블록체인(blockchain)은 사용자가 중앙 권한이나 서버 없이 트랜잭션을 보내고 애플리케이션을 구축할 수 있는 분산 원장으로 탈중앙화 네트워크를 연결합니다. 이는 블록이라고 불리는 기록들의 지속적으로 성장하는 목록이며, 암호화를 사용하여 연결되고 보호됩니다.^[3]

개요

블록체인은 안전한 온라인 거래를 가능하게 합니다. 블록체인은 여러 컴퓨터에 걸쳐 거래를 기록하는 데 사용되는 분산형 디지털 원장으로, 이전 블록들을 모두 변경하지 않고서는 거래 기록을 소급하여 변경할 수 없습니다. 이를 통해 참여자들은 저렴한 비용으로 거래를 검증하고 감사할 수 있습니다.^[15]

거래 또는 코드는 블록으로 배치되어 검증되고, 분산된 사용자(노드) 네트워크를 통해 합의 메커니즘(consensus mechanism)을 통해 블록체인의 일부로 수락됩니다. 검증된 데이터의 각 블록에는 이전 블록의 고유한 데이터 서명이 포함되어 있기 때문에 "블록체인"으로 연결됩니다. 네트워크 기반 합의 메커니즘은 블록체인 프로토콜이 기본 기술 아키텍처의 작동 방식에 동의하는 방법입니다. 일부 블록체인은 5초마다 새로운 블록을 생성합니다.^[15]

구조 및 구성 요소

블록

블록은 타임스탬프와 네트워크에서 검증된 후 체인에 추가되어야 하는 최근 트랜잭션에 대한 기타 암호화된 정보를 포함하는 데이터 집합입니다. 트랜잭션 기록을 보존하기 위해 블록은 엄격하게 순서대로 정렬되며, 새로 생성된 모든 블록에는 상위 블록에 대한 참조가 포함되고 블록 내의 트랜잭션도 엄격하게 순서대로 정렬됩니다. 드문 경우를 제외하고 네트워크의 모든 참여자는 블록의 정확한 수와 이력에 동의하고 현재 라이브 트랜잭션 요청을 다음 블록으로 일괄 처리하기 위해 노력하고 있습니다.^[34][35]

블록 시간

블록 시간은 네트워크 내 채굴자 또는 검증자가 하나의 블록 내 거래를 검증하고 해당 블록체인에 새로운 블록을 생성하는 데 걸리는 시간을 측정한 것입니다. 암호화폐는 서로 다른 합의 메커니즘을 사용할 수 있으며, 이는 다른 요소들과 함께 거래를 검증하고 새로운 블록을 생성하는 데 걸리는 시간에 영향을 미칩니다. 각 암호화폐는 서로 다른 블록 시간을 가지고 있습니다. 예를 들어 비트코인은 약 10분이 걸리는 반면, 이더리움은 약 14초가 걸립니다.^[36]

최종성

일반적으로 트랜잭션 최종성은 트랜잭션에 참여하는 당사자들이 트랜잭션이 완료되었다고 간주할 수 있는 시점을 말합니다. 더 구체적으로, 블록체인에 추가된 트랜잭션을 되돌리거나 변경할 수 없게 되는 시점입니다. 트랜잭션 최종성은 결정적이거나 확률적일 수 있습니다.^[37]

확률적 최종성은 트랜잭션 후 블록체인에 더 많은 블록이 추가될수록 트랜잭션의 최종성이 증가하는 경우 발생합니다. 즉, 더 많은 블록이 추가될수록 트랜잭션은 블록체인에서 더 많이 참조되고 그 결과 되돌리거나 변경하기가 점점 어려워집니다. 대부분의 확률적 최종성을 제공하는 프로토콜의 경우, 트랜잭션이 완료되었다고 간주하기 전에 트랜잭션 후 추가해야 하는 권장 블록 수가 있습니다. 예를 들어, Bitcoin 블록체인에 6개의 추가 블록이 추가될 때까지 기다리는 것이 트랜잭션이 최종적으로 완료되었다고 간주하는 데 권장됩니다.^[37]

결정적 최종성은 트랜잭션이 블록체인에 추가되면 즉시 최종적으로 간주되는 경우 발생합니다. 이를 위해서는 "리더"가 추가할 블록을 제안한 다음, 지정된 비율의 검증자가 이를 승인해야 합니다. 결정적 최종성은 덜 일반적이며 Practical Byzantine Fault Tolerance(PBFT) 기반 프로토콜인 Tendermint와 같은 프로토콜에서만 제공됩니다.^[37]

노드

블록체인 노드(blockchain node)는 블록체인 프로토콜 소프트웨어를 실행하고 일반적으로 트랜잭션 기록을 저장하는 장치 중 하나입니다. 풀 노드(Full Nodes)는 모든 트랜잭션의 전체 사본을 유지합니다. 트랜잭션을 검증하고, 수락하고, 거부할 수 있는 기능을 갖추고 있습니다. 파셜 노드(Partial Nodes)는 라이트웨이트 노드(Lightweight Nodes)라고도 불리는데, 블록체인 원장의 전체 사본을 유지하지 않습니다. 트랜잭션의 해시 값만 유지합니다. 전체 트랜잭션은 이 해시 값을 사용하여서만 액세스할 수 있습니다. 이러한 노드는 저장 용량과 계산 능력이 낮습니다.^[23]

원장

원장은 정보의 디지털 데이터베이스입니다. 원장에는 세 가지 유형이 있습니다.

