블록체인은 중앙 권한이나 서버 없이도 사용자가 거래를 전송하고 애플리케이션을 구축할 수 있는 탈중앙화 네트워크를 연결하는 분산 장부입니다. 이는 암호화 기술을 사용하여 연결되고 보호되는 블록이라고 불리는 지속적으로 증가하는 기록의 목록입니다.^[3]​

개요

블록체인은 안전한 온라인 거래를 촉진합니다. 블록체인은 분산형 및 분산식 디지털 장부로, 여러 컴퓨터에 걸쳐 거래를 기록하는 데 사용됩니다. 이를 통해 네트워크의 공모와 모든 후속 블록의 수정 없이는 기록을 소급하여 변경할 수 없도록 합니다. 이를 통해 참여자들은 저렴한 비용으로 거래를 검증하고 감사할 수 있습니다.^[15]​

거래 또는 코드는 블록으로 묶여 검증되며, 이후 합의 메커니즘을 통해 분산된 사용자(노드) 네트워크에 의해 블록체인의 일부로 수용됩니다. 검증된 데이터의 각 블록에는 이전 블록의 고유한 데이터 서명이 포함되어 있기 때문에, 이들은 서로 연결되어 "블록-체인"을 형성합니다. 네트워크 기반 합의 메커니즘은 블록체인 프로토콜이 기본 기술 아키텍처의 운영 방식에 동의하는 방법입니다. 일부 블록체인은 5초마다 새로운 블록을 생성하기도 합니다.^[15]​

구조 및 구성 요소

블록 (Blocks)

블록은 타임스탬프와 네트워크의 검증을 거쳐 체인에 추가되어야 하는 최근 거래에 대한 암호화된 정보를 포함하는 데이터의 집합입니다. 거래 내역을 보존하기 위해 블록은 엄격한 순서로 배열되며, 생성되는 모든 새 블록은 부모 블록에 대한 참조를 포함합니다. 또한 블록 내의 거래들 역시 엄격한 순서로 정렬됩니다. 드문 경우를 제외하고, 네트워크의 모든 참여자는 블록의 정확한 수와 이력에 대해 합의하며 현재 진행 중인 거래 요청들을 다음 블록으로 일괄 처리하기 위해 협력합니다.^[34]​^[35]​

블록 타임 (Block Time)

블록 타임은 네트워크 내의 채굴자 또는 검증인이 한 블록 내의 트랜잭션을 확인하고 해당 블록체인에서 새로운 블록을 생성하는 데 걸리는 시간을 측정한 것입니다. 암호화폐는 서로 다른 합의 메커니즘을 사용할 수 있으며, 이는 다른 요소들과 함께 트랜잭션 확인 및 새 블록 생성 시간에 영향을 미칩니다. 각 암호화폐마다 블록 타임은 상이합니다. 예를 들어 비트코인은 약 10분이 소요되는 반면, 이더리움은 약 14초가 소요됩니다.^[36]

완결성 (Finality)

일반적으로 트랜잭션 완결성이란 트랜잭션에 참여한 당사자들이 해당 트랜잭션이 완료된 것으로 간주할 수 있는 시점을 의미합니다. 더 구체적으로는, 블록체인에 추가된 트랜잭션을 되돌리거나 변경하는 것이 불가능해지는 시점을 말합니다. 트랜잭션 완결성은 확률적 완결성 또는 결정론적 완결성 중 하나일 수 있습니다.^[37]​

확률적 완결성은 트랜잭션 이후에 블록체인에 더 많은 블록이 추가됨에 따라 트랜잭션의 완결성이 증가할 때 발생합니다. 즉, 더 많은 블록이 추가될수록 해당 트랜잭션은 블록체인 내에서 더 많이 참조되며, 결과적으로 이를 되돌리거나 변경하기가 점점 더 어려워집니다. 확률적 완결성을 제공하는 대부분의 프로토콜에서는 트랜잭션이 완료된 것으로 간주될 때까지 트랜잭션 이후에 추가되어야 할 권장 블록 수를 제시합니다. 예를 들어, 비트코인(Bitcoin) 블록체인에서는 트랜잭션이 최종적인 것으로 간주되기 전까지 6개의 추가 블록이 더해질 때까지 기다리는 것이 권장됩니다.^[37]​

결정론적 완결성은 트랜잭션이 블록체인에 추가되는 즉시 최종적인 것으로 간주될 때 발생합니다. 이것이 가능하려면 "리더"가 추가할 블록을 제안해야 하며, 정해진 비율의 검증인들이 이를 승인해야 합니다. 결정론적 완결성은 덜 일반적이며, 텐더민트(Tendermint)와 같은 실용적 비잔틴 장애 허용(Byzantine Fault Tolerance) 기반(PBFT) 프로토콜에서만 제공됩니다.^[37]​

노드(Nodes)

블록체인 노드는 블록체인 프로토콜 소프트웨어를 실행하고 일반적으로 거래 내역을 저장하는 장치 중 하나입니다. 풀 노드(Full Nodes)는 모든 거래의 전체 복사본을 유지합니다. 이들은 거래를 검증, 수락 및 거부할 수 있는 능력을 갖추고 있습니다. 부분 노드(Partial Nodes)는 블록체인 장부의 전체 복사본을 유지하지 않기 때문에 라이트웨이트 노드(Lightweight Nodes)라고도 불립니다. 이들은 거래의 해시 값만을 유지하며, 전체 거래 내역은 이 해시 값을 통해서만 접근됩니다. 이러한 노드들은 저장 용량이 적고 연산 능력이 낮습니다.^[23]​

원장 (Ledger)

원장은 정보의 디지털 데이터베이스입니다. 원장에는 다음과 같은 세 가지 유형이 있습니다.

