작업증명(Proof of Work) vs. 지분증명(Proof of Stake): 암호화폐 합의 알고리즘 초보자 가이드

작업증명(PoW)과 지분증명(PoS)은 블록체인이 합의 에 도달하는 두 가지 서로 다른 방식입니다 . 합의란 독립적인 컴퓨터들 간에 어떤 거래가 유효한지, 어떤 버전의 원장을 현재 버전으로 간주해야 하는지에 대한 광범위한 합의를 의미합니다. 이 두 방식은 흔히 "합의 메커니즘"으로 설명되지만, 실제로 블록체인의 완전한 합의 시스템은 PoW 또는 PoS 외에도 네트워킹 규칙, 블록 검증 규칙, 포크 선택 규칙, 인센티브 및 페널티 등을 포함합니다.

암호화폐를 처음 접하는 분이라면 다음 내용을 이해하는 것이 가장 유용합니다. 작업증명(Proof of Work, POW) 방식은 참여자들이 연산 노력을 투입했음을 증명해야 하고, 지분증명(Proof of Stake, PSS) 방식은 참여자들이 가치 있는 암호화폐를 투자해야 합니다. 비트코인은 가장 잘 알려진 작업증명 네트워크입니다. 이더리움은 과거에 작업증명 방식을 사용했지만 2022년에 지분증명 방식으로 전환했습니다.

PoW와 PoS를 비교하기 전에 초보자는 무엇을 이해해야 할까요?

고급 암호학을 알 필요는 없지만, 네 가지 용어는 중요합니다.

• 블록: 블록체인에 추가된 유효한 거래 및 관련 데이터의 묶음.
• 노드: 네트워크 규칙을 준수하고 데이터를 검증하는 소프트웨어입니다. 노드는 자동으로 채굴자나 검증자가 되는 것은 아닙니다.
• 합의: 분산된 참여자들이 블록체인의 하나의 수용 가능한 상태에 도달하는 과정.
• 포크: 체인의 후보 버전이 둘 이상 존재하는 일시적 또는 지속적인 상황.

이더리움 공식 문서에서는 중요한 구분을 제시합니다. 작업증명(Proof of Work)과 지분증명(Proof of Stake)은 그 자체로 전체 합의 메커니즘이 아니라, 더 광범위한 합의 메커니즘의 구성 요소일 뿐입니다. 이러한 구분은 중요합니다. 왜냐하면 보안은 누가 블록을 제안하는지에만 달려 있는 것이 아니라, 노드들이 어떻게 블록을 검증하는지, 서로 다른 체인 이력을 어떻게 해결하는지, 그리고 부정직한 행위에 어떤 불이익을 주는지에도 달려 있기 때문입니다. 이더리움 합의 메커니즘 문서를 참조하십시오 .

작업증명(Proof of Work)은 어떻게 작동할까요?

작업증명(PoW)은 채굴자들이 제안된 블록에 대한 유효한 암호화 해시값을 찾기 위해 경쟁하는 시스템입니다. 해시값은 입력 데이터를 고정된 길이의 결과로 변환하는 수학 함수의 출력입니다. 비트코인에서 채굴자들은 블록 헤더 데이터를 반복적으로 변경하고 해시값을 계산하여 결과값이 프로토콜에서 정의한 목표값보다 작아질 때까지 작업을 계속합니다.

비트코인 최초 백서에서는 이를 네트워크의 난이도 요건을 충족하는 결과가 나올 때까지 값을 반복적으로 시도하는 과정이라고 설명합니다. 채굴자가 유효한 작업증명을 찾으면 해당 블록을 다른 노드에 전송할 수 있습니다. 하지만 이러한 노드들은 채굴자를 자동으로 신뢰하지 않으며, 블록이 비트코인 ​​합의 규칙을 따르는지 독립적으로 검증합니다. 비트코인 ​​백서는 핵심 설계 방식을 설명하고 있으며, 비트코인 ​​개발자 가이드는 보다 기술적인 설명을 제공합니다.