• 공개 원장 – 모든 사람에게 공개되고 투명합니다. 블록체인 네트워크의 모든 사람이 정보를 읽거나 쓸 수 있습니다.
• 분산 원장 – 이 원장에서는 모든 노드가 데이터베이스의 로컬 복사본을 가지고 있습니다. 노드 그룹이 공동으로 작업(즉, 트랜잭션 확인 및 블록체인에 블록 추가)을 실행합니다.
• 분권화된 원장 – 이 원장에서는 어떤 노드나 노드 그룹도 중앙 제어를 가지고 있지 않습니다. 모든 노드가 작업 실행에 참여합니다.^[23]

스마트 계약

블록체인 스마트 계약은 사용자 간의 계약 조건을 설정하며, 스마트 계약의 조건은 블록체인 상에서 실행되는 코드로 실행됩니다. 스마트 계약을 통해 개발자는 피어투피어 기능을 제공하는 앱을 구축할 수 있습니다. 금융 도구부터 물류 및 게임 경험에 이르기까지 모든 분야에서 사용되며, 다른 암호화폐 거래와 마찬가지로 블록체인에 저장됩니다. 스마트 계약 기반 앱은 종종 분산형 애플리케이션 또는 dapps라고 합니다.^[24]

합의 메커니즘

합의 메커니즘 (합의 프로토콜 또는 합의 알고리즘이라고도 함)은 트랜잭션을 검증하고 기본 블록체인의 보안을 유지하는 데 사용됩니다. 합의는 네트워크의 피어(또는 노드) 그룹이 어떤 블록체인 트랜잭션이 유효하고 어떤 것이 유효하지 않은지 결정하는 프로세스입니다. 합의 메커니즘은 이러한 합의에 도달하는 데 사용되는 방법론입니다. 이러한 규칙 집합은 네트워크를 악의적인 행위와 해킹 공격으로부터 보호하는 데 도움이 됩니다. 작업 증명(PoW) 및 지분 증명(PoS)는 가장 널리 사용되는 합의 메커니즘 중 두 가지입니다.^[25]

작업 증명

작업 증명은 암호화폐가 새로운 거래를 검증하고, 블록체인에 추가하며, 새로운 토큰을 생성하는 데 사용하는 합의 메커니즘입니다. 작업 증명은 컴퓨터가 암호화 퍼즐을 풀도록 요구하며, 블록체인에서 거래를 검증하거나 유효성을 확인하는 보상으로 "작업"을 수행합니다. 이를 암호화폐 채굴이라고 합니다. 해시(hash)라고 하는 긴 숫자와 문자열을 통해 악의적인 공격을 막고 거래가 유효한지 확인할 수 있다는 아이디어입니다. 누군가 네트워크에서 함수를 통해 데이터를 입력하면(블록체인에서 거래의 기반이 됨), 하나의 해시만 생성할 수 있습니다. 거래(예: 한 사용자에서 다른 사용자로의 암호화폐 이체)가 블록체인에서 발생하면, 결과 해시는 전체 네트워크에 배포됩니다. 조작으로 인한 해시의 변경은 감지되어 거부됩니다. 비트코인 블록체인은 최초의 작업 증명 네트워크였습니다. 출시 이후 PoW 메커니즘은 도지코인, 라이트코인, 모네로, 비트코인 캐시를 포함한 수많은 추가 블록체인에서 사용되었습니다.^[20][21]

지분 증명(Proof-of-Stake)

지분 증명(Proof-of-Stake) 시스템에서 스테이킹은 작업 증명(Proof-of-Work) 채굴과 유사한 기능을 합니다. PoS는 블록체인과 관련된 코인을 소유한 검증자에게 의존합니다. 지분 증명에서는 스테이킹이라고도 알려진 블록체인 네트워크에 얼마나 많은 코인을 잠가 두었는지에 따라 검증자가 무작위로 선택됩니다. 코인은 담보 역할을 하며, 참여자 또는 노드가 트랜잭션을 검증하도록 선택되면 일부 암호화폐를 받게 됩니다. 지분 증명은 여러 검증자가 트랜잭션이 정확하다는 데 동의해야 하며, 충분한 노드가 트랜잭션을 검증하면 트랜잭션이 처리됩니다. PoS는 PoW에 비해 트랜잭션 속도가 빠르고 에너지 효율이 높아 확장성이 높아 새로운 사용자의 채택이 용이합니다. PoS는 이더리움, BNB 체인, 아발란체, 그래프 등에서 사용됩니다.^[20][22]

분기

하드 포크

하드 포크라는 용어는 블록체인이 시스템을 관리하려는 두 가지 서로 다른 규칙 집합의 사용으로 인해 두 개의 별개 체인으로 분리되는 상황을 가리킵니다. 이러한 규칙은 채굴, 스테이킹, 노드 연결, 트랜잭션 세부 정보 등 모든 참여자가 준수해야 하는 특정 매개변수와 표준을 만듭니다. 따라서 두 개의 네트워크가 병렬로 실행됩니다. 모든 노드는 포크 지점까지 동일한 블록체인을 가지고 있었지만(그리고 그 이력은 남아 있지만) 그 이후로는 서로 다른 블록과 트랜잭션을 가지게 됩니다.^[19]

비트코인 캐시와 비트코인 골드와 같은 암호화폐는 원래 비트코인 블록체인에서 하드 포크를 통해 진화했습니다.^[17]

2022년 10월, 암호화폐 거래소 바이낸스의 스마트 계약 지원 블록체인인 BNB 체인은 같은 달 발생한 악용 사례를 해결하기 위해 Moran이라는 하드 포크 업그레이드를 거쳤습니다.^[18]

소프트 포크 (Soft Fork)

소프트 포크는 블록체인에 대한 규칙 변경으로, 새롭게 구현된 변경 사항이 이전 버전과 역호환됩니다. 소프트 포크는 기존 블록체인 네트워크가 변경된 규칙을 수용하도록 유도하여 업그레이드된 블록과 이전 거래 블록을 동시에 허용합니다.^[16]