• 공개 원장 (Public Ledger) – 모두에게 개방되어 있고 투명합니다. 블록체인 네트워크의 누구나 내용을 읽거나 쓸 수 있습니다.
• 분산 원장 (Distributed Ledger) – 이 원장에서는 모든 노드가 데이터베이스의 로컬 복사본을 보유합니다. 노드 그룹이 공동으로 작업을 수행합니다. 즉, 트랜잭션을 검증하고 블록체인에 블록을 추가합니다.
• 탈중앙화 원장 (Decentralized Ledger) – 이 원장에서는 단일 노드나 특정 노드 그룹이 중앙 제어권을 갖지 않습니다. 모든 노드가 작업 실행에 참여합니다.^[23]

스마트 컨트랙트

블록체인 스마트 컨트랙트는 사용자 간의 합의 조건을 설정하며, 이러한 조건은 블록체인 상에서 실행되는 코드로 구현됩니다. 스마트 컨트랙트를 통해 개발자는 피어 투 피어(P2P) 기능을 제공하는 앱을 구축할 수 있습니다. 이는 금융 도구부터 물류, 게임 경험에 이르기까지 모든 분야에 사용되며, 다른 암호화폐 거래와 마찬가지로 블록체인에 저장됩니다. 스마트 컨트랙트 기반의 앱은 종종 탈중앙화 애플리케이션 또는 dapps라고 불립니다.^[24]​

합의 메커니즘

​합의 메커니즘(합의 프로토콜 또는 합의 알고리즘으로도 알려짐)은 트랜잭션을 검증하고 기본 블록체인의 보안을 유지하는 데 사용됩니다. 합의는 네트워크상의 피어(또는 노드) 그룹이 어떤 블록체인 트랜잭션이 유효하고 어떤 것이 유효하지 않은지 결정하는 프로세스입니다. 합의 메커니즘은 이러한 합의를 달성하기 위해 사용되는 방법론입니다. 네트워크를 악의적인 행위와 해킹 공격으로부터 보호하는 데 도움이 되는 것이 바로 이러한 규칙 세트입니다. 작업 증명(PoW)과 지분 증명(PoS)은 가장 널리 사용되는 두 가지 합의 메커니즘입니다.^[25]​

작업 증명 (Proof-of-Work)

​작업 증명은 암호화폐가 새로운 거래를 검증하고, 이를 블록체인에 추가하며, 새로운 토큰을 생성하기 위해 사용하는 합의 메커니즘입니다. 작업 증명은 컴퓨터가 암호화된 퍼즐을 풀도록 요구하며, 블록체인 상의 거래를 확인하거나 검증할 수 있는 권한을 보상으로 받기 위해 "작업"을 투입하게 합니다. 이를 암호화폐 채굴이라고 부릅니다. 이 개념의 핵심은 해시(hash)라고 불리는 긴 숫자와 문자열을 통해 악의적인 공격을 방지하고 거래의 유효성을 검증하는 것이 가능하다는 점입니다. 누군가 네트워크상의 함수를 통해 데이터를 입력하면(이는 블록체인 거래의 기초가 됨), 오직 하나의 해시만 생성될 수 있습니다. 블록체인에서 거래(예: 한 사용자에서 다른 사용자로의 암호화폐 전송)가 발생하면, 그 결과로 생성된 해시는 전체 네트워크에 배포됩니다. 조작을 통해 해시를 조금이라도 변경하면 즉시 감지되어 거부됩니다. 비트코인 블록체인은 최초의 작업 증명 네트워크였습니다. 비트코인 탄생 이후, PoW 메커니즘은 도지코인, 라이트코인, 모네로, 비트코인 캐시를 포함한 수많은 추가 블록체인에서 사용되어 왔습니다.^[20]​^[21]​

지분 증명 (Proof-of-Stake)

지분 증명 시스템에서 스테이킹은 작업 증명(PoW)의 채굴과 유사한 기능을 수행합니다. PoS는 블록체인과 관련된 코인을 보유한 검증인들에게 의존합니다. 지분 증명 방식에서는 검증인이 무작위로 선택되는데, 이는 부분적으로 해당 블록체인 네트워크에 얼마나 많은 코인을 예치(이를 스테이킹이라고 함)했는지에 따라 결정됩니다. 코인은 담보 역할을 하며, 참여자 또는 노드가 트랜잭션을 검증하도록 선택되면 그 대가로 일정량의 암호화폐를 받게 됩니다. 지분 증명은 트랜잭션이 정확하다는 점에 대해 여러 검증인의 합의를 필요로 하며, 충분한 수의 노드가 트랜잭션을 확인하면 처리가 완료됩니다. PoS는 작업 증명(PoW)에 비해 트랜잭션 속도가 빠르고 에너지 효율성이 높아 확장성이 뛰어나며, 이에 따라 새로운 사용자들이 도입하기에 더 용이합니다. PoS는 이더리움(Ethereum), BNB 체인(BNB Chain), 아발란체(Avalanche), 더 그래프(The Graph) 등에서 사용됩니다.^[20]​^[22]​

포크 (Forks)

하드 포크

하드 포크라는 용어는 시스템을 관리하려는 두 개의 서로 다른 규칙 세트의 사용으로 인해 블록체인이 두 개의 별도 체인으로 분리되는 상황을 의미합니다. 이러한 규칙은 모든 참여자가 준수해야 하는 채굴, 스테이킹, 노드 연결, 트랜잭션 세부 사항 등에 대한 특정 매개변수와 표준을 생성합니다. 따라서 병렬로 실행되는 두 개의 네트워크가 나타나게 됩니다. 모든 노드는 포크 시점까지 동일한 블록체인을 가졌으나(해당 기록은 유지됨), 그 이후에는 서로 다른 블록과 트랜잭션을 갖게 됩니다.^[19]​

비트코인 캐시 및 비트코인 골드와 같은 암호화폐는 하드 포크를 통해 원래의 비트코인 블록체인에서 진화했습니다.^[17]​

2022년 10월, 암호화폐 거래소 바이낸스의 스마트 컨트랙트 지원 블록체인인 BNB 체인은 같은 달에 발생한 익스플로잇(취약점 공격)에 대한 해결책으로 '모란(Moran)'이라는 이름의 하드 포크 업그레이드를 진행했습니다.^[18]​

소프트 포크 (Soft Fork)

소프트 포크는 새로 구현된 변경 사항이 이전 버전과 하위 호환성을 유지하는 블록체인의 규칙 수정 방식입니다. 소프트 포크는 기존 블록체인 네트워크가 변경된 규칙을 수용하도록 유도하여, 업그레이드된 블록과 기존의 거래 블록이 동시에 승인될 수 있도록 합니다.^[16]​

