[TIL & Issue Note] 20220324

블록체인 원리(7) - 채굴과 51% 공격

1. 채굴과 블록 생성

블록을 만드는 것 = 채굴

보상금 획득 하는것이 금 획득하는 것과 비슷
채굴 단어의 유래 - Nick Szabo
- 금이 가치를 갖는 것은 채굴이 어렵기 때문
- 어떤 문제가 매우 어렵다면 -> 문제의 정답 자체가 어떤 가치를 가지지 않을까?
블록 만듦 -> 해시 퍼즐 풀이 : 어려운 문제이기 때문에 정답 자체가 가치 보유
금을 캐려면 -> 금광에서 채굴 : 힘든 작업이기 때문에 금이 가치 보유
해시 퍼즐 풀이 ->(비유) 금광에서 채굴
채굴 == 블록을 만들다.

블록을 왜 만들었을까?

블럭을 생성해야 거래내역을 기록할 수 있다.
해시 퍼즐 및 연쇄 -> 비가역성 보유
비가역성 거래내역을 기록하기 위해

해시퍼즐

무작위로 해시함수 계산, 특정 패턴이 나올 때까지 무한 반복
풀이에 많은 에너지 필요
보조금 삭감 -> 시세 하락 -> 채굴업자에게 영향
채굴 시 소모 에너지 > 채굴 보상금 -> 채굴이 완전히 멈추는 현상 발생

채굴업자가 더 이상 채굴하지 않을 경우

거래내역을 담을 수 없게 됨 -> 더 이상 블록체인이 움직이지 않음
채굴의 목적 -> 경제적 수익
채굴 비용 > 채굴 수익 -> 블록체인 거래가 불가능하게 됨

채굴이 갑자기 멈추지 않는 이유

이미 채굴한 양이 많기 때문
한계점이 이상을 지나면 멈추는 시점이 찾아옴

발행량 반감 -> 시세 하락 -> 블록체인 안정도와 직접 영향

2. 51% 공격

51% 공격

누군가 엄청난 하드웨어를 소유했다면?
단 한명이 나머지 사람들의 하드웨어보다 더 많은 자원을 가지는 현상
자원 및 계산량이 많으므로 -> 블록을 만들 가능성이 높아짐
블록을 만들 확률 51%
블록을 만들지 못할 확률 49%
특정한 노드가 높은 확률로 계속 블록을 만드는 현상 발생

51% 시스템에 미치는 영향

거래내역 기록 -> 블록 생성자가 결정
높은 수수료 거래내역 먼저 처리
자기 임의대로 거래내역 작성
시스템 교란 목적으로 거래내역 미작성 -> 시스템 마비
누군가가 소유하고 있는 계산력 -> 해시파워

해시파워

해시 퍼즐을 풀 수 있는 능력
시스템 계산량 51% = 해시 파워 51% 독점
52%의 해시 파워로 다른 노드 보다 항상 더 높은 확률로 블록 생성

블록 생산권 독점 시 악의적 상황

거래내역 미작성

서비스 자체가 방해되어 블록체인 서비스 비활성화
자신이 원하는 거래내역만 기록

수수료 인상

트랜잭션 처리 선택은 블록 생산자에게 달림
특정 수수료 지급 전까지 트랜잭션 미처리
블록 생산자가 원하는 수수료를 지불할 수 밖에 없음

이중 사용

동일한 비트코인을 두 번 이상 사용하려는 시도
상충된 지급내역이 브로드캐스팅 되어 네트워크에 확산
독점권 소유자가 자신에게 되돌아오는 거래내역만 처리
- 이중사용 항상 성공
자기 자신이 블록을 결정

긴 블록 생성 후 기존 블록 퇴출

긴 블록체인 생성 후 기존 블록 퇴출
시스템 자체의 안전성을 저해

51% 공격

특정 노드가 해시 파워 독점, 시스템 전체를 교란시키는 공격
과반수 이상을 차지한 상징적 경우 의미
이클립스 공격, 이기적인 채굴자 공격 -> 과반수 해시 파워 없이 시스템 교란 가능
25% 시스템 독점 시 시스템 교란 가능 입증

51% 공격, 실제로 일어날까?