역사

초기 시작 및 비트코인 개발

1982년, 암호학자 데이비드 차움(David Chaum)은 그의 논문 "상호 불신 집단에 의해 설립, 유지 및 신뢰되는 컴퓨터 시스템"에서 블록체인과 유사한 프로토콜을 처음 제안했습니다. 차움은 "온라인 익명성의 아버지"이자 "암호화폐의 대부"로 불립니다. 그는 또한 사용자의 익명성을 보존하는 것을 목표로 하는 전자 화폐 애플리케이션인 이캐시(ecash)를 개발하고, 블라인드 서명, 믹스 네트워크, 다이닝 암호학자 프로토콜과 같은 많은 암호화 프로토콜을 발명한 것으로 알려져 있습니다. 1995년 그의 회사 DigiCash는 이캐시(eCash)로 최초의 디지털 통화를 만들었습니다.^[45]

암호화 방식으로 보호되는 블록 체인에 대한 최초의 연구는 1991년 스튜어트 해버(Stuart Haber)와 W. 스콧 스토르네타(W. Scott Stornetta)에 의해 설명되었습니다. ^[7] 1992년, 바이어(Bayer), 해버, 그리고 스토르네타는 여러 문서를 하나의 블록으로 수집할 수 있도록 효율성을 개선하기 위해 블록체인에 머클 트리를 통합했습니다. 1993년, 스팸 및 기타 네트워크 오류를 방지하기 위해 작업 증명(PoW) 메커니즘이 제안되었습니다. ^[8][10]

2004년 컴퓨터 과학자이자 암호화 전문가인 핼 피니(Hal Finney)는 RPoW(재사용 가능한 작업 증명)로 알려진 시스템을 개발했습니다. 이 시스템은 작업 증명(PoW) 토큰을 기반으로 비교환 가능(또는 비대체 가능) 해시 캐시를 수신하여 이전 가능하고 검증되고 서명된(RSA) 토큰을 생성했습니다. ^[11]

그 후 최초의 분산형 블록체인은 2008년 사토시 나카모토(Satoshi Nakamoto)로 알려진 익명의 개인 또는 그룹에 의해 개념화되었고, 다음 해에 디지털 통화 비트코인의 핵심 구성 요소로 구현되어 모든 거래에 대한 공개 원장 역할을 했습니다. 피어 투 피어 네트워크와 분산 타임스탬핑 서버를 사용하여 블록체인 데이터베이스가 자율적으로 관리됩니다. 비트코인에 블록체인을 사용함으로써 신뢰할 수 있는 관리자가 필요 없이 이중 지출 문제를 해결한 최초의 디지털 통화가 되었습니다. ^[39]

'블록'과 '체인'이라는 단어는 2008년 10월 사토시 나카모토(Satoshi Nakamoto)의 원 논문에서 별도로 사용되었으며, 이 용어가 널리 사용되기 시작하면서 2016년까지 'blocked chain'으로 사용되다가 하나의 단어인 'blockchain'이 되었습니다. ^[9]

블록체인 2.0: 이더리움 개발

2013년경 비트코인 코드베이스의 초기 개발자 중 한 명이었던 비탈릭 부테린은 비트코인이 블록체인 기술의 모든 기능을 활용하지 못한다고 느꼈습니다. 그는 자신의 프로젝트를 시작했고 2014년 비트코인보다 기능이 향상된 새로운 공개 블록체인인 이더리움이 탄생했습니다. 부테린은 이더리움의 기능을 암호화폐를 넘어 탈중앙화 애플리케이션 개발 플랫폼으로 확장함으로써 이더리움과 비트코인 블록체인을 차별화했습니다. 이더리움은 특정 조건이 충족되면 거래를 실행하는 프로그램 또는 스크립트인 스마트 계약이라는 스크립팅 기능을 특징으로 합니다. 스마트 계약은 특정 프로그래밍 언어로 작성되어 바이트코드로 컴파일되며, 이더리움 가상 머신(EVM)이라고 하는 탈중앙화 튜링 완전 가상 머신이 읽고 실행할 수 있습니다.^[39][12]

전 세계 프로그래머들이 기존 블록체인 플랫폼에서 탈중앙화 애플리케이션 및 소프트웨어를 개발할 수 있게 되었습니다. 곧, 탈중앙화 자율 조직(DAO), ICO를 위한 상환 가능한 토큰 또는 거버넌스 제어, NFT(대체 불가능 토큰)와 같은 고유 항목 식별자 등 업계의 급성장을 목격했습니다. 이 블록체인 세대의 애플리케이션 및 플랫폼의 예로는 Lisk 및 Neo와 같은 암호화폐 플랫폼, MakerDAO 및 Uniswap과 같은 dApp, MetaMask과 같은 암호화폐 지갑이 있습니다.^[13]

블록체인 3.0

블록체인 3.0 기술은 트랜잭션 처리 속도를 높이고 블록 생성 시간을 없애줍니다. 결과적으로, 새로운 블록체인 플랫폼은 초당 수천 건의 트랜잭션을 실행할 수 있는데, 이는 비트코인과 이더리움보다 높습니다. 3세대 블록체인이 도입한 또 다른 중요한 변화는 지분 증명 (PoS) 모델의 대중화입니다. 이 합의 메커니즘은 고도로 복잡한 컴퓨팅 장치의 사용과 새로운 블록 생성에 필요한 막대한 에너지 소비를 없앴습니다. 블록체인 3.0 기술의 예로는 알고랜드, 폴리곤, 옵티미즘이 있습니다.^[14]

이더리움 머지 & 이더리움 2계층 확장 솔루션

블록체인 3.0 개발의 주요 이정표 중 하나인 이더리움 머지(Merge)는 2022년 9월 15일에 진행되었습니다. 머지는 이더리움 네트워크가 작업증명(Proof-of-Work)에서 지분증명(Proof-of-Stake, PoS) 합의 메커니즘으로 전환되는 것을 의미합니다. 이더리움은 이미 2020년에 도입된 PoS 네트워크인 비콘 체인(Beacon Chain)을 가지고 있었지만, 거래 처리에는 사용되지 않았습니다. 이더리움의 PoS로의 완전한 전환은 비콘 체인("합의" 계층)과 이더리움의 PoW 메인넷("실행" 계층)을 병합하는 것을 필요로 했습니다. 머지 이후 이더리움은 더 빠른 거래 확인, 에너지 소비 감소, 그리고 더 많은 확장 솔루션 추가 기능을 얻었습니다.^[31][32]