역사

초기 시작 및 비트코인 개발

1982년, 암호학자 데이비드 차움(David Chaum)은 자신의 논문 "상호 의심스러운 그룹에 의해 구축, 유지 및 신뢰되는 컴퓨터 시스템"에서 블록체인과 유사한 프로토콜을 처음으로 제안했습니다. 차움은 "온라인 익명성의 아버지"이자 "암호화폐의 대부"로 불려왔습니다. 그는 또한 사용자의 익명성을 보존하는 것을 목표로 하는 전자 현금 애플리케이션인 eCash를 개발하고, 블라인드 서명, 믹스 네트워크, 식사하는 암호학자 프로토콜과 같은 많은 암호화 프로토콜을 발명한 것으로 알려져 있습니다. 1995년 그의 회사인 디지캐시(DigiCash)는 eCash를 통해 최초의 디지털 통화를 만들었습니다.^[45]​

암호학적으로 보안된 블록 체인에 대한 최초의 작업은 1991년 스튜어트 하버(Stuart Haber)와 W. 스콧 스토네타(W. Scott Stornetta)에 의해 기술되었습니다. ^[7] 1992년, 베이어(Bayer), 하버, 스토네타는 여러 문서를 하나의 블록으로 수집할 수 있도록 효율성을 개선하기 위해 머클 트리(Merkle trees)를 블록체인에 통합했습니다. 1993년에는 스팸 및 기타 네트워크 장애로부터 보호하기 위해 작업 증명(PoW) 메커니즘이 제안되었습니다.^[8]​^[10]​

2004년, 컴퓨터 과학자이자 암호학 전문가인 할 피니(Hal Finney)는 RPoW(재사용 가능한 작업 증명)로 알려진 시스템을 개발했습니다. 이 시스템은 작업 증명(PoW) 토큰을 기반으로 교환 불가능한(또는 대체 불가능한) 해시 캐시를 수신하여 전송 가능한 검증 및 서명된(RSA) 토큰을 생성했습니다.^[11]​

최초의 분산형 블록체인은 2008년 사토시 나카모토(Satoshi Nakamoto)로 알려진 익명의 개인 또는 그룹에 의해 개념화되었으며, 이듬해 모든 거래의 공공 장부 역할을 하는 디지털 통화인 비트코인(bitcoin)의 핵심 구성 요소로 구현되었습니다. 피어 투 피어(P2P) 네트워크와 분산 타임스탬프 서버의 사용을 통해 블록체인 데이터베이스는 자율적으로 관리됩니다. 비트코인에 블록체인을 사용함으로써 신뢰할 수 있는 관리자 없이도 이중 지불 문제를 해결한 최초의 디지털 통화가 되었습니다.^[39]​

'블록(block)'과 '체인(chain)'이라는 단어는 2008년 10월 사토시 나카모토의 원본 논문에서 별도로 사용되었으며, 이 용어가 더 널리 사용되면서 원래는 '블록트 체인(blocked chain)'으로 불리다가 2016년경에 단일 단어인 '블록체인(blockchain)'이 되었습니다.^[9]​

블록체인 2.0: 이더리움의 발전

2013년경, 비트코인 코드베이스의 초기 기여자 중 한 명이었던 비탈릭 부테린은 비트코인이 블록체인 기술의 모든 역량을 활용하지 못하고 있다고 느꼈습니다. 그는 자신만의 프로젝트를 시작했고, 2014년 비트코인에 비해 추가된 기능들을 갖춘 새로운 퍼블릭 블록체인인 이더리움이 탄생했습니다. 부테린은 이더리움의 기능을 단순한 암호화폐에서 탈중앙화 애플리케이션(dApp) 개발을 위한 플랫폼으로 확장함으로써 이더리움을 비트코인 블록체인과 차별화했습니다. 이더리움은 특정 조건이 충족되면 거래를 실행할 수 있는 프로그램 또는 스크립트인 스마트 컨트랙트라는 스크립팅 기능을 특징으로 합니다. 스마트 컨트랙트는 특정 프로그래밍 언어로 작성되어 바이트코드로 컴파일되며, 이더리움 가상 머신(EVM)이라 불리는 탈중앙화된 튜링 완전 가상 머신이 이를 읽고 실행할 수 있습니다.^[39]​^[12]​

이를 통해 전 세계의 프로그래머들은 기존 블록체인 플랫폼 위에서 탈중앙화 애플리케이션과 소프트웨어를 개발할 수 있게 되었습니다. 곧이어 업계에서는 탈중앙화 자율 조직(DAO), ICO 또는 거버넌스 제어를 위한 상환 가능한 토큰, 그리고 NFT(대체 불가능한 토큰)와 같은 고유 아이템의 식별자가 급격히 성장하는 것을 목격했습니다. 이 블록체인 세대의 애플리케이션 및 플랫폼의 예로는 리스크 및 네오와 같은 암호화폐 플랫폼, 메이커다오 및 유니스왑과 같은 dApp, 그리고 메타마스크와 같은 암호화폐 지갑 등이 있습니다.^[13]​

블록체인 3.0

블록체인 3.0 기술은 거래 처리 속도를 높이고 블록 생성 시간을 단축합니다. 그 결과, 최신 블록체인 플랫폼은 비트코인이나 이더리움보다 높은 초당 수천 건의 거래를 실행할 수 있습니다. 3세대 블록체인이 도입한 또 다른 중요한 변화는 지분 증명(PoS) 모델의 대중화입니다. 이 합의 알고리즘은 새로운 블록을 생성하는 데 필요한 매우 복잡한 컴퓨팅 장치의 사용과 막대한 에너지 소비를 제거했습니다. 블록체인 3.0 기술의 예로는 알고랜드, 폴리곤, 옵티미즘 등이 있습니다.^[14]​

이더리움 머지(Merge) 및 이더리움 레이어 2 확장 솔루션

블록체인 3.0 개발의 주요 이정표 중 하나는 2022년 9월 15일에 발생한 이더리움 머지(Merge)입니다. 머지는 이더리움 네트워크가 작업 증명(PoW)에서 지분 증명(PoS) 합의 메커니즘으로 전환된 것을 의미합니다. 이더리움은 이미 2020년에 도입된 비콘 체인(Beacon Chain)이라는 PoS 네트워크를 보유하고 있었으나, 트랜잭션 처리에는 사용되지 않았습니다. 이더리움의 완전한 PoS 전환을 위해서는 비콘 체인("합의" 레이어)과 이더리움의 PoW 메인넷("실행" 레이어)을 병합해야 했습니다. 머지 이후 이더리움은 더 빠른 트랜잭션 확인, 에너지 소비 감소, 그리고 더 많은 확장 솔루션을 추가할 수 있는 능력을 갖추게 되었습니다.^[31]​^[32]​

