<6> 알트코인과 합의 알고리즘

레거시 IT 시스템에는 중앙화된 방화벽이나 보안팀 등을 통해 시스템에 신뢰를 부여했다. 하지만 이는 해킹이나 관리자의 부도덕한 행위로 깨질 수 있다는 것이 증명되었다.

탈중앙화된 신뢰를 지향하는 블록체인과 암호화폐에는 합의 알고리즘(a.k.a. 거버넌스 시스템)이라는 개념이 있다. 이는 중앙화된 관리자 없이도 해커나 악성 참가자로부터 시스템을 지키는 데 그 목적성이 있다. 이번 글에서는 합의 알고리즘의 종류와 차이점에 대해 설명하도록 하겠다. 비트코인의 발행 원리에 대해 모르는 사람들은 이 글을 읽기 바란다.

3) 합의 알고리즘의 변화

현실세계에서는 사회 전체에 악영향을 끼치는 존재가 있으면 중앙화된 사법기구에서 조치를 취해 문제를 해결한다.

신뢰할 수 있는 암호화폐를 만들기 위해, 암호화폐들은 참여하는 노드들에게 올바른 행동에 대한 경제적인 이익과 악의적 행동에 대한 처벌을 설계하였다. 현재 가장 많이 사용하는 합의 알고리즘은 POW, POS, DPOS, PBFT가 있다.

먼저 각각의 합의 알고리즘을 정리한 아래 표를 보도록 하자

POW는 쉽게 얘기하면 연산능력으로 화폐를 발행하는 방식이다. 현재 비트코인과 이더리움에서 사용되는 방법으로 많은 사람들이 가장 안전하다고 판단하는 합의방식이다. 누구나 블록생성노드가 될 수 있으나, 생성자격을 얻기 위해서는 연산능력을 갖춘 리소스를(e.g. CPU, GPU 등) 투입하여 경쟁 방식으로 자격을 얻는다. 즉, 평등하게 누구나 네트워크에 참여할 수 있으나, 연산력을 많이 가진 사람이 더 많은 수익을 가져가는 구조.
 장점으로는 보안성이 좋은데, 그 이유는 잘못된 블록을 추가하기 위해서는 전체 노드들의 연산능력보다 높은 연산능력을 투입해야 하므로(51% 이상), 현실적으로는 불가능하다는 의견이 지배적이다.
 단점으로는, 과도한 연산능력이 소모되며(에너지 낭비가 심하다는 비판을 받음) 거래 처리속도가 느리다. 업그레이드도 모든 참여자들의 동의를 얻어야 하기 때문에 어렵고 시간이 오래 걸린다.

② POS는 POW의 단점을 보완하기위해 나온 알고리즘으로, 해당 코인의 주주들이 화폐를 발행하는 방식이다. 코인을 보유한 주주들이 경쟁을 통해 생성자격을 얻는다.(가진 코인 개수가 많을수록 생성할 가능성이 높아짐)
 장점으로는, 채굴기가 필요하지 않으므로 에너지 소모를 줄이며, 코인의 51% 이상을 소유하지 않은 이상 잘못된 블록을 추가할 가능성이 없다. 거래처리속도는 느리지만 POW보다는 비교적 빠르다.
 단점으로는, 코인을 많이 가지고 있을수록 더 많은 코인을 보상으로 받게 되는 구조이므로 부익부, 빈익빈이 가중된다는 단점이 있다.

POW와 POS는 각각 연산능력, 지분을 가진 노드들이 경쟁을 통해 블록을 생성하고 보상을 얻어가는 경쟁형이었다면, DPOS와 PBFT는 블록생성할 노드를 미리 정해놓는 방식이다.

③ DPOS는 투표를 통해 결정된 소수의 노드가 블록을 생성하는 방식이다. 경쟁방식이 아니기 때문에 속도가 빠르다. POS가 직접민주주의라면 DPOS는 간접민주주의라고 볼 수 있다. 대표적인 DPOS 코인은 이오스, 스팀 등이 있다.
 장점으로는, 거래처리속도가 빠르고 의사결정이 비교적 간편하다.
 단점으로는, DPOS는 블록을 생성하는 노드들이 공개되기 때문에 해킹에 취약하다.

④ PBFT는 Practical Byzantine Fault Tolerance의 약자로 DPOS처럼 대표자들의 합의로 거래가 기록된다. DPOS와의 차이점은 DPOS가 선거를 통해 대표자를 선거하는 방식이라면, PBFT는 중앙화된 주체가 대표자를 정한다. 그래서 PBFT는 보통 대기업이 사용하는 Private Blockchain에서 많이 사용한다. PBFT는 노드들이 자발적으로 네트워크에 참여하기 때문에 코인이라는 보상체계를 사용하지 않아도 된다. PBFT 알고리즘을 사용한 대표적인 프로젝트로는 Hyperledger Fabric, Corda, Tendermint가 있다. 
 장점으로는, 소수의 노드가 거래를 승인하므로 속도가 빠르다. 
 단점으로는, PBFT의 설계 특성 상 많은 통신량을 필요로 하기 때문에 거래를 승인하는 노드의 수가 제한적이다. 그렇기 때문에 탈중앙화에서 멀어지게 된다.
 PBFT를 사용하는 Private Blockchain이 기업에서 주로 사용되는 이유는, 허가된 멤버만 블록체인에 참여하기 때문에 기업의 기밀이 외부에 노출되지 않으며, 속도가 빨라서 공급망 관리와 같은 빠른 속도를 요구하는 작업을 처리할 수 있기 때문이다.

정리하면, 비트코인의 근간이 되는 POW 합의 알고리즘의 단점을 극복하기 위해, POS, DPOS, PBFT와 같은 합의 알고리즘이 고안되었으며, 현재까지 속도, 보안 그리고 탈중앙화 모두를 만족시키는 방법은 없다. 지금의 암호화폐 시장은 이를 반영하듯 각각의 알고리즘을 사용하는 코인들의 시총이 엎치락 뒤치락 하는 모양세를 보여주고 있다. 
 지금까지의 시총은 POW 알고리즘을 사용하는 비트코인과 이더리움이 가장 높으며, POW의 안정성을 대변하고 있다. 하지만, 이오스가 속도 문제를 해결하기 위해 DPOS라는 합의 알고리즘을 출시하여 약 40억 달러의 자금을 끌어 모으는 기염을 토하는 등, 판도는 계속 급변하고 있다.

다음편에서는 블록체인에 기능성을 추가한 알트코인에 대한 소개를 하도록 하겠다.