어떤 맥락에서 "블록체인"이라는 용어가 언급될 때 일반적으로 "합의 알고리즘"이라는 복잡한 용어와 함께 사용됩니다. 대부분의 독자는 합의 알고리즘이 무엇인지 조사할 생각조차 하지 않습니다. 사실, 대부분은 블록체인 컨텍스트에서 알고리즘이 무엇을 위해 사용되는지조차 모릅니다. 그래도 수십 종류의 알고리즘이 있고 대부분 블록체인 세계에서 사용됩니다.
합의의 아이디어는 문제에 대한 통일된 입장에 도달하고 있습니다. 컴퓨터 과학에서 합의는 합의 문제와 관련이 있습니다. 분산 컴퓨팅 및 다중 에이전트 시스템의 근본적인 문제는 여러 결함 프로세스가 있는 경우 전체 시스템 안정성을 달성하는 것입니다. 이를 위해서는 종종 계산 중에 필요한 일부 데이터에 동의하는 프로세스가 필요합니다. 블록체인은 동일한 문제로 인해 손상되었으며 과학자와 프로그래머는 이를 해결하는 방법을 고안해 왔습니다.
본질적으로 알고리즘은 특정 결과를 달성하는 데 필요한 일련의 분석, 프로그래밍 및 필요한 단계입니다. 합의 알고리즘, ergo는 단일 문제에 대한 합의를 달성하는 데 필요한 조치를 취하는 것을 의미합니다. 블록체인 세계에서 단일 문제는 모든 네트워크 참여자가 블록 계산에 합의하여 해시될 수 있음을 의미합니다.
블록체인 세계 에서
블록체인과 관련하여 합의 알고리즘은 모든 네트워크 참여자의 주요 목표로 여러 결과를 가질 수 있습니다. 알고리즘의 가장 일반적인 목적은 다음과 같습니다.
- 동의: 합의 메커니즘은 네트워크 참여자 그룹의 모든 동의를 수집합니다.
- 협업: 그룹의 모든 구성원은 그룹 전체의 이익에 부합하는 더 나은 합의에 도달하는 것을 목표로 합니다.
- 협력: 모든 개인은 팀의 일원으로 일하고 더 큰 이익을 위해 자신의 이익을 제쳐둡니다.
- 동등한 권리: 모든 참가자는 투표 과정에서 동일한 가치를 가집니다. 이러한 접근 방식에서는 단일 투표가 없으면 합의가 통과되지 않기 때문에 모든 투표가 중요합니다.
- 참여: 네트워크 내부의 모든 사람은 투표 프로세스에 참여해야 합니다. 아무도 제외되거나 투표에서 제외될 수 없습니다. 그렇게 하면 알고리즘의 기능이 중단되기 때문입니다.
- 활동: 그룹의 모든 구성원이 동등하게 활동합니다. 그룹의 책임은 모든 참가자에게 동등하게 공유됩니다.
유형
사실 현재 사용 가능한 합의 알고리즘 유형은 30가지가 넘습니다. 가장 일반적인 것은 다음과 같습니다.
- 작업 증명
- 지분 증명
- 위임 지분 증명
- 권한 증명
- 비잔틴 내결함성
- 위임된 비잔틴 내결함성(dBFT)
등등. 목록은 무한대로 계속될 수 있지만 여기에 언급된 모든 알고리즘과 주어진 자료에 적합하지 않은 다른 모든 알고리즘은 합의에 도달하는 데 있어 똑같이 중요한 목적을 수행한다는 사실이 남아 있습니다. 변경되는 유일한 것은 그것을 달성하기 위해 사용하는 방법입니다.
명예의 전당
당연히 가장 대중적인 합의 알고리즘은 작업증명(Proof-of-Work)과 지분증명(Proof-of-Stake)으로, 블록체인과 함께 가장 먼저 등장한 것입니다.
작업 증명은 블록체인에서 가장 오래된 합의 유형이며 Bitcoin 탄생한 2003년 초부터 있었고 2009년부터 테스트 단계에 있었습니다. 새롭지는 않지만 알고리즘은 Satoshi Nakamoto와 함께 새 생명을 얻었습니다. 그가 제안한 방법에 따라 블록체인 참여자(광부)는 복잡하고 완전히 쓸모없는 계산 문제를 해결해야 트랜잭션 블록이 블록체인에 추가될 수 있습니다. 이 접근 방식의 문제점은 많습니다. 느리고 전력 집약적이며 환경 친화적이지 않으며 규모의 경제에 취약합니다.