이더리움 레이어 2는 메인넷과 동일한 보안 조치 및 탈중앙화를 유지하면서 이더리움 메인넷(레이어 1) 외부에서 트랜잭션을 처리하여 애플리케이션의 확장을 돕기 위해 만들어진 솔루션을 일컫는 용어입니다. 레이어 2 솔루션은 처리량을 증가시키고 탄소 발자국을 줄입니다. 가스비가 적게 들기 때문에 에너지 사용량이 줄어들고, 이는 곧 탄소 배출 감소로 이어집니다. 이더리움 레이어 2 솔루션의 대표적인 예로는 폴리곤, 아비트럼, 옵티미즘 등이 있습니다.^[33]​

상하이 업그레이드

샤펠라(Shapella)라고도 알려진 이더리움의 상하이 업그레이드는 2023년 4월 12일에 이루어졌습니다. 이 중요한 업그레이드는 이더리움 블록체인에서 트랜잭션을 보호하고 검증하기 위해 이더(ETH)를 "스테이킹"한 사용자들이 자산을 출금할 수 있도록 지원했습니다. 이 업그레이드 이전에는 사용자가 스테이킹된 이더를 인출하거나 누적된 보상을 상환할 수 없었으며, 이는 지분 증명(proof-of-stake) 패러다임에서 누락되었던 핵심적인 기능이었습니다.^[57]​

덴쿤 업그레이드

이더리움의 덴쿤 업그레이드는 데이터 수수료를 절감하고 확장성을 향상시키는 것을 목표로 하는 중요한 이정표입니다. 덴쿤 업그레이드는 이더리움 블록체인에 데이터를 저장하기 위해 "블롭(blobs)"이라는 새로운 방식을 도입합니다. 이러한 블롭은 일반 트랜잭션과 분리된 전용 공간을 가지므로 비용이 더 저렴합니다. 이 업그레이드는 이더리움의 고질적인 문제인 높은 트랜잭션 수수료를 해결하는 데 매우 중요합니다.

이 업그레이드에는 여러 코드 변경 사항이 포함되어 있으며, 그중 가장 중요한 것은 "프로토-당크샤딩(proto-danksharding)"입니다. 프로토-당크샤딩은 데이터 저장을 위한 전용 공간을 제공하여 효율성을 높이고 수수료를 낮춥니다.

덴쿤 업그레이드는 2024년 3월 13일에 활성화되었습니다.

유형

퍼블릭 블록체인 (Public Blockchain)

퍼블릭 블록체인은 관리자가 존재하지 않으며, 누구나 합의 메커니즘에 참여할 수 있습니다. 이는 블록체인을 전송 계층으로 사용하여 타인의 승인이나 신뢰 없이도 네트워크에 애플리케이션을 추가할 수 있음을 의미합니다. 누구나 퍼블릭 블록체인 네트워크에서 진행 중인 활동을 읽고, 쓰고, 감사할 수 있으며, 이는 자율적이고 탈중앙화된 특성을 달성하는 데 도움이 됩니다. 예를 들어, 이더리움은 퍼블릭 블록체인 플랫폼의 대표적인 예시 중 하나입니다.^[16]​

프라이빗 블록체인

프라이빗 블록체인 네트워크는 퍼블릭 블록체인 네트워크와 유사하게 분산된 피어 투 피어(P2P) 네트워크입니다. 그러나 하나의 조직이 네트워크를 관리하며, 누가 참여할 수 있는지, 합의 프로토콜을 실행할 수 있는지, 그리고 공유 원장을 유지 관리할 수 있는지를 제어합니다. 프라이빗 블록체인은 기업 방화벽 뒤에서 실행될 수 있으며 온프레미스 환경에서도 호스팅될 수 있습니다.

허가형 블록체인 (Permissioned Blockchain)

허가형 블록체인은 네트워크에 참여하기 위해 접근 권한이 필요한 블록체인 네트워크입니다. 이러한 유형의 블록체인에서는 허가된 참여자가 수행하는 작업을 관리하는 제어 계층이 블록체인 상단에서 작동합니다. 허가형 시스템은 소유자에 의해 네트워크를 고도로 통제할 수 있게 만듭니다.^[16]

컨소시엄 (Consortium)

컨소시엄 블록체인은 퍼블릭 체인과 프라이빗 체인의 요소를 혼합하여 그 사이의 간극을 메웁니다. 누구나 블록을 검증할 수 있는 개방형 시스템이나 단일 기업만이 블록 생성자를 선택하는 폐쇄형 시스템과 달리, 컨소시엄 체인에서는 동등한 권한을 가진 소수의 당사자들이 검증인(validators) 역할을 수행합니다.^[16]​

레이어 1 블록체인

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

확장성(Scaling)

레이어 1 네트워크의 일반적인 문제는 확장성 부족입니다. 작업 증명(Proof-of-Work) 합의 알고리즘을 사용하는 블록체인은 거래량이 너무 많아지면 속도가 느려지는 경향이 있습니다. 이는 거래 확인 시간을 늦추고 수수료를 더 비싸게 만듭니다. 레이어 1 확장을 위한 몇 가지 옵션은 다음과 같습니다: 1. 블록 크기를 늘려 각 블록에서 더 많은 거래를 처리할 수 있도록 합니다. 2. 곧 진행될 이더리움 2.0 업데이트와 같이 사용 중인 합의 메커니즘(consensus mechanism)을 변경합니다. 3. 샤딩(sharding)을 도입합니다. 이는 데이터베이스 파티셔닝의 한 형태입니다.^[26]​

레이어 1 개선 사항을 구현하려면 상당한 작업이 필요합니다. 많은 경우, 모든 네트워크 사용자가 변경 사항에 동의하지 않을 수 있습니다. 이는 2017년 비트코인(Bitcoin)과 비트코인 캐시(Bitcoin Cash)의 사례처럼 커뮤니티 분열이나 하드 포크로 이어질 수 있습니다.^[26]​

