

• 실질적으로 블록체인에서밖에 사용될 수 없음.

5-2. 2세대 블록체인

이더리움 : 2세대 블록체인, 최고의 블록체인 프로젝트, 스마트 컨트랙트를 사용할 수 있음.

비트코인보다는 효율적이지만 여전히 비효율적이다.

(비자카드는 초당 5만개의 거래를 기록할 수 있지만, 이더리움은 초당 고작 15개..

실질적으로 현실 금융을 대체할 수 없음.)

5-3. 이더리움 가상 머신

1. 예전 프로그래밍 언어는(ex, C언어)

   컴파일 코드와 운영체제 버전이 같아야함.

2. 자바는 JVM이라는 가상머신에서 컴파일을 하기 때문에 운영체제가 달라도 컴파일이 가능함.

3. 이더리움도 마찬가지로 스마트 컨트랙트 코드가 컴파일이 되야하는데,

   • 각각의 노드에는 EVM(이더리움 가상머신)이 설치되어 있고,

     동일한 스마트 컨트랙트 코드를 EVM을 통해 실행하기 때문에 모든 노드가 동일한 계약을 가질 수 있다.

5-4. Deterministic

• 비트코인에도 스크립트를 구현할 수는 있지만,

  디도스공격때문에 (반복적인 부하를 여러 쓰레드에서 분산해서 보내는 공격) 루프를 제한함.

• 이더리움에서는 루프를 사용할 수 있음

  • 모든 노드들이 스마트 컨트랙트를 실행가능

  • 그렇지만, 무한루프를 돌리면 서버가 마비되기 때문에

    => 코드를 돌리는 시간에 수수료(Gas Limit)를 부과함으로써 이런 문제를 해결함.

  • Deterministic을 보장할 수 있는 전용 프로그래밍 언어(솔리디티)를 사용함.

6) 기업형 블록체인

private block chain의 일종!

6-1. R3CEV

블록체인의 개념을 실제 금융에 적용할 수 있는지를 회의하는 컨소시움

활용사례 ex) 은행간 거래

• 은행간의 거래는 장부상에서만 기록해놓고 실제 잔고는 나중에 갱신함.
• 그런 장부를 증명하기 위해서 청산소에 막대한 수수료를 지불함.

=> 신뢰를 보장하기 위해서 블록체인을 이용함.

6-2. 공개형 블록체인의 한계

왜 기업에서 publie block chain을 활용할 수 없는가?

1. privacy : 우리 기업의 정보를 왜 공개?

2. transaction finality : 1시간 뒤에 트랜잭션 확정

3. 익명성 : 누가 거래했는지 확인을 못함.

4. 확장성 : 우리 굼벵이같은 이더리움으로 처리를 할 수 없다.

   => 데이터 무결성을 지키기 위해서 매우 폐쇄적으로 되어있다보니 느리다.

6-3. Private blockChain은 왜 빠른가?

암호학적으로 덜 신경씀

빠르지만 가벼운 합의방법을 사용가능

=> 1초에 3천건의 거래를 받아들일 수 있음. (비자카드는 1초에 5만건)

=> 그러면 이게 블록체인인가..? 잘 모르겠다..

6-4. 하이퍼렛저

가장 유명한 private block chain

• 대중적인건 HyperLedger FABRIC
• 공동의 이익을 위해서 네트워크를 만들었기 때문에, 화폐라는 개념이 없음

6-5. 리플

public인 척 하는 private block chain

• public : 네트워크 참여
• private : 데이터 접근 및 검증 (법적으로 국제송금을 검증할 수 있는 사람이 얼마 안되기 때문??)