상위 10개 채굴 업체가 보유 -> 전체 해시 파워 55% 장악
언제든 51% 공격 가능
공격 확률은 낮다 -> 경제적 이득이 적음

51% 공격자가 이득을 얻는 경우

디지털 서명, 비대칭 암호화 기법, 해시 함수 -> 원천적으로 불가능
타인의 비트코인 약탈 불가능
이득을 얻는 유일한 방법은 이중사용

이중 사용

물건을 건내 준 사람이 무한정 기다리면 무조건 실패
타인이 비트코인이 아닌 자신의 비트코인 두 번 사용
- 타인의 비트코인 약탈 불가능
51% 공격을 감행해서 가치를 떨어뜨리는 것보다 가치를 유지하면서 더 많은 보상금을 획득하는 것이 나음

현재 블록체인 구조

정상적 블록 생성이 경제적으로 더 이득
51% 공격 발생 확률 높지 않음
랜덤화를 통해 투명성을 이끌었던 블록체인의 기본정신 훼손
상위 3개 업체가 과반 이상의 블록 생성
10% 업체가 전체 90% 블록 생산
99.9999% ->의존 0.0001%
블록체인 존립에 심각한 위협 요소
단 10개의 노드가 채굴 중지 시 더 이상 거래 불가능

비트코인 블록체인

채굴자원의 독점 심화, 심각한 위협

채굴과 블록 생성

채굴은 블록 만들기의 다른 이름임
블록을 만든다는 의미는 거래내역을 보관한다는 의미임

51% 공격

51% 공격이란 특정 노드가 시스템 해시자원 51% 이상을 독점한 상황을 상징적으로 나타내는 말을 뜻함
시스템 자원을 51% 독점하게 되면 블록 생산권을 독점하게 되고, 이에 따라 다양한 형태로 시스템 공격이 가능함
51% 공격은 경제적 이득보다는 주로 시스템 교란에 의한 서비스 단절이 주된 위협임

중개인이 없는 거래 - 스마트 계약 개념 및 이더리움 구현 방식

1. 중개인이 없는 거래

상거래에서의 제 3자 이용

은행이라는 제 3자를 두고 계좌이체하는 것
이때 은행은 중앙 서버역할 수행 및 수수료 획득

제 3자를 활용한 거래의 단점

임의 기록 수정
악의적 의도 기록 변경
불필요한 수수료 발생

중개인이 없는 거래가 가능하다면

불필요한 수수료 절감

블록체인 거래

중앙 서버 없이도 안심하고 거래할 수 있는 환경 구축
해시파워를 제일 먼저 해결한 노드가 기록함 -> 다만, 모든 참여자의 검증
중앙서버에 비해 높은 안정성 보유
별도 수수료 지급하지 않음
직거래 시스템 구축 가능
- 응용분야 : 중고 물품 거래, 중고차 거래
- 기대 : 수수료 절감

중개인이 없는 거래의 이면

항상 좋은 것일까?
비트코인을 사용하다가 비밀번호를 잊어버리면 ?
비트코인 키를 저장한 장치를 훼손하게 되면?
잘못된 주소로 비트코인을 전송하게 되면?

금융거래 중개인

은행의 비밀번호를 잊어버리면?
은행 공인인증서를 훼손하게 되면다면?
- 은행에 중재 요청하여 해결 가능

중개인이 없는 거래 수수료가 절감 되는가?

채굴업자에게 지급하는 수수료가 더 적은지는 알 수 없음

절대 익명의 거래

많은 문제점 발생, 중재자 필요

중고차를 익명으로 거래한 경우

이득 -> 수수료 절감
단점 -> 중고차를 구매인은 하자 발생 시 중재자 없음

블록체인을 통한 중고차 직거래?

아직은 희망사항일 뿐, 해결해야하는 문제 다수 존재
개인정보 보호 문제 해결

브로드캐스팅

모든 노드가 블록체인 데이터 확인 가능
개인정보가 담기게 된다면 -> 모든 노드가 개인정보 확인 가능
브로드캐스팅을 사용하는 한 개인정보를 담아서는 안 됨

블록체인을 이용한 거래

개인 정보 불필요한 거래 성사 전까지 해결 요소 많음

2. 스마트 계약

스마트 계약

법률가 Nick Szabo -> 1990년대 자신의 아이디어
제 3자의 개입 없이도 스스로 계약을 집행할 수 없을까?
디지털 환경을 잘 꾸미면 제 3자 개입 없이 계약을 집행할 수 있을 거라 생각
제 3가 개입하지 않아도 계약 집행 가능

대부분의 계약

공증을 위한 변리사, 법무사, 변호사

Nick Szabo 스마트 계약

스스로 디지털화 되어 집행하는 계약
블록체인의 직접 거래와 같은 맥락

비트코인 블록체인에 기록할 수 있는 것

정적인 내용
비트코인 거래 기록 외 다른 기록을 하기 위해서는 프로그램 자체를 수정해야 한다.
프로그램을 수정하지 않고 다른 용도로 블록체인을 사용할 방법이 없을까 -> 동적인 데이터를 담으면 어떨까?