샤딩(Sharding)

샤딩은 트랜잭션 처리량을 높이기 위해 사용되는 대중적인 레이어 1 확장성 솔루션입니다. 이 기술은 블록체인 분산 원장에 적용할 수 있는 데이터베이스 파티셔닝의 한 형태입니다. 네트워크와 그 노드들은 작업 부하를 분산하고 트랜잭션 속도를 개선하기 위해 서로 다른 샤드(shard)로 나뉩니다. 각 샤드는 전체 네트워크 활동의 일부를 관리하며, 이는 각 샤드가 자체적인 트랜잭션, 노드 및 별도의 블록을 가짐을 의미합니다. 샤딩을 사용하면 각 노드가 전체 블록체인의 전체 복사본을 유지할 필요가 없습니다. 대신, 각 노드는 완료된 작업을 메인 체인에 보고하여 주소 잔액 및 기타 주요 지표를 포함한 로컬 데이터의 상태를 공유합니다.^[26]

레이어 2 블록체인

​레이어 2는 확장성 및 데이터 문제를 줄이기 위해 레이어 1 위에 구축된 일련의 오프체인 솔루션(별도의 블록체인)을 의미합니다. 이는 메인 체인에서 수행될 상당량의 작업을 두 번째 레이어로 옮길 수 있음을 뜻합니다. 레이어 2 애플리케이션은 이후 트랜잭션 데이터를 레이어 1에 게시하며, 여기서 데이터는 블록체인 원장 및 기록에 안전하게 저장됩니다.^[27]​

레이어 2는 접근성 면에서 다양합니다. 일부는 다양한 애플리케이션에서 사용할 수 있는 반면, 다른 일부는 특정 프로젝트에서만 작동합니다. 레이어 2가 활용하는 몇 가지 주요 구성 요소에는 롤업과 사이드체인이 포함됩니다.^[27]​

롤업 (Rollups)

롤업은 레이어 1 외부에서 트랜잭션을 실행하고, 이를 하나의 압축된 데이터 조각으로 묶어(roll up) 메인넷에 다시 게시하는 특정 레이어 2 솔루션입니다. 게시된 데이터는 누구나 검토할 수 있으며, 의심스러운 경우 이의를 제기할 수 있습니다.^[27]​

옵티미스틱 롤업

​옵티미스틱 롤업은 이더리움 기본 레이어의 처리량을 확장하기 위해 설계된 레이어 2 (L2) 프로토콜입니다. 사용자들은 경쟁력 있게 낮은 수수료 덕분에 이러한 레이어 2에서 거래하도록 유도됩니다. 만약 사기성 거래가 의심되는 경우, 사기 증명(fraud proofs)을 통해 이의를 제기하고 평가할 수 있습니다. 이 시나리오에서 롤업은 가용한 상태 데이터를 사용하여 해당 거래의 연산을 실행합니다. 옵티미스틱 롤업의 몇 가지 예로는 아비트럼과 옵티미즘이 있습니다.^[27]​^[28]​

ZK 롤업

옵티미스틱 롤업과 대조적으로, ZK 롤업은 트랜잭션의 진위 여부를 확인하기 위해 암호화 증명을 생성합니다. 레이어 1에 게시되는 이러한 증명은 유효성 증명 또는 SNARK(간결하고 비대화형인 지식 논거), 또는 STARK(확장 가능하고 투명한 지식 논거)라고 불립니다.^[28]​

ZK 롤업은 수천 개의 트랜잭션을 하나의 배치로 처리한 다음, 메인넷에는 최소한의 요약 데이터만 게시할 수 있습니다. 이 요약 데이터는 블록체인에 적용되어야 할 변경 사항과 해당 변경 사항이 올바르다는 암호화 증명을 정의합니다. ZK 롤업의 몇 가지 예로는 dYdX와 Loopring이 있습니다.^[27]​^[28]​

사이드체인(Sidechains)

사이드체인은 메인넷과 병렬로 실행되며 브릿지를 통해 상호작용하는 독립적인 EVM 호환 블록체인입니다. 사이드체인은 별도의 블록 매개변수와 합의 알고리즘을 가질 수 있으며, 이는 종종 효율적인 트랜잭션 처리를 위해 설계됩니다.^[27]​^[29]​

사이드체인은 양방향 페그(two-way peg)를 사용하여 상위 블록체인에 연결됩니다. 양방향 페그는 상위 블록체인과 사이드체인 간에 미리 정해진 비율로 자산을 교환할 수 있게 합니다. 상위 체인의 사용자는 먼저 자신의 코인을 출력 주소로 보내야 하며, 여기서 코인이 잠겨 사용자가 다른 곳에서 사용할 수 없게 됩니다. 트랜잭션이 완료되면 체인 간에 확인 메시지가 전달되고 추가 보안을 위한 대기 시간이 뒤따릅니다. 대기 시간이 지나면 사이드체인에서 동일한 수량의 코인이 해제되어 사용자가 해당 코인에 액세스하고 사용할 수 있게 됩니다. 사이드체인에서 메인 체인으로 다시 이동할 때는 이 과정이 반대로 진행됩니다.^[30]​

레이어 3 블록체인

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

지난 수년간 기업들을 중심으로 블록체인 기술의 주류 도입에 대한 상당한 관심이 있었습니다. 이 기술과 암호화폐 산업의 광범위한 수용을 가로막는 가장 큰 단점 중 하나는 블록체인의 확장성입니다. 보다 효율적이고 확장 가능한 솔루션에 대한 필요성으로 인해 레이어 2 및 레이어 3와 같은 다양한 고유 계층이 개발되었습니다.