왜 "일"이 중요한가요?

이러한 작업 때문에 과거를 바꾸는 것은 비용이 많이 듭니다. 각 비트코인 ​​블록에는 이전 블록에 대한 참조가 포함되어 있습니다. 누군가 이전 거래를 변경하려고 하면 해당 블록의 해시값을 변경해야 하고, 해당 블록과 그 위에 구축된 이후 블록들에 대한 작업증명(Proof of Work)을 다시 수행해야 하며, 정직한 네트워크를 따라잡아야 합니다.

비트코인 풀 노드는 누적 작업증명(Proof of Work)이 가장 많은 유효한 체인을 선호합니다. 이는 단순히 "가장 긴 체인이 이긴다"라고 말하는 것보다 더 정확한 표현입니다. 체인은 우선 프로토콜 규칙에 따라 유효해야 하며, 누적된 작업량이 중요한 요소입니다.

채굴자에게 실제로 필요한 것은 무엇일까요?

현대 비트코인 ​​채굴에는 일반적으로 ASIC( Application-Specific Integrated Circuits)라고 불리는 특수 하드웨어가 사용됩니다. 이 장비는 비트코인의 SHA-256 해싱 작업을 효율적으로 처리하도록 설계되었습니다. 따라서 채굴에는 하드웨어 비용, 전기료, 냉각 장치, 네트워크 연결 및 운영 관리 등의 비용이 수반됩니다.

초보자는 "비트코인 노드 운영"과 "비트코인 채굴"을 같은 것으로 착각하는 흔한 실수를 피해야 합니다. 일반적인 풀 노드는 경쟁 채굴을 수행하지 않고도 블록을 검증할 수 있습니다.

지분증명(Proof of Stake) 방식은 어떻게 작동할까요?

지분증명(PoS)은 연산 경쟁을 경제적 담보로 대체합니다. 검증자들은 해시 연산에 에너지를 소모했음을 증명하는 대신, 암호화폐를 프로토콜에 예치합니다. 이렇게 예치된 금액을 지분(stake) 이라고 합니다 .

이더리움의 현재 시스템은 명확한 예시입니다. 솔로 이더리움 검증자는 프로토콜에 ETH를 예치하고 검증자 소프트웨어를 실행합니다. 검증자는 제안된 블록을 검토하고, 검증 투표(attestation) 를 보내며 , 때로는 블록 제안자로 선택될 수도 있습니다. 이더리움의 공식 지분증명(PoS) 문서에 따르면 현재 솔로 검증자가 되려면 32 ETH가 필요합니다. 이더리움 지분증명 문서를 참조하세요 .

스테이킹이 보안을 제공하는 이유는 무엇일까요?

핵심은 검증자가 잃을 수 있는 귀중한 자산이 있다는 것입니다. 정직한 참여는 보상을 가져다주지만, 부정확하거나 이용 불가능한 행동은 보상 손실이나 벌칙으로 이어질 수 있습니다. 또한, 심각한 프로토콜 위반 시에는 슬래싱(slashing)이 발생 하여 검증자의 지분 일부가 소멸되고 해당 검증자는 활동 참여 자격을 박탈당할 수 있습니다.

이더리움은 동일한 블록 슬롯에 대해 상충되는 블록을 제안하거나 상충되는 증명서를 제출하는 등의 행위를 슬래싱 대상으로 규정하고 있습니다. 이는 일반적인 시스템 다운타임과는 다릅니다. 슬래싱은 특정 프로토콜 위반에 한해 적용됩니다. 자세한 내용은 이더리움 보상 및 벌칙 문서를 참조하십시오 .

작업증명(Proof of Work)과 지분증명(Proof of Stake) 비교 분석

PoW 또는 PoS 네트워크를 사용하기 전에 무엇을 준비해야 할까요?