다음은 Proof-of-Stake 개념입니다. 이 접근 방식은 후자의 대안으로 등장했으며 채굴을 사용하여 블록을 trac 하는 대신 네트워크 참가자가 프로세스에 참여할 수 있도록 시스템에서 코인 형태의 일부 지분을 가질 필요가 있다고 제안했습니다. 10% 지분을 소유하면 다음 블록을 10% 채굴할 확률이 부여됩니다. 스테이크 소유자가 보유한 코인이 많을수록 블록을 trac 할 확률이 높아집니다. 이 접근 방식은 문제가 없는 문제에 취약하기 때문에 결함이 있습니다. 그러나 전력 소모가 적고 규모의 경제에 영향을 받지 않으며 공격으로부터 더 잘 보호됩니다.
합의에 도달하기 위해 사용된 접근 방식에 관계없이 문제는 여전히 대체로 동일하며 서로 반향을 일으킵니다. 모든 합의 모델이 직면한 가장 큰 문제는 다음과 같습니다.
전력 소비는 블록체인 운영의 가장 큰 문제입니다. 예를 들어, Bitcoin 초당 200억 개의 해시를 가지고 있습니다. 이를 위해서는 막대한 양의 전력이 필요하며 현재로서는 현대 블록체인의 에너지 욕구를 충족시킬 수 있는 저렴한 에너지 대안이 없습니다.
광부의 중앙 집중화는 PoW 네트워크의 또 다른 문제입니다. 대규모 제조업체가 운영에 더 많은 권한을 요구하기 시작하고 광업 시스템의 규칙을 구부리거나 그들의 요구를 충족시키기 위해 새로운 규칙을 발행하려고 할 것이기 때문입니다. 분산형 네트워크 내의 중앙 집중화가 그 결과입니다. 중앙화가 자리를 잡으면 시스템은 더 이상 블록체인이 아니며 합의에 의미가 없습니다.
네트워크에 대한 공격은 여전히 인기가 있으며 해커는 아무데도 가지 않습니다. 51% 공격은 실행 가능하며 발생하지 않을 것이라는 보장은 없습니다. 공격자가 지분을 점유하면 전체 노드의 절반을 제어하고 네트워크를 스스로 돈벌이로 전환하는 것은 시간과 컴퓨팅 성능의 문제입니다.
인 위드 더 뉴
이전 합의 알고리즘의 문제점을 철저히 조사하고 연구하여 프로그래머가 새로운 합의 모델에 도달할 수 있도록 했습니다.
Credits 플랫폼 에서 채택한 또 다른 합의 알고리즘인 합의 증명입니다 . 다소 단순한 개념으로 처음에는 복잡해 보이지만 합의에 도달하는 데 효과적입니다. 합의를 위한 전체 절차는 트랜잭션의 형성과 네트워크 노드 간의 분배 및 신뢰 노드(TN)가 합의를 수행할 수 있는 권한을 부여받는 순환 라운드 실행으로 구성되며, 이는 블록의 트랜잭션 및 생성을 포함하는 공통 해결로 이어집니다. 트랜잭션 패키지에는 주문된 트랜잭션 수(최대 500개)가 포함되며 Blake2s 알고리즘으로 계산된 해시가 포함된 헤더가 제공됩니다. 노드가 라운드 테이블에 포함된 트랜잭션 패키지 목록을 받으면 로컬 버퍼에서 이러한 패키지의 가용성을 확인하기 시작합니다. 일부 패키지가 누락된 경우 동기화 프로세스가 시작됩니다. 노드는 이웃 노드에 누락된 패키지를 요청하고 해당 노드에도 패키지가 누락된 경우 해당 이웃은 이웃 노드에 패키지를 요청하고 누락된 패키지를 찾을 때까지 프로세스를 반복합니다. 모든 신뢰할 수 있는 노드의 라운드 테이블에 포함된 모든 트랜잭션 패키지의 가용성은 라운드가 시작되는 조건입니다. 모든 네트워크 노드가 트랜잭션 패키지를 릴리스하고 서로 교환한 후 합의 실행을 담당하는 노드를 선택해야 하며 해당 노드는 트랜잭션을 검증하고 블록을 생성해야 합니다. 공용 네트워크에서 구현 가능성이 있는 모든 노드가 완전히 참여하는 간단하고 효과적인 블록 형성은 그러한 합의 알고리즘의 전부입니다.
