[블록체인 만들기] 1. 블록체인이란?

내 생각에 블록체인은 비트코인에 의해 확-뜨고 인공지능에 의해 확-진 기술인 것 같다.

사실 블록체인 자체는 그렇게 어려운 개념이 아니다.

나는 블록체인을 쉽게 얘기할 때, '일종의 데이터 저장 시스템' 혹은 '일종의 데이터베이스와 같은 것'이라고 얘기한다.

그렇다면 블록체인은 데이터 저장 시스템인데 왜 사람들이 어렵다 말하고, 비트코인이 유명해진걸까? 본 글에서는 사토시 나카모토의 비트코인을 기반으로 블록체인을 설명하려고 한다.

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비트코인

우선 비트코인이 무엇인지 알아볼 필요가 있다. 사실 지금 가상화폐로 인해 비트코인이 무엇인지 모르는 사람은 없겠지만, 우리는 블록체인으로서 비트코인이 어떻게 동작하는지 알 필요가 있다.

Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System, Satoshi Nakamoto, 2008.

놀랍게도 비트코인은 2008년에 논문이 공개되었고, 2009년에 발행이 시작된 가상화폐다. 2009년부터 비트코인을 구매하기 시작했다면, 지금 엄청난 부자가 되었겠지?

블록체인 기술이 주목받기 시작한 이유는 하드웨어의 발전을 빼놓고 얘기할 수 없다. 왜 하드웨어가 중요한지, 도대체 블록체인이 뭔지 이제 시작해보도록 하자.

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블록체인, 말 그대로 블록을 연결한 구조

<간단한 블록체인>

블록-체인. 즉 블록을 사슬처럼 연결하였다는 뜻이다. 사슬을 이루는 각각의 블록은 거래 내역(지금부터 데이터라 칭하겠다.)을 가지고 있고, 이러한 블록들이 연결되어 있다. 단순히 연결되어 있다면, 사슬이라는 이름보다는 블록-리스트 라는 이름이 되었을 것이다.

따라서 '사슬'처럼 쉽게 끊어낼 수 없는 어떠한 알고리즘이 사용되어야 하고, 비트코인에서는 Hash(암호화)를 이용하였다. 단순히 현재의 블록이 갖고 있는 내용만으로 Hash를 하였다면, 마찬가지로 단순한 '리스트'였을 것이다. 이를 해결하기 위해 각각의 N번째 블록은 자신의 ID를 만들기 위해 그 앞번째, (N-1)번째의 블록 정보를 이용하여야 한다.

<ID Hash>

만약 여기까지 이해했다면, 다음과 같은 의문이 생길수 있다. "그러면 블록의 정보들만 모두 구할 수 있으면 똑같은 블록을 만들 수 있는거 아니야? 내가 알기로 블록체인은 변조가 어려운 걸로 알고 있는데"

맞는 말이다. 블록의 내용만으로 똑같은 블록을 구성할 수 있고, 블록체인을 이룰 수 있다면, 비트코인의 가격이 폭등하지도 않았고, 그래픽카드 대란이 일지도 않았을 것이다.

즉 블록의 ID를 만들기 위해서는 추가적인 기술이 필요하고, 흔히 난이도라고 부르는 것이 그것이다.

*Hash : 임의의 길이의 데이터를 고정된 길이의 데이터로 매핑하는 함수, 나무위키, 비트코인에서는 SHA-256을 이용하였다. 

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난이도

난이도가 꽤 어려운 내용이기 때문에, 여기서는 단순하게 난이도가 어떤것인지 설명만 하도록 하겠다.

난이도라는 이름 그대로, 쉽게 말하면 블록을 생성할 때의 난이도다. 난이도가 쉽다면 블록을 누구나 만들 수 있을것이고, 난이도가 어렵다면 블록을 아무나 쉽게 만들지 못할 것이다.

비트코인은 SHA-256을 이용하여 데이터를 해시하였으며, SHA 함수는 값마다 서로 다른 해쉬값을 뱉어내는데, 예로 다음과 같다.

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조금만 값이 바뀌어도, 전혀 다른 결과가 나오는 것을 볼 수 있다. 이에 착안하여, 비트코인에서는 Nonce라고 불리는 값을 내가 만들고자 하는 블록의 데이터에 추가한다. 위의 그림 <ID Hash>를 보면, Transactions + Timestamp + Nonce + ... + Prev_ID라 이해하면 된다.

위의 해시 결과를 보면 알겠지만, 대소문자만 바뀌어도 값이 변하기 때문에, Nonce는 막 수학적으로 계산하거나, 어려운 값을 넣을 필요 없이 단순히 숫자 0부터 조건을 만족할 때 까지 1씩 증가시키면 된다. 

비트코인에서는 그 조건으로, 해시된 결과의 앞 n개의 글자가 0이면 된다. 최초에는 000000... 으로, 0이 6개 나오면 됐지만, 하드웨어가 발전함에 따라 해시속도는 급격하게 빨라졌고, 따라서 지금은 가변적인 난이도를 갖게 되기 때문에 n개의 글자수가 0이면 되는 것이다.

000000을 만드는것도 쉬운거아니야? 라고 생각할 수 있는데, i5-9600KF 기준으로 000000을 찾는데 평균 2분 30초 정도 걸리며, i9 10900으로는 1분 30초가 소요된다.

이러한 난이도(Nonce)를 찾는 행위를 작업증명이라고 한다.

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정리하면

블록체인은 앞 블록의 Hash값과 현재 만들고자 하는 블록의 정보(Transactions, Timestamp, ...)를 함께 Hash하여 원하는 조건이 되는 ID를 가지는 블록들로 이루어진 데이터 사슬이라고 보면 된다.

"그러면 해킹은 왜 어려운거야?" 라는 질문이 생길수도 있는데, 이는 아직까지 설명하기엔 쉽지 않다. 하지만, 사람들이 흔히 말하는 내용처럼, "비트코인 네트워크의 절반 이상이 해킹된 내용을 갖고 있어야해."가 그 정답이다. 이는 나중에 합의파트에서 설명하도록 하겠다.