비트코인과 이더리움은 블록을 어떻게 이어가는가

[오문성 경희대 경영대학원 세무관리학과 객원교수 겸 법무법인 SL파트너스 고문] 블록체인을 이해하려면 먼저 ‘블록’이 무엇인지 알아야 한다. 블록은 장부의 한 페이지와 같다. 가계부에 하루의 수입과 지출을 적듯이 블록체인은 일정 시간 동안 발생한 거래를 하나의 묶음으로 기록한다. 이 묶음이 블록이다. 블록에는 언제 만들어졌는지를 나타내는 타임스탬프가 붙고, 새 블록에는 이전 블록의 해시값이 함께 담긴다. 그래서 블록들은 시간의 흐름에 따라 차례로 이어지고, 이렇게 이어진 장부가 블록체인이다.

그렇다면 누가 이 장부의 다음 페이지를 쓸 것인가. 은행 장부라면 은행이 쓰고, 증권거래 장부라면 증권사와 예탁결제기관이 관리한다. 그러나 블록체인에는 원칙적으로 중앙관리자가 없다. 전 세계 참여자들이 같은 장부를 나눠 보관한다. 이들 중 누가 새 블록을 만들고, 누가 그 블록이 맞다고 인정할 것인가. 이 문제를 해결하는 방식이 바로 합의 방식이다.

블록체인 세상에는 수많은 네트워크가 존재하지만, 장부의 다음 페이지를 쓰는 방식은 크게 두 가지로 설명할 수 있다. 하나는 작업증명이고, 다른 하나는 지분증명이다. 이를 가장 잘 보여주는 사례가 비트코인과 이더리움이다.

두 네트워크 모두 블록체인이지만, 블록을 만드는 방식은 다르다. 비트코인은 작업증명, 즉 Proof of Work 방식을 사용한다. 반면 이더리움은 현재 지분증명, 즉 Proof of Stake 방식을 사용한다. 비트코인은 계산 작업을 통해 신뢰를 만들고, 이더리움은 예치한 지분과 그 책임을 통해 신뢰를 만든다.

(사진=챗GPT)

먼저 비트코인을 보자. 갑이 을에게 0.1 비트코인을 보냈다고 하자. 이 거래는 곧바로 블록체인에 기록되는 것이 아니다. 먼저 네트워크에 알려지고, 아직 장부에 기록되지 않은 거래들이 모이는 대기 공간에 들어간다. 이 대기 공간을 멤풀(mempool)이라고 부른다. 다만 멤풀은 전 세계에 하나만 있는 중앙 대기실이 아니다. 각각의 노드 즉 네트워크에 참여하는 컴퓨터들이 미확정 거래들을 각자의 메모리 공간에 임시로 보관한다.

채굴자는 자신이 보고 있는 멤풀에서 여러 거래를 골라 블록 후보를 만든다. 이 블록에는 이전 블록의 해시값도 포함된다. 해시값은 데이터의 디지털 지문과 같다. 거래 내역이 조금만 바뀌어도 해시값은 완전히 달라진다. 새 블록이 이전 블록의 해시값을 담고 있기 때문에 블록들은 서로 단단히 연결된다.

하지만 블록 후보를 만들었다고 곧바로 장부에 붙일 수는 없다. 비트코인은 새 블록을 붙이려면 일정한 조건을 만족하는 해시값을 찾아야 한다. 이를 작업증명이라고 한다. 흔히 어려운 수학 문제를 푼다고 설명하지만, 실제로는 난스(nonce)라는 숫자를 계속 바꾸어 넣으면서 조건에 맞는 해시값을 찾는 작업이다.

예를 들어 비트코인 네트워크가 “새 블록의 해시값은 앞부분에 일정한 개수 이상의 0이 나와야 한다”는 조건을 정했다고 생각해보자. 채굴자들은 난스라는 숫자를 계속 바꿔 넣으며 해시값을 계산한다. 대부분의 시도는 조건에 맞지 않아 실패한다. 그러다 한 채굴자가 조건에 맞는 해시값을 찾으면, 이를 네트워크에 알린다.