이더리움 2계층은 이더리움 메인넷(1계층)에서 벗어나 거래를 처리함으로써 애플리케이션 확장을 돕기 위해 만들어진 솔루션을 지칭하는 용어입니다. 메인넷과 동일한 보안 조치와 분산성을 유지하면서 말이죠. 2계층 솔루션은 처리량을 증가시키고 탄소 발자국도 줄입니다. 가스(gas)가 덜 필요하다는 것은 에너지 사용량이 줄어들고, 이는 탄소 배출량 감소로 이어집니다. 이더리움 2계층 솔루션의 대표적인 예로는 폴리곤(Polygon), 아비트럼(Arbitrum), 그리고 옵티미즘(Optimism)이 있습니다.^[33]

상하이 업그레이드

이더리움의 상하이 업그레이드는 샤펠라(Shapella)로도 알려져 있으며, 2023년 4월 12일에 진행되었습니다. 이 중요한 업그레이드를 통해 이더리움 블록체인의 거래를 보호하고 검증하기 위해 자신의 이더(ETH)를 스테이킹한 사용자들이 스테이킹된 이더를 출금할 수 있게 되었습니다. 이 업그레이드 이전에는 사용자들이 스테이킹된 이더를 출금하거나 축적된 보상을 청구할 수 없었는데, 이는 지분 증명 방식에서 중요하게 부족했던 기능이었습니다.^[57]

Dencun 업그레이드

Dencun 업그레이드는 Ethereum의 데이터 수수료를 줄이고 확장성을 높이기 위한 중요한 이정표입니다. Dencun 업그레이드는 Ethereum 블록체인에 데이터를 저장하는 새로운 방법인 “blobs”를 가능하게 합니다. 이 blobs는 일반 트랜잭션과 분리된 전용 공간을 가지므로 비용이 낮아집니다. 이 업그레이드는 악명 높은 Ethereum의 높은 트랜잭션 수수료 문제를 해결하는 데 중요합니다.

이 업그레이드에는 여러 코드 변경 사항이 포함되어 있으며, 가장 중요한 것은 “proto-danksharding”입니다. Proto-danksharding은 데이터 저장을 위한 전용 공간을 제공하여 효율성을 높이고 수수료를 줄입니다.

Dencun 업그레이드는 2024년 3월 13일에 적용되었습니다.

유형

공용 블록체인

공용 블록체인에는 관리자가 없으며 누구든지 합의 메커니즘에 참여할 수 있습니다. 즉, 블록체인을 전송 계층으로 사용하여 다른 사람의 승인이나 신뢰 없이 네트워크에 애플리케이션을 추가할 수 있습니다. 누구나 공용 블록체인 네트워크에서 진행 중인 활동을 읽고, 쓰고, 감사할 수 있으므로 자치적인 분산형 특성을 달성하는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, 이더리움은 공용 블록체인 플랫폼의 예 중 하나입니다.^[16]

프라이빗 블록체인

프라이빗 블록체인 네트워크는 퍼블릭 블록체인 네트워크와 유사하게 분산된 피어투피어 네트워크입니다. 그러나 하나의 조직이 네트워크를 관리하며, 누가 참여하고 합의 프로토콜을 실행하며 공유 원장을 유지할 수 있는지 제어합니다. 프라이빗 블록체인은 기업 방화벽 뒤에서 실행될 수 있으며, 심지어 온프레미스로 호스팅될 수도 있습니다.

허가형 블록체인

허가형 블록체인은 네트워크에 참여하려면 접근 권한이 필요한 블록체인 네트워크입니다. 이러한 유형의 블록체인에서는 허용된 참여자가 수행하는 작업을 제어하는 제어 계층이 블록체인 상단에서 실행됩니다. 허가형 시스템은 소유자에 의해 네트워크를 매우 안전하게 만듭니다.^[16]

컨소시엄

컨소시엄 블록체인은 공용 체인과 사설 체인의 요소를 결합하여 그 간극을 해소합니다. 컨소시엄 체인에서는 누구나 블록을 검증할 수 있는 개방형 시스템이나 단일 회사만이 블록 생성자를 선택하는 폐쇄형 시스템과 달리, 몇몇 동등하게 강력한 당사자가 검증자 역할을 합니다.^[16]

1계층 블록체인

1계층 네트워크는 기본 네트워크와 기반 인프라를 의미합니다. BNB 체인, 이더리움, 비트코인, 그리고 솔라나는 모두 1계층 프로토콜입니다. 1계층 프로토콜은 자체 블록체인에서 트랜잭션을 처리하고 최종화합니다. 또한, 트랜잭션 수수료 지불에 사용되는 자체 네이티브 토큰을 보유하고 있습니다.^[26]

확장성

레이어-1 네트워크의 일반적인 문제는 확장성 부족입니다. 작업 증명(Proof-of-Work) 합의를 사용하는 블록체인은 트랜잭션 볼륨이 너무 높으면 속도가 느려지는 경향이 있습니다. 이로 인해 트랜잭션 확인 시간이 길어지고 수수료가 더 비싸집니다. 레이어-1 확장을 위한 몇 가지 옵션은 다음과 같습니다.

