이중 지출과 블록체인 합의에 대한 설명

이중 지출은 사용자가 동일한 화폐 단위를 두 번 이상 사용하려고 시도하는 디지털 화폐 시스템의 근본적인 위험입니다. 복제나 재사용이 불가능한 실물 화폐와 달리 디지털 데이터는 복제될 수 있으며, 이는 분산형 시스템에서 화폐의 무결성을 유지하는 데 있어 고유한 과제를 야기합니다.

기존 금융 시스템에서는 은행이나 결제 처리 기관과 같은 중앙 기관이 중복 거래를 방지하기 위해 중앙 원장을 관리합니다. 그러나 암호화폐는 이러한 중개자 없이 운영되므로, 블록체인 기술을 통해 이중 지출을 방지하는 기술적 과제가 발생합니다.

이중 지출의 핵심은 거래가 제출된 시점과 네트워크에서 확인되는 시점 사이의 지연 시간을 악용하는 것입니다. 악의적인 행위자는 상품이나 서비스를 받은 후 거래를 취소하여 화폐와 재화를 모두 보유하려고 시도할 수 있습니다.

이 문제는 특히 사용자가 직접 거래하는 비트코인과 같은 P2P(Peer-to-Peer) 디지털 화폐에서 중요합니다. 예방 메커니즘이 없다면 디지털 화폐는 복제를 통해 조작될 수 있으며, 이는 가치 하락, 신뢰 상실, 시스템 장애로 이어질 수 있습니다.

이중 지출 공격의 유형

• 레이스 공격: 공격자는 동일한 코인을 사용하여 여러 수신자에게 두 건의 거래를 빠르게 연속으로 보내, 하나는 확인하고 다른 하나는 취소하도록 합니다.
• 피니 공격: 채굴자가 사기 거래가 포함된 블록을 사전 채굴한 다음, 블록을 브로드캐스트하기 전에 소매점에서 동일한 코인을 빠르게 사용합니다.
• 51% 공격: 공격자가 네트워크 채굴 파워의 절반 이상을 장악하면 블록체인의 기록을 수정하여 자신의 거래를 효과적으로 취소할 수 있습니다.

이러한 취약점을 고려할 때, 거래의 완결성을 보장하고 화폐의 무결성에 대한 신뢰를 유지하기 위해서는 강력한 보안 프로토콜이 필수적입니다.

합의 메커니즘은 블록체인이 이중 지출을 방지하는 핵심 요소입니다. 이러한 프로토콜을 통해 분산 네트워크는 중앙 기관에 의존하지 않고도 거래의 유효성과 순서에 동의할 수 있습니다.

대부분의 블록체인 시스템에서 거래는 이전 블록을 참조하는 블록으로 그룹화되어 시간순으로 정렬된 "체인"을 형성합니다. 블록이 블록체인에 추가되기 전에 네트워크 참여자(노드 또는 채굴자라고도 함)는 해당 블록 내의 거래가 유효하며 이전에 기록된 적이 없음에 동의해야 합니다. 이러한 집단적 검증이 바로 합의를 통해 보장됩니다.

작업 증명(PoW)

비트코인을 비롯한 여러 암호화폐는 작업 증명이라는 합의 메커니즘을 사용합니다. 이 메커니즘에서 채굴자들은 복잡한 수학 문제를 풀기 위해 경쟁합니다. 가장 먼저 문제를 해결한 채굴자는 다음 블록을 추가할 권리를 얻습니다. 이 과정은 계산 집약적이고 비용이 많이 들기 때문에 네트워크 전체 컴퓨팅 파워의 대부분을 제어하지 않고는 블록의 기록을 변경하거나 이중 지출 거래를 삽입하는 것이 사실상 불가능합니다.

거래 확인

거래 후 확인되는 블록이 하나 더 늘어날수록 거래가 변경되거나 취소될 가능성이 더욱 낮아집니다. 따라서 판매자와 서비스 제공업체는 거래를 최종으로 승인하기 전에 여러 번의 확인을 기다리는 경우가 많습니다. 비트코인에서는 고액 거래의 경우 6번의 확인이 표준으로 간주됩니다.