다른 참여자들은 그 블록에 담긴 거래가 진짜인지, 같은 비트코인을 두 번 쓴 것은 아닌지, 전자서명이 맞는지, 해시 조건을 충족했는지를 확인한다. 문제가 없으면 그 블록은 블록체인의 맨 끝에 붙고, 채굴자는 보상으로 새로 발행되는 비트코인과 거래수수료를 받는다.

비트코인의 방식은 “계산 경쟁에서 이긴 사람이 블록을 만든다”는 것이다. 수많은 채굴자가 장비를 투입해 해시값 찾기 경쟁을 벌이고, 가장 먼저 조건을 만족한 사람이 장부의 다음 페이지를 쓴다. 이 방식은 과거 거래 조작이 매우 어렵다는 강력한 장점이 있다. 과거 블록을 바꾸려면 그 뒤에 이어진 모든 블록의 작업증명을 다시 해야 하기 때문이다.

반면 단점도 분명하다. 조건에 맞는 해시값을 찾기 위해 수많은 채굴 장비를 끊임없이 가동해야 하므로 극심한 전력 소모를 동반하며, 이 때문에 막대한 장비와 전기요금을 감당할 수 있는 대형 채굴장이나 채굴풀에 힘이 집중될 수 있다는 비판도 존재한다.

(사진=챗GPT)

이번에는 이더리움을 보자. 이더리움도 거래를 모아 블록을 만들고 체인에 붙인다는 점에서는 비트코인과 같다. 그러나 블록 생성자를 정하는 방법이 다르다. 이더리움은 현재 지분증명 방식을 사용한다. 여기에는 채굴자가 아니라 검증자가 등장한다. 검증자는 일정량의 이더리움을 네트워크에 예치하고 블록 생성과 검증에 참여한다. 대표적으로 독립 검증자로 참여하려면 32이더리움을 예치하는 구조가 알려져 있다.

다만 이더리움이 처음부터 지분증명이었던 것은 아니다. 이더리움도 출발 당시에는 비트코인처럼 작업증명 방식을 사용했다. 그러다가 2022년 9월 ‘더 머지’라고 불리는 대규모 업그레이드를 통해 지분증명으로 전환했다. 더 머지는 에너지 소비를 줄이고, 채굴 중심 구조에서 검증자 중심 구조로 운영방식을 바꾼 중요한 사건이다.

지분증명은 보증금을 걸고 장부 관리위원이 되는 방식으로 이해할 수 있다. 검증자는 자신의 이더리움을 맡기면서 “나는 장부를 정직하게 관리하겠다. 거짓으로 행동하면 맡긴 지분을 잃어도 좋다”고 약속하는 셈이다. 이더리움 네트워크는 일정한 규칙에 따라 검증자 중 한 명을 블록 제안자로 선택한다. 선택된 검증자는 거래를 모아 새 블록을 제안하고, 다른 검증자들은 그 블록이 맞는지 확인한다.

이더리움은 기본적으로 32이더리움을 하나의 검증자 단위로 본다. A가 32이더리움을 예치했다면 1개의 검증자 구좌를 가진 셈이고, B가 64이더리움을 예치했다면 2개의 검증자 구좌를 가진 셈이다. 복권을 한 장 산 사람보다 두 장 산 사람이 당첨 가능성이 높아지는 것과 비슷하다. 따라서 검증자 구좌가 많을수록 블록 제안자로 선택될 가능성이 높아진다.

선택된 검증자는 이더리움 송금, NFT 거래, 스마트계약 실행 등 대기 중인 거래를 모아 블록을 제안한다. 다른 검증자들은 거래가 유효한지, 잔액이 충분한지, 실행 결과가 맞는지 등을 검증한다. 충분한 검증이 이루어지면 그 블록은 이더리움 블록체인에 붙고, 검증자들은 보상을 받는다.

검증자가 규칙을 어기거나 악의적으로 행동하면 예치한 이더리움의 일부를 잃을 수 있다. 이를 슬래싱이라고 한다. 다만 슬래싱은 단순히 컴퓨터가 꺼졌거나 인터넷 연결이 끊긴 경우까지 강하게 처벌하는 제도는 아니다. 그런 경우에는 보상이 줄거나 소액의 비활동 벌금이 부과될 수 있다. 슬래싱은 같은 시간대에 서로 충돌하는 두 개의 블록에 이중으로 서명하는 등 네트워크의 신뢰를 해치는 중대한 행위에 적용된다.

