블록체인은 데이터를 안전하게 저장하고 공유할 수 있는 분산형 시스템이다. 이는 금융, 의료, 공급망 관리 등 다양한 산업 분야에서 혁신적인 변화를 가져오고 있다. 이 글의 목적은 블록체인 기술의 핵심 개념 중 하나인 분산 원장에 대해 설명하는 것이다. 이제 블록체인의 기본 개념부터 시작해 보자.
1. 블록체인이란?
블록체인은 데이터를 안전하게 저장하고 관리하기 위해 고안된 분산형 디지털 원장이다. 블록체인의 가장 기본적인 단위는 '블록'이며, 이러한 블록들이 연속적으로 연결되어 하나의 체인을 형성한다. 이 체인이 바로 블록체인이다.블록의 정의와 구조
블록은 여러 개의 트랜잭션(거래) 데이터를 포함하는 데이터 구조체이다. 블록은 대표적으로 세 가지 주요 요소로 구성된다.
(다른 요소도 있다. ex) 타임스탬프, 논스)
- 데이터(Data) : 각 블록에는 다양한 종류의 데이터가 포함될 수 있다. 예를 들어, 비트코인 블록체인의 경우 트랜잭션 정보(송신자, 수신자, 송금액)가 데이터에 해당한다. 이 데이터는 블록체인 네트워크 내의 모든 참여자가 동일하게 공유하고 검증할 수 있다.
- 해시(Hash) : 해시는 블록의 고유 식별자로, 해당 블록의 모든 데이터를 고유한 문자열로 변환한 값이다. 이 해시는 블록의 데이터가 조금이라도 변경되면 완전히 다른 값으로 바뀌기 때문에 데이터의 무결성을 보장하는 데 중요한 역할을 한다.
- 이전 블록의 해시(Previous Block Hash) : 각 블록은 이전 블록의 해시를 포함하고 있다. 이를 통해 블록들은 체인 형태로 연결되며, 하나의 블록이 변경되면 이후 모든 블록의 해시도 변경되게 되어 블록체인의 불변성을 유지하게 된다.
체인의 형성과 블록 간의 연결
블록체인은 새로운 블록이 생성될 때마다 기존의 체인에 연결되는 방식으로 확장된다. 새로운 블록이 생성되면 해당 블록은 이전 블록의 해시를 포함하고 있기 때문에 체인이 끊임없이 이어질 수 있다. 이러한 구조 덕분에 블록체인은 블록 간의 순서와 내용을 쉽게 검증할 수 있으며, 데이터의 위변조를 어렵게 만든다.
블록체인의 불변성 원리
블록체인은 한 번 기록된 데이터는 수정할 수 없다는 불변성을 가지고 있다. 이는 각 블록이 이전 블록의 해시를 포함하고 있기 때문에 가능하다. 만약 누군가가 특정 블록의 데이터를 변경하려고 한다면, 해당 블록뿐만 아니라 그 이후의 모든 블록의 해시를 다시 계산해야 한다. 이 과정은 매우 복잡하고 많은 자원을 소모하기 때문에 사실상 불가능하다. 이러한 특성 덕분에 블록체인은 높은 수준의 보안성을 유지할 수 있다.
여기서 "해당 블록뿐만 아니라 그 이후의 모든 블록의 해시를 다시 계산해야 한다"가 무슨 뜻이냐면 예를 들어
블록1 생성(블록1 해시값)
→ 블록2 생성{이전 블록 해시값(블록1) + 블록2 해시값}
→ 블록3 생성{이전 블록 해시값(블록2) + 블록3 해시값}
이 되었다고 보자.
여기서 블록2의 해시값이 변경된다면 블록3의 이전 블록 해시값과 불일치하게 되어 블록3의 이전 블록 해시값을 수정해야 한다는 것이다.
2. 분산 원장 작동 원리
분산 원장은 블록체인 기술의 핵심 요소로, 데이터를 중앙 기관 없이 여러 네트워크 참여자에게 분산하여 저장하고 관리하는 시스템이다. 이를 통해 데이터의 투명성과 보안성을 높이며, 중개자의 필요성을 제거하여 효율성을 극대화할 수 있다.분산 원장이란
분산 원장은 데이터베이스를 네트워크에 참여하는 모든 노드(컴퓨터)들이 공동으로 관리하는 방식이다. 각 노드는 동일한 원장의 복사본을 보유하며, 새로운 데이터가 추가되면 모든 노드에 그 변경 사항이 전달되어 동기화된다. 이를 통해 단일 실패 지점(single point of failure)을 제거하고, 시스템의 신뢰성을 높인다.
※단일 실패 지점 : 시스템 내의 특정 구성 요소가 실패할 경우 전체 시스템이 작동하지 않게 되는 취약점
블록체인에서의 분산 원장의 역할
블록체인에서 분산 원장은 모든 트랜잭션 기록을 투명하고 안전하게 저장하는 데 중요한 역할을 한다. 각 노드는 블록체인의 복사본을 보유하며, 새로운 블록이 추가될 때마다 이를 검증하고 네트워크 전체에 전파한다. 이 과정에서 합의 알고리즘을 통해 모든 노드가 동일한 데이터를 보유하도록 보장한다.
중앙화 시스템과 분산 시스템의 비교
중앙화 시스템은 단일 기관이나 서버가 모든 데이터를 관리하고 통제하는 방식이다. 이는 관리가 용이하다는 장점이 있지만, 단일 실패 지점으로 인해 보안성과 신뢰성에 취약하다. 반면, 분산 시스템은 데이터가 여러 노드에 분산되어 저장되므로, 단일 노드의 실패가 전체 시스템에 영향을 미치지 않는다. 또한, 모든 노드가 데이터를 검증하고 동기화하기 때문에 데이터의 무결성과 신뢰성이 높다.
분산 원장의 합의 알고리즘
분산 원장 시스템에서는 모든 노드가 동일한 데이터를 보유하도록 합의 알고리즘을 사용한다. 합의 알고리즘은 네트워크 참여자들이 새로운 블록을 추가할 때 합의를 이루는 방법을 정의한다. 대표적인 합의 알고리즘으로는 작업 증명(Proof of Work)과 지분 증명(Proof of Stake)이 있다.
- 작업 증명(Proof of Work, PoW) : PoW는 네트워크의 모든 노드가 복잡한 수학 문제를 풀어야만 블록을 추가할 수 있는 방식이다. 이 과정은 많은 계산 자원을 필요로 하며, 이를 통해 데이터의 무결성을 보장한다. 비트코인이 대표적인 PoW 방식의 블록체인이다.
- 지분 증명(Proof of Stake, PoS) : PoS는 네트워크 참여자의 지분(보유한 암호화폐의 양)에 따라 블록을 추가할 권한을 부여하는 방식이다. PoS는 PoW에 비해 에너지 소비가 적고, 빠른 거래 처리 속도를 제공하는 장점이 있다. 이더리움 2.0이 PoS 방식을 채택한 대표적인 예이다.
분산 원장의 이점
분산 원장은 보안성, 투명성, 신뢰성 등 다양한 이점을 제공한다. 중개자가 필요 없기 때문에 비용이 절감되고, 데이터의 무결성과 신뢰성이 보장된다. 이러한 이유로 많은 산업 분야에서 분산 원장을 활용한 블록체인 기술을 도입하고 있다.
읽어주셔서 감사합니다.