단순히 암호화폐를 보내고 받고 보유하려는 일반 사용자라면 채굴이나 검증 과정은 필요하지 않습니다. 주요 과제는 사용하는 네트워크와 그 네트워크의 확인 동작을 이해하는 것입니다.

송금하기 전에 자산이 실제로 어느 블록체인에 있는지 확인하세요. 동일한 티커를 가진 토큰이라도 서로 다른 합의 시스템과 출금 주소를 가진 여러 네트워크에 존재할 수 있습니다. 또한 거래소나 서비스에서 입금을 승인하기 전에 몇 번의 확인이 필요한지도 확인하세요.

합의 과정에 직접 참여하려면 요구 사항이 크게 다릅니다. 작업증명(Proof of Work) 방식 참여에는 특수 채굴 장비, 적절한 전력 용량, 냉각 시스템, 그리고 현실적인 수익성 계산이 필요할 수 있습니다. 지분증명(Proof of Stake) 방식 참여에는 최소 지분, 안정적인 검증자 가동 시간, 안전한 키 관리, 그리고 슬래싱 규칙에 대한 심층적인 이해가 필요할 수 있습니다.

초보자는 거래 확인을 어떻게 이해해야 할까요?

블록체인마다 확인 방식이 동일하지 않습니다.

비트코인에서는 거래가 포함된 블록 위에 새롭게 생성되는 유효한 블록 하나하나가 누적된 작업증명(Proof of Work)을 더해줍니다. 이것이 바로 고액 거래의 경우 여러 번의 확인을 기다리는 이유입니다.

이더리움의 지분증명(Proof of Stake) 방식은 블록에 포함되는 것과 더 강력한 합의 상태를 구분합니다. 이더리움은 검증자 투표와 체크포인트 확정성을 활용합니다. 이더리움 문서에 따르면, 체크포인트는 전체 스테이킹된 ETH의 최소 3분의 2 이상의 지지를 얻어야 확정될 수 있습니다. 일단 확정되면, 공격자는 이를 되돌리려면 심각한 경제적 손실을 감수해야 합니다.

"6번의 확인" 또는 그 밖의 고정된 숫자가 보편적인 암호화폐 규칙이라고 생각하지 마십시오. 각 블록체인은 고유한 확인 및 최종성 모델을 가지고 있습니다.

어느 시스템이 에너지를 덜 사용하나요?

지분증명(PoS) 방식은 일반적으로 작업증명(PoW) 방식의 특징인 지속적인 경쟁 해싱을 피합니다. 이더리움은 2022년에 PoW에서 PoS로 전환한 이유 중 하나로 에너지 소비 감소를 명시적으로 언급했습니다. 그렇다고 PoS가 전기를 전혀 사용하지 않는다는 의미는 아닙니다. 검증자들은 여전히 ​​컴퓨터, 네트워크 장비 및 데이터 인프라를 운영합니다. 핵심적인 차이점은 네트워크 보안이 채굴자들이 대규모 해싱을 통해 지속적으로 경쟁하는 것에 기반하지 않는다는 것입니다.

작업증명 방식의 에너지 소모는 우연한 부작용이 아닙니다. 이러한 에너지 소비는 합의 과정을 다시 작성하는 데 비용이 많이 들도록 만드는 메커니즘의 일부입니다. 이러한 상충 관계가 바람직한지는 더 광범위한 설계 및 정책 논쟁의 대상이지만, 기술적으로 두 시스템은 서로 다른 희소 자원을 통해 합의를 확보합니다.

어느 쪽이 더 안전할까요?

한 단어로 간단하게 답할 수 있는 답은 없습니다. 그들은 서로 다른 보안 모델을 사용합니다.

비트코인 방식의 작업증명(PoW)에서는 제어권이 해시 파워에 대한 접근성과 이를 유지하는 데 필요한 자원에 크게 좌우됩니다. 이더리움 방식의 지분증명(PoS)에서는 영향력이 스테이킹된 ETH에 달려 있으며, 공격자에게 경제적으로 막대한 피해를 입히도록 페널티와 슬래싱(slashing)이 설계되어 있습니다.