레이어 3 네트워크는 레이어 2 솔루션 위에서 작동하며, 여러 레이어 2 네트워크를 연결하고 기존 레이어 2 솔루션으로는 달성할 수 없었던 서로 다른 블록체인 간의 트랜잭션을 가능하게 합니다. 레이어 2와 레이어 3 솔루션 모두 블록체인 네트워크의 확장을 목표로 하지만, 레이어 3는 다양한 블록체인을 연결하고 이들 간의 원활한 통신을 촉진하는 데 더 중점을 둡니다. ^[60]​^[62]​^[61]​^[63]​^[64]​

레이어 3 확장 솔루션의 주요 특징

• 특화된 기능: 레이어 3 네트워크는 dApps가 전례 없는 확장성과 효율성으로 작동할 수 있는 무대를 제공하며, 네트워크 혼잡이나 연산 병목 현상 없이 높은 성능을 보장하기 위해 네트워크당 하나의 dApp을 호스팅합니다.
• 향상된 확장성 및 효율성: 레이어 3 네트워크는 블록체인 시스템에 더 큰 확장성을 제공합니다. 이는 합의 메커니즘과 데이터 구조를 최적화하여 더 높은 처리량과 트랜잭션 처리 능력을 가능하게 함으로써 달성됩니다. 예를 들어, Arbitrum의 레이어 3를 기반으로 구축된 Xai 네트워크는 향상된 효율성, 확장성 및 비용 절감을 통해 Web3 게임에 동력을 공급합니다.
• 개선된 상호운용성 및 접근성: Arbitrum Orbit과 같은 레이어 3 솔루션은 전용 블록체인을 쉽게 배포할 수 있게 하여 암호화폐 생태계 내에서의 접근성과 상호운용성을 향상시킵니다.
• 맞춤화 및 보안: 개발자에게는 타의 추종을 불허하는 맞춤화 옵션을, 각 호스팅된 DApp에는 강력한 보안 기능을 제공하여 혁신과 성장을 위한 안전하고 맞춤화된 환경을 조성합니다.
• 저비용 및 고성능: 레이어 3 솔루션은 저비용 고성능으로 설계되어 블록체인 프로젝트에 더 많은 확장 선택지를 제공합니다. 효율성과 경제성 사이의 균형을 맞추어 블록체인 기술의 접근성을 높이는 것을 목표로 합니다.
• 메인 체인 혼잡 완화: 레이어 2 솔루션과 마찬가지로, 레이어 3 솔루션은 특정 트랜잭션과 연산을 오프체인(off-chain)에서 처리함으로써 메인 블록체인의 혼잡을 완화합니다. 이는 네트워크 혼잡과 트랜잭션 수수료를 줄여 사용자 경험을 개선합니다.
• 강화된 레이어링: 레이어 3 솔루션은 레이어 2 프로토콜과 연계하여 작동합니다. 레이어 2 확장성 솔루션과 레이어 3 프로토콜을 결합하여 상호운용성을 강화함으로써 암호화폐 공간의 파편화 문제를 해결할 수 있습니다.
• 롤업(Rollups): rollups와 같은 일부 레이어 3 솔루션은 기본 레이어 외부에서 트랜잭션을 실행한 다음 이를 레이어 2 블록체인 프로토콜에 업로드할 수 있게 합니다.

사용 사례

공급망

공급망 금융 솔루션에 사용되는 블록체인은 송장 처리의 효율성을 높이고 더욱 투명하고 안전한 거래를 제공할 수 있습니다. 예를 들어, 제품이 인도되고 서명이 완료되는 즉시 대금 결제가 이루어지도록 스마트 컨트랙트를 적용할 수 있습니다. 거래는 제3자 없이 자율적으로 검증, 기록 및 조정될 수 있으며, 이를 통해 글로벌 공급망에서 복잡한 계층을 제거할 수 있습니다.^[38]​^[39]​

식품 및 의약품은 종종 유사한 보관 및 운송 요구 사항을 가집니다. 제품에 부착된 IoT 센서와 결합된 블록체인은 온도, 습도, 진동 및 기타 환경 지표를 기록할 수 있습니다. 데이터는 블록체인에 저장되며, 측정값이 범위를 벗어날 경우 자동 보상을 보장하기 위해 스마트 컨트랙트가 적용됩니다. 식품 공급망을 위한 블록체인의 초기 사례 중 하나는 월마트(Walmart)가 중국산 돼지고기 제품의 출처와 상태를 추적하기 위해 이 기술을 사용한 것입니다.^[38]​^[39]​

은행 및 금융

전통 금융

블록체인을 통해 은행은 송금 시 높은 수준의 보안, 전 세계를 대상으로 한 신속한 거래, 특정 시간에 구애받지 않고 24시간 서비스를 제공할 수 있는 능력 등의 이점을 누릴 수 있습니다. 예를 들어, 호주의 웨스트팩(Westpac)과 에스토니아의 LHV 은행은 블록체인 기술을 프로세스에 통합했습니다. JP모건 체이스(JPMorgan Chase), 모건 스탠리(Morgan Stanley), 골드만삭스(Goldman Sachs) 등은 암호화폐 및 그 기반이 되는 블록체인 기술을 전담하는 팀을 보유한 기업들 중 하나입니다. JP모건은 오닉스(Onyx) 부서에서 200명 이상의 직원이 근무하는 최대 규모의 암호화폐 팀 중 하나를 운영하고 있습니다. JPM 코인 디지털 통화는 전 세계로 결제 대금을 보내는 데 상업적으로 사용되고 있습니다.^[39]​^[40]​^[50]​

탈중앙화 금융 (Decentralized Finance)

블록체인 기술은 개인 간(P2P) 송금 애플리케이션의 탈중앙화를 돕고 전 세계적인 P2P 송금을 가능하게 합니다. 잘 알려진 DeFi 플랫폼으로는 자산 대출 및 차입을 지원하는 Compound와 PoolTogether 등이 있습니다.^[40]​^[51]​

은행 업무에서의 블록체인 기술은 은행이 지원하는 대출 및 차입 운영을 개선하는 데에도 활용될 수 있습니다. 이 기술이 제공하는 강력한 검증 기능은 대출 연체 리스크를 낮출 수 있습니다. 또한 블록체인은 잠재 고객의 정직 여부를 확인하여 은행의 고객 알기 제도(KYC) 및 자금 세탁 방지(AML) 방어 체계를 강화할 수 있습니다.^[40]​

지식 재산권

지식 재산권(IP) 분야에서 블록체인 기술의 활용은 창작자 증명, IP 권리의 등록 및 청산, 디지털 저작권 관리(DRM)를 돕고, 스마트 컨트랙트를 통해 IP 계약, 라이선스 또는 독점 유통망을 구축 및 집행하며, IP 소유자에게 실시간으로 대금을 지급하는 데 기여할 수 있습니다.^[41]​^[39]​