다음으로 유망한 알고리즘은 Facebook의 LibraBFT Consensus 알고리즘입니다. LibraBFT는 HotStuff를 개선하고 더 폭넓게 사용할 수 있도록 조정합니다. Libra는 HotStuff를 기반으로 하는 비잔틴 내결함성(Byzantine Fault Tolerance) 유형의 합의 알고리즘이며 Libra 블록체인을 위해 설계된 강력하고 효율적인 상태 머신 복제 시스템입니다. LibraBFT는 Pacemaker 메커니즘을 구현하여 HotStuff를 향상시킨 것입니다. 여기에는 트랜잭션 커밋에 대한 구체적인 경계로 구성된 활성 분석이 포함됩니다. LibraBFT에서는 프로세스를 유효성 검사기라고 합니다. 후자는 각각 리더라고 하는 지정된 유효성 검사기가 있는 라운드에서 작동합니다. 리더는 새로운 블록을 제안하고 블록 생성 제안과 관련하여 유효성 검사기로부터 서명된 투표를 받습니다. 라운드는 지정된 단일 리더와의 커뮤니케이션 단계일 뿐이며 리더의 제안은 암호화 해시를 사용하여 체인으로 구성됩니다. 라운드가 시작되면 리더는 마음대로 사용할 수 있는 가장 긴 체인을 확장하는 블록을 제안합니다. 제안이 유효하고 시의적절하면 각 정직한 노드가 서명하고 리더에게 투표를 보냅니다. 정족수에 도달하기에 충분한 투표가 있으면 리더는 투표를 동일한 체인을 다시 확장하는 QC(정족수 인증서)로 집계하고 QC는 모든 노드에 브로드캐스트됩니다. 리더가 QC를 구성하지 못하면 참가자는 다음 라운드로 이동합니다.
지금까지 Libra 블록체인은 허가된 네트워크로 시작되었습니다. 창립 Validator에는 Uber, Visa, MasterCard, PayPal 등과 같은 회사가 포함됩니다. 모든 창립자는 초기 Validator가 되기 위해 엄격한 지침을 준수합니다. 예를 들어, 암호화폐 헤지펀드는 AUM이 10억 달러 이상이어야 하고 디지털 자산 중심의 관리인은 최소 1억 달러를 보관해야 했습니다. 비 암호화 회사는 시가 총액이 10억 달러 이상이거나 고객 잔액이 5억 달러 이상이어야 합니다.
또 다른 합의 알고리즘은 경과 시간 증명(Proof of Elapsed Time)으로, 2016년 초 인텔에서 개발했으며 Hyperledger Sawtooth 1.1에서 성공적으로 테스트했습니다.
작동 원리는 네트워크의 각 노드가 임의로 선택된 시간 동안 대기하므로 다소 간단합니다. 대기 시간을 경과한 첫 번째 노드가 다음 블록을 발행할 권리를 얻습니다. 네트워크의 각 노드는 임의의 대기 시간 간격을 생성하고 지정된 시간 동안 절전 모드로 비활성화됩니다. 깨어난 노드와 대기 시간이 가장 짧은 노드는 블록체인에 새로운 블록을 추가하고 전체 네트워크에 데이터를 전송합니다. 이 과정은 다음 블록을 찾을 때까지 반복됩니다. 이러한 알고리즘의 장점은 낮은 참여 비용, 간단한 적법성 검증, 낮은 검증 및 선택 제어 비용입니다. 특수 하드웨어가 필요하고 공용 네트워크에는 쓸모가 없다는 단점도 있습니다. 올인원
다양한 합의 알고리즘은 블록체인을 다양하게 활용하고 다양한 응용 프로그램과 구조에 적응할 수 있도록 합니다. 공격에 취약하고 종종 번거롭고 매우 에너지 비효율적이지만 블록체인은 여전히 존재하며 하나 또는 다른 알고리즘이 효율성 경쟁에서 다른 알고리즘을 이길 때까지는 시간 문제입니다. 아마도 모호하고 덜 알려진 긴 목록의 알고리즘 중 하나가 가까운 장래에 PoW 및 PoS를 축출하는 알고리즘이 될 것입니다.