블록에 담긴 내용이 컴퓨터 프로그래밍이라면?

프로그램을 통해 명시한 조건에 따라 다른 결과 도출
디지털 환경을 통한 스마트 계약 -> Nick Szabo 아이디어 동일
프로그램을 호출하여 계약을 집행
프로그램 -> 계약내용 , 저장장치 -> 프로그램을 불러오는 장치
닉 사보의 스마트 계약이 실행 될지도 모름

Smart contract

정적인 거래내역 이외에 거래내역 자체를 컴퓨터 프로그램으로 기술하는 방식
호출이 가능하여 호출 때마다 실행
메세지를 통한 매개 변수에 따라 서로 다른 작용
동적으로 여러가지 다른 용도 사용 가능

비트코인 블록체인의 스마트 컨트랙트

아주 기초적으로 구현되어 있음
사카시 나카모토도 스마트 컨트랙트를 구현해둠 -> 실행을 위한 도구는 미제공

이더리움

스마트 컨트랙트 모습을 완전히 갖춘 최초의 블럭체인

계약과 컨트랙트(Contract)

계약 : 금융, 결제에 국한. 국한적 의미
컨트랙트 : 금융, 결제 외 광범위한 의미. 범용적 의미
거래내역, 계약, 컨트랙트는 기본적으로 같은 의미

3. 이더리움에서의 스마트 계약

이더리움에 구현된 스마트 계약

스마트 계약 : 제3자의 개입없이 스스로 집행하는 계약의 구상

스마트 계약 구현 방법

정적인 기록이 아닌 프로그램 기록
이더리움에서는 프로그램화 된 내용을 블록에 쉽게 담을 수 있는 환경을 제공 -> IDE(Integrated development Environment)
원하는 프로그램 작성 -> 컴파일 -> 이더리움에 불러오도록 저장
기존비트코인(정적인 기록 저장) <-> IDE(프로그램 저장)
사용자가 작성 프로그램 결정 -> 그 방식에 따라 무한가지 용도

솔리더티

이더리움에 사용되는 언어
솔리더티를 사용하여 프로그램 -> 컴파일 -> 코드저장
언제든 호출 가능하고 호출되면 프로그램 실행, 결과는 블록체인에 저장
같은 기록이라도 실행될 때의 매개 변수, 컨디션에 따라 다른 겨로가 도출

프로그램을 통한 암호화폐 전달 기능

비트코인을 통해 축구 내기를 한 경우

제3자가 필요
승자에게 비트코인 전달이 제대로 이루어졌는지 중재해야함

이더리움을 통해 축구 내기를 한 경우

축구 내기 프로그래밍
당사자가 만날 필요 없음
승자에게 자동으로 이더리움 전송

내기 프로그래밍 하기
스마트 컨트랙트 호출, 내기 참여
결과에 따라 이더리움 전송 기다리기

컴퓨터를 범용기계라고 하는 이유

게임 소프트웨어 설치 : 게임기
스프레드 시트 사용 : 회계용도
어떤 프로그램을 구동하느냐에 따라 용도 변경

비트코인

하나의 용도만 가진 기계

이더리움

최초의 범용 블록체인
용도 무한대 가능

스마트계약 해결애햐할 문제

이더리움을 이용한 스마트 계약 -> 여전히 해결해야 할 문제 다수

중개인이 없는 거래

제 3자의 개입 없이 블록체인 거래
필요 없는 수수료 절감과 함께, 한 번 기록되면 변경되지 않는 플랫폼을 구축하는 것을 목표로 함

스마트 계약

스마트 컨트랙트는 제 3자의 개입 없이도 계약을 실행할 수 있는 디지털 환경에 대한 개념
이더리움에 의해 블록체인에 구현

이더리움에서의 스마트 계약

이더리움에서는 솔리더티 등의 언어로 프로그램을 작성할 수 있는 통합 환경 제공
프로그램을 통해 여러 조건을 정의 할 수 있음
프로그램은 컴파일 된 후 블록에 저장되고 호출되어 실행 됨