보안은 작업증명(PoW)이나 지분증명(PoS) 방식 외에도 클라이언트 소프트웨어, 채굴 또는 스테이킹의 분산화, 네트워크 토폴로지, 프로토콜 설계, 구현 품질, 경제적 인센티브, 노드 운영자의 행동 등 다양한 요소에 따라 달라집니다.

초보자에게 중요한 점은 "PoS가 자동으로 더 안전하다" 또는 "PoW가 자동으로 더 안전하다"와 같은 주장을 피해야 한다는 것입니다. 의미 있는 비교를 위해서는 특정 블록체인과 특정 공격 또는 장애 시나리오를 명시해야 합니다.

초보자들이 흔히 저지르는 실수들을 피하는 방법

• 생각하는 채굴자나 검증자는 임의의 트랜잭션을 생성할 수 있습니다. 다른 노드들은 여전히 ​​프로토콜 규칙과 서명을 검증합니다.
• PoW 방식은 모든 노드가 채굴에 참여한다는 것을 의미합니다. 검증과 채굴은 별개의 역할입니다.
• PoS는 단순히 지갑에 코인을 보유하는 것을 의미한다고 가정해 봅시다. 프로토콜 검증에는 검증자의 참여가 필요하며, 수동적인 보유는 이와는 다릅니다.
• 모든 장애에 대해 슬래싱이 발생한다고 가정해 보겠습니다. 이더리움은 일반적인 비활성 상태에 대한 페널티와 슬래싱 대상이 되는 특정 위반 행위를 구분합니다.
• 모든 블록체인을 비트코인의 확정 모델을 가진 것처럼 취급합니다. 확정성 규칙은 네트워크마다 다릅니다.
• 합의 메커니즘이라는 이유만으로 네트워크를 선택하는 것은 바람직하지 않습니다. 수수료, 애플리케이션 생태계, 탈중앙화, 스마트 계약 위험, 지갑 지원, 운영 안정성 등도 중요한 요소입니다.

기억하기 쉬운 간단한 정신적 모델

만약 비교를 하나만 기억해야 한다면, 이것을 사용하세요:

작업증명(Proof of Work)은 "컴퓨팅 자원을 사용했다는 것을 증명할 수 있습니까?"라고 묻습니다.

지분증명 방식은 "프로토콜이 제재할 수 있는 경제적 가치를 투입했음을 증명할 수 있습니까?"라고 묻습니다.

둘 다 동일한 분산 시스템 문제를 해결하려는 시도입니다. 즉, 서로를 완전히 신뢰하지 않는 많은 참여자들이 하나의 유효한 블록체인 기록에 동의할 수 있도록 하는 것입니다. 다만, 부정직 행위에 대한 대가를 각기 다른 방식으로 높이는 것뿐입니다.

다음에 무엇을 배울까요?

PoW와 PoS를 이해하고 나면, 다음으로 유용한 개념은 경쟁하는 체인 중 어느 것을 선호하는지 결정하는 포크 ​​선택 , 블록을 되돌리기가 극히 어렵거나 경제적으로 불가능한 시점을 설명하는 최종성 , 그리고 채굴자와 검증자가 무제한적인 권한을 갖지 못하는 이유를 설명하는 노드 검증 입니다.

이 세 가지 개념은 블록체인 보안이 단순히 "작업증명(Proof of Work)"이나 "지분증명(Proof of Stake)"이라는 용어 이상의 의미를 갖는다는 것을 이해하는 데 도움이 될 것입니다. 합의 메커니즘은 독립적인 노드들이 하나의 합의된 원장을 중심으로 동기화되도록 하는 기술적 규칙과 경제적 인센티브의 전체 집합입니다.