합의를 통한 불변성

합의는 거래의 적법성을 검증할 뿐만 아니라 이를 블록체인 기록에 고정합니다. 블록을 변경하려면 이후의 모든 블록을 다시 채굴하고(PoW에 따라) 다수의 합의를 얻어야 하므로, 비용과 복잡성으로 인해 이중 지출 시도는 대부분 공격자에게 경제적으로 비합리적이고 기술적으로 불가능합니다.

궁극적으로, 검증을 분산화하고 합의를 통해 공유된 버전의 기록을 시행함으로써 블록체인 네트워크는 사기 행위에 대해 회복력이 있는 투명하고 변조 방지된 통화 시스템을 구축합니다.

작업 증명(PoW)이 가장 잘 알려진 합의 메커니즘이지만, 확장성, 효율성 및 환경 영향을 개선하기 위해 다른 모델들이 개발되었습니다. 이러한 대안들은 서로 다른 기술 전략을 사용하지만 이중 지출을 방지하는 것을 목표로 합니다.

지분 증명(PoS)

지분 증명은 에너지 집약적인 채굴 프로세스를 코인 소유권 기반 검증 시스템으로 대체합니다. 이 모델에서 검증자는 보유한 암호화폐의 양과 네트워크에서 "지분"하는 암호화폐의 양을 기반으로 새로운 블록을 제안하거나 증명하도록 선택됩니다. 검증자는 네트워크 무결성을 유지하려는 재정적 인센티브를 가지고 있기 때문에(스테이킹된 코인이 위험에 처해 있기 때문에), 이중 지출을 포함한 악의적인 행위는 스스로를 파괴하는 결과를 초래합니다.

가장 큰 블록체인 네트워크 중 하나인 이더리움은 이더리움 2.0 업그레이드 도입과 함께 PoW에서 PoS로 전환되었습니다. 이러한 변화는 에너지 효율을 개선할 뿐만 아니라, 이중 지출(double spending)과 같은 잠재적 위협에 대한 방어력을 강화하는 것을 목표로 했습니다.

위임 지분 증명(DPoS)

EOS 및 Tron과 같은 플랫폼에서 사용되는 위임 지분 증명은 토큰 보유자가 블록체인을 유지할 소수의 검증자를 선출하는 투표 시스템을 사용합니다. DPoS는 신뢰할 수 있는 위임자 간의 합의를 중앙화함으로써, 유효하지 않거나 중복된 거래 항목을 방지하기 위한 인센티브 체계를 유지하면서도 거래 처리량과 확인 속도를 향상시킵니다.

비잔틴 장애 허용(BFT)

실질적 비잔틴 장애 허용(PBFT)을 포함한 BFT 기반 모델은 일부 네트워크 참여자가 신뢰할 수 없거나 악의적인 경우에도 노드가 합의에 도달할 수 있도록 합니다. 이러한 모델은 특히 기업에서 사용하는 허가형 또는 프라이빗 블록체인에서 널리 사용됩니다. 이러한 블록체인에서는 신원과 신뢰가 어느 정도 사전에 확립됩니다.

모든 거래는 신뢰할 수 있는 노드의 쿼럼을 통해 확인되고, 허위 보고는 합의 과정을 직접적으로 저해하기 때문에 BFT 합의 모델은 일반적으로 이중 지출과 같은 사기성 시도에 대해 강력하며, 특히 소규모의 통제된 환경에서 더욱 그렇습니다.

합의와 암호화의 결합

이러한 모든 모델에서 합의는 디지털 서명 및 해시 함수와 같은 암호화 도구로 강화됩니다. 이러한 도구들은 거래가 승인된 후에는 변경되지 않도록 하고, 원장의 각 항목을 발신자에게 고유하게 추적할 수 있도록 보장합니다.

다양한 합의 모델은 보안, 속도, 그리고 탈중앙화 간에 다양한 상충 관계를 제공합니다. 그러나 모든 합의 모델의 공통된 목표는 원장의 무결성을 유지하고 중복적이고 사기성 지출 가능성을 제거하여 디지털 생태계의 재정적 신뢰를 유지하는 것입니다.