1. 블록 크기 증가: 각 블록에서 처리할 수 있는 트랜잭션 수를 늘립니다.
2. 합의 메커니즘(consensus mechanism) 변경: 예를 들어, 향후 Ethereum 2.0 업데이트와 같이.
3. 샤딩(sharding) 구현: 데이터베이스 파티셔닝의 한 형태입니다.^[26]

레이어 1 개선에는 상당한 작업이 필요합니다. 많은 경우 모든 네트워크 사용자가 변경 사항에 동의하지 않습니다. 이는 2017년 비트코인(Bitcoin)과 비트코인 캐시(Bitcoin Cash)에서 발생했던 것처럼 커뮤니티 분열이나 하드 포크로 이어질 수 있습니다.^[26]

샤딩

샤딩은 트랜잭션 처리량을 높이기 위해 사용되는 인기 있는 레이어-1 확장 솔루션입니다. 이 기법은 블록체인-분산 원장에 적용될 수 있는 데이터베이스 파티셔닝의 한 형태입니다. 네트워크와 그 노드는 작업 부하를 분산하고 트랜잭션 속도를 향상시키기 위해 여러 조각(shard)으로 나뉩니다. 각 조각은 전체 네트워크 활동의 하위 집합을 관리하므로 자체 트랜잭션, 노드 및 별도의 블록을 갖습니다. 샤딩을 사용하면 각 노드가 전체 블록체인의 전체 복사본을 유지할 필요가 없습니다. 대신 각 노드는 주 체인에 완료된 작업을 보고하여 주소 잔액 및 기타 주요 지표를 포함한 로컬 데이터의 상태를 공유합니다.^[26]

2계층 블록체인

2계층은 스케일링 및 데이터 문제를 줄이기 위해 1계층 위에 구축된 오프체인 솔루션(개별 블록체인) 집합을 말합니다. 즉, 메인 체인이 수행할 작업의 상당 부분을 2계층으로 이동할 수 있습니다. 그런 다음 2계층 애플리케이션은 트랜잭션 데이터를 1계층에 게시하여 블록체인 원장 및 내역에 보안되게 합니다.^[27]

2계층의 접근성은 다양합니다. 일부는 다양한 애플리케이션에서 사용할 수 있지만 다른 일부는 특정 프로젝트에만 사용할 수 있습니다. 2계층이 활용하는 주요 구성 요소에는 롤업과 사이드체인이 포함됩니다.^[27]

롤업

롤업은 1계층 외부에서 트랜잭션을 실행하고, 이를 압축된 단일 데이터로 묶은 다음, 메인넷에 다시 게시하여 누구든지 검토하고 의심스러운 경우 분쟁을 제기할 수 있도록 하는 특정 2계층 솔루션입니다.^[27]

낙관적 롤업

낙관적 롤업은 이더리움의 기본 계층 처리량을 확장하도록 설계된 2계층(L2) 프로토콜입니다. 사용자는 경쟁력 있는 낮은 수수료 때문에 이러한 2계층에서 거래하도록 유인됩니다. 사기성 거래가 의심되는 경우, 사기 증명을 통해 이를 검증하고 평가할 수 있습니다. 이 시나리오에서 롤업은 사용 가능한 상태 데이터를 사용하여 거래의 계산을 실행합니다. 낙관적 롤업의 몇 가지 예로는 Arbitrum과 Optimism이 있습니다.^[27][28]

ZK 롤업

낙관적 롤업과 달리, ZK 롤업은 거래의 진정성을 검증하기 위해 암호화 증명을 생성합니다. 1계층에 게시되는 이러한 증명을 유효성 증명 또는 SNARK (Succinct Non-Interactive Argument of Knowledge), 또는 STARK(Scalable Transparent Argument of Knowledge)라고 합니다.^[28]

ZK 롤업은 수천 건의 거래를 일괄 처리한 후 최소한의 요약 데이터만 메인넷에 게시할 수 있습니다. 이 요약 데이터는 블록체인에 적용해야 하는 변경 사항과 해당 변경 사항이 정확하다는 암호화 증명을 정의합니다. ZK 롤업의 몇 가지 예로는 dYdX와 Loopring이 있습니다.^[27][28]

사이드체인

사이드체인은 독립적인 EVM 호환 블록체인으로, 메인넷과 병렬로 실행되며 브리지를 통해 상호 작용합니다. 사이드체인은 별도의 블록 매개변수와 합의 알고리즘을 가질 수 있으며, 이는 종종 효율적인 트랜잭션 처리를 위해 설계됩니다.^[27][29]

사이드체인은 양방향 페그를 사용하여 상위 블록체인에 연결됩니다. 양방향 페그는 상위 블록체인과 사이드체인 간에 미리 정해진 비율로 자산의 상호 교환을 가능하게 합니다. 상위 체인의 사용자는 먼저 코인을 출력 주소로 보내야 하며, 이때 코인은 잠겨 다른 곳에서 사용할 수 없게 됩니다. 트랜잭션이 완료되면 체인 간에 확인이 전달되고 추가 보안을 위해 대기 시간이 있습니다. 대기 시간 후에 동일한 수의 코인이 사이드체인에서 해제되어 사용자가 해당 코인에 접근하고 사용할 수 있습니다. 사이드체인에서 메인 체인으로 돌아갈 때는 반대의 과정이 발생합니다.^[30]

레이어 3 블록체인

레이어 3 블록체인은 레이어 2 솔루션 위에 구축되어 기반 블록체인 인프라에 추가적인 기능, 상호 운용성 또는 성능 향상을 제공합니다.

수년에 걸쳐 기업들 사이에서 특히 블록체인 기술의 주류 채택에 대한 관심이 상당했습니다. 이 기술과 암호화폐 산업의 더 큰 수용을 가로막는 가장 중요한 단점 중 하나는 블록체인의 확장성입니다. 더 효율적이고 확장 가능한 솔루션에 대한 필요성으로 인해 레이어 2 및 레이어 3과 같은 다양한 고유한 레이어가 개발되었습니다.