유럽에서는 유럽연합 지식재산권청(EUIPO)과 같은 다양한 정부 기관 및 IP 등록 기관이 업계 내 블록체인 역량을 연구하고 홍보하는 데 참여하고 있습니다. 인도에서는 인도 특허청(IPO)이 보다 원활한 특허 프로세스를 구현하기 위해 블록체인과 AI, IoT와 같은 기타 혁신 기술의 활용을 추진하고 있습니다.^[41]​^[39]​

블록체인 기술이 제공하는 보안은 데이터 저장 및 공유를 위한 위변조 방지 방법을 제공하며, 블록 높이 전체에 걸쳐 소유자를 추적할 수 있게 합니다. 이 덕분에 소유권을 블록체인 내에 기록하고 보존할 수 있습니다. 디지털적으로 고유하며 대체 불가능한 자산인 대체 불가능 토큰(NFT)은 분산 원장 기술(DLT)을 통해 진정한 저작권 역할을 수행합니다.^[39]​

의료 (Healthcare)

블록체인 네트워크는 병원, 진단 실험실, 약국, 의사 및 간호사 간에 환자 데이터를 보존하고 교환하기 위해 의료 분야에서 사용될 수 있습니다. 의료 블록체인 애플리케이션은 심각한 오류를 정확하게 식별할 수 있으며, 의료 산업 내 의료 데이터 공유의 성능, 보안 및 투명성을 향상시킬 수 있습니다. 대표적인 예로 다양한 서비스를 위해 서로 다른 정보 시스템을 연결하는 에스토니아의 X-Road 솔루션이 있습니다.^[42]​

소매 및 이커머스

소매업에서 블록체인 애플리케이션을 사용하면 비용을 절감하고 비즈니스 프로세스를 개선하며 거래 속도를 높이는 데 도움이 될 수 있습니다. 이커머스에서 가장 흔히 사용되는 블록체인 기술은 Ethereum 가상 머신입니다. Bitcoin 또한 고객이 비트코인을 결제 수단으로 허용하는 사이트와 앱에서 구매를 할 수 있도록 지원합니다. 네슬레(Nestle)는 IBM 푸드 트러스트(Food Trust)의 블록체인 기술 플랫폼을 도입하여 생산 과정에 대한 더 자세한 정보를 제공하고 있습니다. 이 파트너십을 통해 네슬레는 고객이 자사 커피 브랜드인 조에가스(Zoégas) 에디션에 사용된 원두의 출처를 찾을 수 있는 방법을 제공합니다. 패키지의 QR 코드를 스캔하면 고객이 블록체인 데이터에 접근할 수 있어, 커피 원두를 추적하고 네슬레 제품에 사용된 수확 방식을 이해할 수 있습니다.^[42]​^[52]​

자산 및 부동산

블록체인은 부동산 산업 전반에 걸쳐 투명성, 규제 준수 및 소비자 보호를 개선할 수 있습니다. 블록체인을 사용하면 거래의 유효성을 검증하기 위한 감독 기관 없이도 판매자와 구매자 간의 직접 거래가 가능해집니다. 이 프로세스는 특정 조건이 충족될 때만 판매자-구매자 거래가 발생하도록 보장하는 스마트 계약을 구현함으로써 더욱 개선될 수 있습니다. 또한, 부동산 시장은 토큰화 트렌드에 합류함으로써 이익을 얻을 수 있습니다. 토큰화란 자산 또는 자산의 일부를 디지털로 나타내는 토큰을 발행하는 것을 의미합니다. 부동산을 토큰화하면 해당 분야에 더 큰 유동성을 가져오고, 투명성을 높이며, 부동산 투자를 더 쉽게 접근할 수 있게 만들 수 있습니다.^[43]​

예를 들어, 분할 부동산 투자 플랫폼인 RealT는 사용자가 완전한 토큰 기반 블록체인 네트워크를 통해 미국 부동산 시장에 투자할 수 있도록 합니다. 이 플랫폼을 통해 투자자는 이더리움에서 토큰화된 부동산을 구매할 수 있으며, RealTokens를 통해 현금 흐름과 유지 관리가 용이한 소유권을 유지할 수 있습니다. 소유자는 미국 달러 스테이블 코인, xDai 또는 이더리움을 통해 매주 임대료를 지급받을 수 있습니다.^[53]​

중공업 및 제조업

제조업 분야의 블록체인 애플리케이션은 원자재 조달부터 공급망에 투입될 완제품 생산에 이르기까지 산업 가치 사슬의 모든 단계에서 투명성과 신뢰도를 확장할 수 있습니다. 또한, 제조업 블록체인 애플리케이션은 위조품 생산 근절, 고난도 복합 제품 설계, 신원 관리, 자산 추적, 품질 보증 및 규제 준수 문제를 해결할 수 있습니다.^[42]​

2020년, 제너럴 모터스(General Motors)는 블록체인 기반 내비게이션 지도에 대한 특허를 출원했습니다. 이 시스템은 블록체인을 사용하여 차량 센서의 데이터를 통합하고 자율주행 차량을 위한 신뢰할 수 있는 지도를 구축합니다. 제너럴 모터스의 솔루션은 이 프로세스를 여러 차량에 분산시키는 것으로, 각 차량이 주행하면서 센서를 통해 주변 환경에 대한 데이터를 수집합니다. 이 실시간 데이터는 기존 지도를 분석하는 불일치 탐지기(discrepancy detector)와 비교됩니다.^[54]​

게이밍

플레이어와 게임 산업 개발자들은 일반적으로 높은 수수료, 안전하지 않은 데이터, 중앙 집중식 통제, 사기 행위 및 숨겨진 비용 등의 문제에 직면합니다. 그러나 블록체인은 이러한 문제 중 상당수를 해결합니다. 블록체인 플랫폼은 암호화 토큰 거래를 보호하기 위해 개인 키-공개 키와 같은 데이터 암호화 기술을 사용합니다. 이 기술을 사용하면 이러한 데이터 암호화 기법을 해킹하는 것이 거의 불가능합니다.^[44]​^[42]​