비트코인의 작업증명은 수많은 사람이 동시에 어려운 번호 맞히기 게임을 하는 것과 같다. 가장 먼저 조건에 맞는 번호를 찾은 사람이 장부의 다음 페이지를 쓸 수 있다. 이더리움의 지분증명은 보증금을 낸 장부 관리위원 중 한 명을 뽑아 다음 페이지를 쓰게 하는 방식과 같다. 위원이 정직하게 장부를 쓰면 보상을 받지만 거짓으로 쓰면 보증금을 잃는다.

둘 다 목표는 같다. 중앙관리자 없이도 모두가 믿을 수 있는 장부를 계속 써 내려가는 것이다. 그러나 신뢰를 만드는 방법이 다르다. 비트코인은 “계산작업을 이만큼 했으니 이 블록을 믿어도 된다”고 말한다. 이더리움은 “내 지분을 걸고 책임을 지니 이 블록을 믿어도 된다”고 말한다. 비트코인의 보안은 에너지와 계산비용에 기대고, 이더리움의 보안은 예치금과 제재에 기대고 있다.

이 차이는 두 블록체인의 성격에도 영향을 준다. 비트코인은 가장 오래되고 단순하며 보수적인 구조를 유지해 왔다. 그 결과 디지털 금, 가치저장 수단이라는 이미지가 강하다. 반면 이더리움은 스마트계약을 중심으로 다양한 응용서비스를 실행하는 플랫폼이다. 탈중앙화 금융, 대체불가능토큰(NFT), 토큰 발행, 다오(DAO) 같은 서비스들이 이더리움 위에서 작동한다. 그래서 이더리움은 더 머지를 통해 에너지 소비를 줄이면서 네트워크 운영 방식도 바꾸었다.

물론 두 방식 모두 한계가 있다. 지분증명은 지분을 많이 가진 사람이 더 큰 영향력을 가질 수 있고, 작업증명은 장비와 전기요금을 감당할 수 있는 대형 채굴자에게 유리할 수 있다.

결국 블록체인의 핵심은 장부를 누가, 어떤 기준으로, 어떻게 믿을 수 있게 쓰느냐의 문제다. 비트코인은 가장 많은 작업을 증명한 사람이 장부의 다음 페이지를 쓰게 하고, 이더리움은 지분을 맡기고 책임을 지는 사람이 장부의 다음 페이지를 쓰게 한다.

구조는 다르지만 두 시스템 모두 중앙기관 없이 장부를 이어가기 위한 방법이라는 점에서는 같다. 그래서 블록체인은 단순한 투자상품을 넘어 중앙기관 없이도 거래를 믿게 만드는 새로운 장부 기술이라고 할 수 있다.

오문성 경희대 경영대학원 세무관리학과 객원교수 / 강남대 세무전문대학원 특임교수 / 법무법인 SL파트너스 고문. △1960년 부산 출생 △서강대 경영학 학사 △서울대 대학원 경영학(회계학) 석사 △고려대 대학원 법학(조세법) 박사 및 경영학(회계학) 박사 △성균관대 국정전문대학원 행정학 박사과정 수료 △가톨릭대 상담심리대학원 심리학 석사 △서강대 정보통신대학원 공학석사(블록체인전공) △공인회계사, 세무사, 증권분석사 △전 한국조세정책학회 회장, 현 한국조세정책학회 이사장 △한국납세자연합회 명예회장 △조세심판원 비상임심판관 △기획재정부 세제발전심의위원 △해양수산과학기술진흥원 비상임이사 △한국자산관리공사 기업회생지원위원회 위원장 △한국회계학회·삼일회계법인 저명교수 △전 국세청 국세정보공개심의위원회 위원장 △전 국세청 국세행정개혁위원회 본위원 △전 국세청 국세심사위원 △전 한국도로공사 비상임이사 △전 국회미래연구원 이사 △전 한양여대 세무회계학과 교수△블록체인 유튜브 오문성의 Pick Show 운영 중. (사진=이영훈 기자)