레이어 3 네트워크는 레이어 2 솔루션 위에서 작동하여 여러 레이어 2 네트워크를 연결하고 기존 레이어 2 솔루션에서는 달성할 수 없는 여러 블록체인 간의 트랜잭션을 허용합니다. 레이어 2 및 레이어 3 솔루션 모두 블록체인 네트워크의 확장성을 목표로 하지만 레이어 3은 다양한 블록체인을 연결하고 블록체인 간의 원활한 통신을 가능하게 하는 데 더 중점을 둡니다. ^{[60][62][61][63][64]}

3계층 확장 솔루션의 주요 특징

• 전문화된 기능: 3계층 네트워크는 dApps이 전례 없는 확장성과 효율성으로 작동할 수 있는 환경을 제공합니다. 네트워크당 하나의 dApp을 호스팅하여 네트워크 정체나 계산 병목 현상 없이 높은 성능을 보장합니다.
• 향상된 확장성 및 효율성: 3계층 네트워크는 블록체인 시스템에 더욱 향상된 확장성을 제공합니다. 합의 메커니즘과 데이터 구조를 최적화하여 더 높은 처리량과 트랜잭션 처리 기능을 가능하게 합니다. 예를 들어, Arbitrum의 3계층에 구축된 Xai 네트워크는 향상된 효율성, 확장성 및 낮은 비용으로 Web3 게임을 지원합니다.
• 향상된 상호 운용성 및 접근성: Arbitrum Orbit과 같은 3계층 솔루션을 통해 전용 블록체인을 쉽게 배포할 수 있으므로 암호화폐 생태계 내에서 접근성과 상호 운용성이 향상됩니다.
• 맞춤 설정 및 보안: 개발자에게는 비할 데 없는 맞춤 설정 옵션을, 각 호스팅된 DApp에는 강력한 보안 기능을 제공하여 혁신과 성장을 위한 안전하고 맞춤화된 환경을 조성합니다.
• 낮은 비용 및 높은 성능: 3계층 솔루션은 저렴하고 고성능으로 설계되어 블록체인 프로젝트에 더 많은 확장 옵션을 제공합니다. 효율성과 경제성 간의 균형을 맞춰 블록체인 기술을 더욱 접근 가능하게 만드는 것을 목표로 합니다.
• 메인 체인의 혼잡 해소: 2계층 솔루션과 마찬가지로 3계층 솔루션은 특정 트랜잭션과 작업을 오프체인에서 처리하여 메인 블록체인의 혼잡을 줄입니다. 이를 통해 네트워크 정체 및 트랜잭션 수수료가 줄어 사용자 경험이 향상됩니다.
• 향상된 계층화: 3계층 솔루션은 2계층 프로토콜과 함께 작동합니다. 2계층 확장성 솔루션과 3계층 프로토콜을 결합하여 암호화폐 분야의 분열 문제를 해결하고 상호 운용성을 향상시킬 수 있습니다.
• 롤업: 롤업과 같은 일부 3계층 솔루션은 기본 계층 외부에서 트랜잭션을 처리한 다음 2계층 블록체인 프로토콜에 업로드합니다.

활용 사례

공급망

공급망 금융 솔루션에 사용되는 블록체인은 송장 처리 효율을 높이고 더 투명하고 안전한 거래를 제공할 수 있습니다. 예를 들어, 스마트 계약을 적용하여 제품이 배송되고 서명이 완료되는 즉시 즉시 지불을 실행할 수 있습니다. 제3자 없이 거래를 검증, 기록 및 자율적으로 조정할 수 있으므로 글로벌 공급망의 복잡성을 완전히 제거할 수 있습니다.^[38][39]

식품 및 의약품은 종종 유사한 보관 및 배송 요구 사항을 갖습니다. 제품에 부착된 IoT 센서와 연동된 블록체인은 온도, 습도, 진동 및 기타 환경 지표를 기록할 수 있습니다. 데이터는 블록체인에 저장되고 스마트 계약이 적용되어 판독값이 범위를 벗어나는 경우 자동으로 시정 조치를 취합니다. 식품 공급망을 위한 블록체인의 초기 사례 중 하나는 월마트(Walmart)가 중국에서 생산되는 돼지고기 제품의 출처와 상태를 추적하기 위해 기술을 사용한 것입니다. ^[38][39]

금융 및 재정

전통 금융

블록체인을 통해 은행은 송금 시 높은 수준의 보안, 전 세계를 아우르는 빠른 거래, 시간에 제약 없이 24시간 서비스 제공 등의 이점을 누릴 수 있습니다. 예를 들어, 호주 웨스트팩(Westpac) 은행과 에스토니아 LHV 은행은 블록체인 기술을 자사 프로세스에 통합했습니다. JP모건 체이스(JPMorgan Chase), 모건 스탠리(Morgan Stanley), 골드만삭스(Goldman Sachs) 등은 암호화폐 및 기반 블록체인 기술을 위한 전담팀을 운영하는 기업들입니다. JP모건은 200명 이상의 직원이 오닉스(Onyx) 부서에서 근무하는 등 가장 큰 암호화폐 팀 중 하나를 보유하고 있습니다. JPM 코인(JPM Coin) 디지털 통화는 전 세계 송금에 상업적으로 사용되고 있습니다.^[39][40][50]

탈중앙화 금융

블록체인 기술은 피어투피어 전송 애플리케이션의 탈중앙화에 도움이 되며 전 세계적인 피어투피어 전송을 가능하게 합니다. 알려진 DeFi 플랫폼으로는 자산 대출 및 차용을 허용하는 Compound와 PoolTogether가 있습니다.^[40][51]

은행의 블록체인 기술은 은행이 지원하는 대출 및 차용 운영을 개선하는 데에도 활용될 수 있습니다. 이 기술이 제공하는 강력한 검증 기능은 부실 대출의 위험을 낮출 수 있습니다. 블록체인은 또한 잠재 고객이 부정직하지 않음을 검증하여 은행의 고객 확인 (KYC) 및 자금 세탁 방지 (AML) 방어를 강화할 수 있습니다.^[40]

지적 재산권

블록체인은 지적 재산권 생성 및 등록, IP 권리 정산, 디지털 권리 관리, 스마트 계약을 통한 IP 계약, 라이선스 또는 독점 유통망 구축 및 시행, IP 소유자에 대한 실시간 지불 전송 등에 도움이 될 수 있습니다.^[41][39]