일반적인 온라인 게임에서 플레이어는 온라인 게임을 이용하기 위해 수수료를 지불해야 합니다. 또한 플레이어가 법정 화폐를 활용할 수는 있지만, 해당 거래는 비용 효율적이지 않습니다. 이 경우 블록체인은 어떠한 제한 없이 전 세계적으로 즉각적인 결제를 가능하게 합니다.^[44]​

투표 및 정부

정부의 블록체인 애플리케이션은 지역 정치 참여를 증진하고, 관료적 효율성과 책임성을 개선하며, 재정적 부담을 줄일 수 있습니다. 일리노이주와 같이 미국의 일부 주 정부는 이미 정부 문서를 보호하기 위해 이 기술을 사용하고 있습니다. 블록체인 기반 투표는 모바일 기기를 통한 투표를 가능하게 함으로써 시민 참여를 향상시킬 수도 있습니다.^[42]​^[44]​

상장지수펀드 (ETFs)

블록체인 기술은 단순한 암호화폐의 영역을 넘어 확장되었습니다. 블록체인 ETF는 블록체인 기술의 채택 및 활용 증가에 따라 혜택을 받을 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 블록체인 ETF는 다음 두 가지 기준 중 적어도 하나를 충족하는 펀드입니다:^[55]​

• 블록체인 기술의 개발 및 사용을 통해 비즈니스 애플리케이션의 혁신에 참여하는 기업에 투자하는 펀드.
• 비트코인, 이더리움 및 기타 암호화폐의 성과에 연동된 선물 및 옵션에 투자하거나, 그레이스케일 또는 비트와이즈(Bitwise)와 같은 자산 운용사가 제공하는 암호화폐 투자 상품에 투자하는 펀드.

비트코인 ETF

비트코인 ETF는 비트코인의 가치를 추종하는 상장지수펀드로, 거래자들이 전통적인 주식 시장 거래소를 통해 암호화폐에 노출될 기회를 제공합니다. 이러한 ETF는 규제되고 투명한 투자 수단을 제공함으로써 비트코인 거래 프로세스를 단순화하는 것을 목표로 합니다. 현재 미국에는 현물 시장 ETF와 선물 시장 ETF라는 두 가지 유형의 암호화폐 ETF가 존재합니다.

2024년까지 미국 증권거래위원회(SEC)는 비트코인 및 이더리움에 대한 선물 시장 ETF를 승인했으며, 2024년 1월에는 11개의 현물 비트코인 ETF를 승인했습니다. 2024년 4월 중순 현재, SEC는 Hashdex 및 ARK 21Shares 이더리움 ETF에 대한 결정을 추가로 연기하여 결정 기한을 2024년 5월까지로 연장했습니다.

이더리움 ETF

이더리움 ETF는 거래자가 이더리움(ETH)을 직접 소유하지 않고도 이더리움 또는 이더리움이 포함된 암호화폐 바스켓의 가격 변동에 노출될 수 있도록 합니다. 이들은 전통적인 ETF와 유사한 구조로 되어 있어, 거래자가 거래일 내내 증권 거래소에서 주식을 사고팔 수 있으며, 이는 직접 구매, 보관 및 관리하는 기술적 복잡성 없이 이더리움을 거래할 수 있는 편리한 방법입니다.

일부 이더리움 ETF는 규제 당국의 승인을 받은 특정 관할 구역에서 이용 가능한 규제 금융 상품입니다. 그러나 국가마다 이용 가능 여부가 다를 수 있습니다.^[56]

에너지

비트코인 및 기타 작업 증명 블록체인은 암호화폐 채굴과 관련된 작업을 수행하기 위해 막대한 양의 에너지를 필요로 합니다. 비트코인은 2022년에 연간 127테라와트시(TWh)의 전력을 소비한 것으로 추정되며, 2023년 12월 20일 기준으로는 141.2TWh에 도달했습니다. 이러한 사용량은 노르웨이의 연간 전체 전력 소비량을 초과하는 수준입니다. 또한 암호화폐 채굴은 채굴 하드웨어가 빠르게 노후화됨에 따라 상당한 양의 전자 폐기물을 발생시킵니다. Digiconomist에 따르면 비트코인 네트워크는 매년 약 3만 8천 톤의 전자 폐기물을 생성합니다.^[46]​^[48]​^[58]​

비트코인 채굴 협의회(Bitcoin Mining Council)의 2022년 보고서에 따르면, 전 세계 비트코인 채굴 에너지의 59.5%가 재생 가능 에너지원에서 발생했으며, 이는 2023년 상반기에 63.1%로 증가했습니다.^[59]​

점점 더 많은 채굴 기업들이 비트코인을 더 친환경적으로 만드는 데 관심을 보이고 있습니다. 새로운 비트코인 채굴 기업인 Aspen Creek Digital Corp.는 콜로라도 서부의 태양광 발전소에서 채굴을 시작했습니다. 또한 비트코인 채굴의 중요한 거점인 텍사스에서는 풍력 및 태양광 에너지가 활발히 활용되고 있습니다. 이탈리아의 스타트업인 Alps Blockchain은 보르고 다나우니아(Borgo d’Anaunia)에서 비트코인 채굴을 위해 수력 발전을 도입했습니다.^[49]​

이더리움은 2022년 7월 9일까지의 에너지 소비량을 기준으로 연간 62.77테라와트시의 전력을 사용하는 것으로 추정되었습니다. 이더리움 트랜잭션 1회당 평균 163킬로와트시의 전력이 필요했습니다. 이더리움은 초기부터 지분 증명 기반의 합의 메커니즘을 구현할 계획이었으나, 보안과 탈중앙화를 유지하면서 이를 실현하는 데 수년간의 연구 개발이 필요했습니다. 따라서 네트워크를 시작하기 위해 작업 증명 메커니즘이 사용되었습니다. 지분 증명으로 전환하기 직전의 에너지 소비량은 연간 약 78TWh로 우즈베키스탄과 비슷했으며, 탄소 배출량은 아제르바이잔(연간 33MT)과 맞먹는 수준이었습니다. 그러나 이더리움이 네트워크 보안을 위해 에너지 대신 ETH를 사용하는 지분 증명 합의 메커니즘으로 업그레이드한 이후, 연간 전력 요구량은 0.01TWh로 급감했습니다.^[46]​^[47]​