[마켓분석: 블록체인의 미래①] 헤더와 바디로 구성된 블록체인

기사입력 : 2018-04-17 15:54:00
[마켓뉴스 정슬기 기자] 블록체인의 강점에 대해 알기 위해서는 먼저 블록체인의 구조에 대해 이해할 필요가 있다. 여기서는 블록체인 1.0으로 평가 받는 비트코인 네트워크를 기반으로 정리했다. 세대가 바뀌면서 블록체인의 구조가 조금씩 달라지기는 하지만 블록을 연결하며 보안을 강화한다는 블록체인의 기본 개념은 변하지 않기 때문이다.

블록의 구성 – 헤더와 바디
블록체인의 블록은 ‘헤더’와 ‘바디’로 구성되어있다. 아래 그림을 보면 헤더는 단일 블록에 링크드 리스트(Linked List)를 만들기 위한 정보를, 바디는 블록에 담기는 거래의 내용들을담고 있다. 헤더는 소프트웨어의 버전, 난이도, 이전 블록의 해시값1), 블록 생성시간, 머클루트2) 그리고 난스(Nonce)라는 6개의 정보를 포함하고 있다.
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블록의구조. 자료:유안타증권리서치센터

머클루트 – 블록 사이즈의 효율화
‘머클루트’는 거래 내역이 담긴 바디를 효율적으로 저장하는 부분이다. 가장 널리 알려진 암호화폐인 비트코인의 경우 단일 블록에 최대로 담길 수 있는 거래는 대략 2,100개 내외이다. 아래 그림과 같이 수많은 데이터들이 각각 두 개씩 묶여 최종적으로는 하나의 값으로 표현되는데, 이를 통해 블록 사이즈의 효율화가 가능하다.
또한 머클루트는 구조적으로 거래 위치를 쉽게 찾을 수 있게 만들어준다. 비트코인의 단일 블록 전송량인 2,100개를 기준으로 11번의 경로만을 내려가면 어떠한 거래도 찾을 수 있다.
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머클트리, 블록의 사이즈의 유지와 유효성 검증. 자료:Ethereum white paper ,유안타증권리서치센터

비트코인이 현재의 1MB 크기 블록에서 극단적으로 16MB까지 확대되더라도 16번 정도의 경로만 거치면 나의 거래를 찾을 수 있다. 이외에도 머클트리 상의 거래를 조작할 경우, 머클트리의 경로상 다른 값이 나오게 되어 위변조를 하기 어렵게 만드는 보안적 특성을 가지고 있다.

난스 – 합의 알고리즘 & 링크드 리스트 & 분산 원장
헤더의 구성에 대해 다시 자세히 알아보자. 앞서 언급한 헤더를 구성하는 값들 중에서 소프트웨어의 버전, 난이도, 이전 블록의 해시값, 블록 생성시간은 모두 기존에 정해진 값이고, 머클해시는 해당 블록의 바디를 해싱(암호화)해서 나온 값이다.

즉, 난스를 제외하고는 모두 정해진 값으로, 블록을 생성하기 위해서는 난스의 값을 찾는 과정이 필요한데, 이전 블록에 대한 해시 값이 새로운 블록의 난스값을 계산하는데 사용된다.

이러한 난스의 값을 찾는 과정을 비트코인에서는 채굴(Proof of work)이라고 표현하며, 동시에 ‘합의 알고리즘’이라고도 불린다.

이는 네트워크상에서 참여자들이 실시간으로 동일한 장부를 보유하게 하는 ‘분산 원장의 기능’을 가능하게 하며, 블록을 서로 연결시켜준다. 최근에는 POW 방식의 비효율성으로 POS(Proof Of Stake), Mpos(MAGI's Proof Of Stake),Dpos(Delegated Proof Of Stake)와 같은 새로운 합의 알고리즘이 등장하고 있다.
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블록헤더의 구성. 자료:유안타증권리서치센터

뛰어난 보안성을 지닌 블록체인

만약 의도적으로 바디 값을 수정해 거래 데이터를 변조하여 이득을 얻으려는 사람이 있다고 가정해 보자. 변조를 위해 특정 블록의 바디 값을 수정하면 헤더 안의 바디데이터를 요약한 머클해시 값이 바뀌게 된다.

이후 해당 블록의 난스를 구하는 작업 증명 과정까지 완료하면 해당 블록의 블록해시 값이 변경되는데, 이로 인해 다음 블록에 포함되는 해시 값 또한 변경된다. 변조를 위해서는 이러한 일련의 과정을 가장 최근에 만들어진 블록까지 반복하고, 새로운 블록을 분산시켜 데이터 수정을 정당화해야 한다.

하지만 시간이 지날수록 헤더 안의 난이도 값이 올라가므로 난스를 구하는 시간은 점점 늘어난다. 비트코인의 경우에서 볼 수 있듯이 현재 전세계에서 가장 성능이 좋은 컴퓨터를 모두 가져다 연산력을 더한다고 해도 변조는 현실적으로 불가능하다. 가장 긴 체인이 가장 안전하다고 이야기하는 이유가 여기에 있다.
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블록체인내에서 해킹 시도. 자료:IEEE, 유안타증권리서치센터

이렇듯 블록체인의 안전성은 링크드 리스트를 통한 체인 길이의 확대와 네트워크 참여자간의 동일한 장부를 통해 생겨난다.

체인의 길이가 길어질수록 이전에 존재하는 하나의 블록을 해킹하는 것은 불가능에 가까워지고, 새로이 생겨나는 블록의 거래 데이터를 ‘분산 원장’을 통해 모든 노드가 보유하고 있기 때문에 과반수 이상을 수정할 수 있는 연산력을 보유하지 않는 이상 블록체인의 데이터 조작은 불가능하다.

참고자료: Bitcoin: A Peer to Peer Electonic Cash System' Satoshi Nakamoto, Blockchain basics for government (Deloitte), The Results of a Survey on Blockchain Technologies and Related Services(METI),블록체인 꽃길을 걷다(유안타증권), 블록체인 혁명(돈 탭스콧, 알렉스 탭스콧), 블록체인 구조와 이론(아키바네 요시하루, 아이케이 마나부), 비즈니스 블록체인(윌리엄 무가야), 비트코인 현상, 블록체인 2.0(마이클 케이시, 폴 비냐),넥스트 머니 비트코인(김진화),비트코인이란 무엇인가(김승표)

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