유럽에서는 유럽연합 지적재산청(EUIPO)과 같은 다양한 정부 기관 및 IP 등록 기관이 업계 내 블록체인 기능 연구 및 홍보에 참여하고 있습니다. 인도에서는 IPO(인도 특허청)가 블록체인과 AI, IoT와 같은 혁신적인 기술을 활용하여 특허 절차를 원활하게 진행하기 위해 노력하고 있습니다.^[41][39]

블록체인 기술이 제공하는 보안은 데이터 저장 및 공유의 위변조 방지 방법이며, 소유자는 블록 높이 전체에서 추적 가능합니다. 이러한 이유로 소유권을 블록체인에 기록하고 보존할 수 있습니다. 대체 불가능 토큰(NFT)는 디지털적으로 고유하고 비거래 가능한 자산으로, 분산 원장 기술을 갖춘 진정한 저작권으로 작용합니다.^[39]

의료

블록체인 네트워크는 병원, 진단 검사실, 약국, 의사 및 간호사를 통해 환자 데이터를 보존하고 교환하는 데 사용될 수 있습니다. 의료 블록체인 애플리케이션은 심각한 실수를 정확하게 식별하고 의료 산업에서 의료 데이터 공유의 성능, 보안 및 투명성을 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, 다양한 서비스를 위한 여러 정보 시스템을 연결하는 에스토니아 X-Road 솔루션(Estonian X-Road solution)이 있습니다.^[42]

소매 및 전자상거래

블록체인 애플리케이션을 소매업에 활용하면 비용 절감, 비즈니스 프로세스 개선, 거래 속도 향상에 도움이 될 수 있습니다. 전자상거래에서 가장 일반적으로 사용되는 블록체인 기술은 이더리움 가상 머신입니다. 비트코인을 통해 고객은 비트코인 결제를 허용하는 사이트 및 앱에서 구매할 수도 있습니다. 네슬레는 IBM Food Trust의 블록체인 기술 플랫폼을 채택하여 생산에 대한 자세한 정보를 제공하고 있습니다. 이 파트너십을 통해 네슬레는 고객이 자사 커피 브랜드 Zoégas 제품에 사용된 원두의 출처를 찾을 수 있는 방법을 제공합니다. 포장재의 QR 코드를 스캔하면 고객은 블록체인 데이터에 액세스하여 커피 원두를 추적하고 네슬레 제품에 사용된 수확 방법을 이해할 수 있습니다.^[42][52]

부동산

블록체인은 부동산 업계 전반에 걸쳐 투명성, 규제 준수 및 소비자 보호를 개선할 수 있습니다. 중개기관의 검증 없이 매도인과 매수인 간의 직거래를 가능하게 합니다. 특정 조건이 충족될 경우에만 매도-매수 거래가 이루어지도록 스마트 계약을 구현하여 프로세스를 더욱 개선할 수 있습니다. 또한 부동산 시장은 토큰화 추세에 동참함으로써 이점을 얻을 수 있습니다. 토큰화는 자산 또는 자산의 일부를 나타내는 디지털 표현으로서 토큰을 발행하는 것을 말합니다. 부동산 토큰화는 부동산 부문의 유동성을 높이고 투명성을 높이며 부동산 투자를 더욱 접근 가능하게 만들 수 있습니다.^[43]

예를 들어, 분수 부동산 투자 플랫폼인 RealT는 사용자가 완전한 토큰 기반 블록체인 네트워크를 통해 미국 부동산 시장에 투자할 수 있도록 합니다. 이 플랫폼을 통해 투자자는 Ethereum에서 토큰화된 부동산을 구매하고 RealTokens를 통해 현금 흐름과 저유지 관리 소유권에 접근할 수 있습니다. US-Dollar stable coin, xDai 또는 Ethereum을 통해 매주 임대료 지급에 대한 접근 권한을 제공합니다.^[53]

중공업 및 제조업

제조업 블록체인 애플리케이션은 원자재 조달부터 공급망에 투입될 최종 제품 생산까지 산업 가치 사슬의 모든 단계에서 투명성과 신뢰를 확장할 수 있습니다. 또한, 제조업 블록체인 애플리케이션은 위조 생산을 근절하고, 고복잡도 제품을 설계하며, 관리, 자산 추적, 품질 보증 및 규정 준수를 식별할 수 있습니다.^[42]

2020년, 제너럴 모터스(General Motors)는 블록체인 기반 내비게이션 지도에 대한 특허를 출원했습니다. 이 시스템은 블록체인을 사용하여 차량 센서의 데이터를 통합하고 자율 주행 차량을 위한 신뢰할 수 있는 지도를 구축합니다. 제너럴 모터스의 솔루션은 여러 차량에 프로세스를 분산하는 것이었는데, 이는 차량이 주행하면서 센서를 통해 주변 환경에 대한 데이터를 수집합니다. 실시간 데이터는 불일치 감지기와 비교되었으며, 이 감지기는 기존 지도를 분석합니다.^[54]

게임

게임 이용자와 게임 업계 개발자들은 일반적으로 높은 수수료, 안전하지 않은 데이터, 중앙 집중식 제어, 사기 활동 및 숨겨진 비용과 같은 문제에 직면합니다. 그러나 블록체인은 이러한 문제의 상당 부분을 해결합니다. 블록체인 플랫폼은 암호 토큰 거래를 보호하기 위해 개인 키-공개 키와 같은 데이터 암호화 기술을 사용합니다. 이 기술을 통해 이러한 데이터 암호화 기술을 해킹하는 것은 거의 불가능합니다.^[44][42]

일반적인 온라인 게임에서 플레이어는 온라인 게임을 이용하기 위해 수수료를 지불해야 합니다. 또한 플레이어는 법정 화폐를 활용할 수 있지만, 거래는 비용 효율적이지 않습니다. 이 경우 블록체인은 어떠한 제한 없이 전 세계에서 즉시 결제를 가능하게 합니다.^[44]

투표 및 정부

정부 블록체인 애플리케이션은 지역 정치 참여를 개선하고, 관료적 효율성과 책임성을 높이며, 재정적 부담을 줄일 수 있습니다. 일리노이주와 같이 미국의 일부 주 정부는 이미 정부 문서 보안을 위해 이 기술을 사용하고 있습니다. 블록체인 기반 투표는 모바일 기기를 통해 투표를 가능하게 함으로써 시민 참여를 개선할 수도 있습니다.^[42][44]

상장지수펀드(ETF)

블록체인 기술은 암호화폐를 넘어 확장되었습니다. 블록체인 ETF는 블록체인 기술의 채택 및 활용 증가로부터 이익을 얻을 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 블록체인 ETF는 다음 두 가지 기준 중 하나 이상을 충족하는 펀드입니다:^[55]

• 블록체인 기술의 개발 및 사용을 통해 비즈니스 애플리케이션 변혁에 참여하는 기업에 투자하는 펀드입니다.
• 비트코인, 이더 및 기타 암호화폐의 성과 또는 그레이스케일이나 Bitwise와 같은 자산운용사가 제공하는 암호화폐 투자 상품에 투자하는 펀드입니다.

비트코인 ETF

비트코인 ETF는 비트코인의 가치를 추종하는 상장지수펀드(ETF)로, 거래자들에게 기존 주식 시장 거래소를 통해 암호화폐에 투자할 기회를 제공합니다. 이러한 ETF는 규제되고 투명한 투자 수단을 제공함으로써 비트코인 거래 과정을 간소화하는 것을 목표로 합니다. 현재 미국에는 현물 시장 ETF와 선물 시장 ETF의 두 가지 유형의 암호화폐 ETF가 있습니다.

2024년까지 미국 증권거래위원회(SEC)는 비트코인과 이더리움에 대한 선물 시장 ETF를 승인했으며, 2024년 1월에는 11개의 현물 비트코인 ETF를 승인했습니다. 2024년 4월 중순 현재, SEC는 Hashdex와 ARK 21Shares 이더리움 ETF에 대한 결정을 5월까지 연기했습니다.

이더리움 ETF

이더리움 ETF는 거래자들이 이더리움(ETH) 또는 이더리움을 포함하는 암호화폐 바스켓의 가격 변동에 직접 ETH를 소유하지 않고도 노출될 수 있도록 합니다. 이들은 전통적인 ETF와 유사하게 구성되어 있으며, 거래자는 거래일 내내 주식 시장에서 주식을 사고 팔 수 있습니다. 이는 이더리움을 직접 구매, 저장 및 관리하는 기술적 복잡성을 다루지 않고도 이더리움을 거래하는 편리한 방법입니다.

일부 이더리움 ETF는 규제된 금융 상품이며, 규제 당국의 승인을 받은 특정 관할 구역에서 이용 가능합니다. 그러나 이들의 이용 가능성은 국가마다 다를 수 있습니다.^[56]

에너지

비트코인 및 기타 작업증명(proof-of-work) 블록체인은 암호 채굴(mining)과 관련된 작업을 수행하는 데 많은 에너지를 필요로 합니다. 비트코인의 연간 전력 소비량은 2022년 127테라와트시(TWh)로 추산되었으며, 2023년 12월 20일에는 141.2 TWh에 달했습니다. 이는 노르웨이의 연간 총 전력 소비량을 초과합니다. 암호화폐 채굴은 채굴 하드웨어가 빠르게 구식이 되면서 상당한 전자 폐기물을 발생시키기도 합니다. Digiconomist에 따르면 비트코인 네트워크는 연간 약 38,000톤의 전자 폐기물을 발생시킵니다.^[46][48][58]

비트코인 채굴 위원회(Bitcoin Mining Council)의 2022년 보고서에 따르면, 비트코인 채굴(mining)의 총 에너지 중 59.5%가 재생 가능 에너지원에서 나왔으며, 2023년 상반기에는 63.1%로 증가했습니다.^[59]

점점 더 많은 채굴 회사들이 비트코인의 친환경화에 관심을 가지고 있습니다. 새로운 비트코인 채굴 회사인 Aspen Creek Digital Corp.은 콜로라도 서부의 태양열 발전소에서 채굴을 시작했습니다. 또한 텍사스(Texas)는 비트코인 채굴의 중요한 지역으로, 풍력 및 태양 에너지가 상당히 활용되고 있습니다. 이탈리아 스타트업인 Alps Blockchain은 Borgo d’Anaunia에서 수력 발전을 비트코인 채굴에 활용하고 있습니다.^[49]

이더리움은 2022년 7월 9일까지의 에너지 소비량을 기준으로 연간 62.77테라와트시(TWh)의 전력을 사용하는 것으로 추산되었습니다. 평균 이더리움 거래에는 163킬로와트시(kWh)의 전력이 필요했습니다. 이더리움은 처음부터 지분증명(proof-of-stake) 기반 합의 메커니즘(consensus mechanism)을 구현할 계획이었지만, 보안과 분산화를 유지하면서 이를 구현하는 데는 수년간의 연구 개발이 필요했습니다. 따라서 네트워크를 시작하기 위해 작업증명(proof-of-work) 메커니즘이 사용되었습니다. 지분증명으로 전환 직전 에너지 소비량은 우즈베키스탄(Uzbekistan)과 비슷한 약 78 TWh/년에 달했고, 아제르바이잔(Azerbaijan)과 맞먹는 33 MT/년의 탄소 배출량을 기록했습니다. 그러나 이더리움이 지분증명(proof-of-stake) 합의 메커니즘으로 업그레이드된 이후 네트워크 보안에 에너지 대신 ETH를 사용하게 되면서 전력 요구량은 연간 0.01 TWh로 감소했습니다.^[46][47]