비트코인 채굴 원리(작업증명, nonce값 이해, 블록체인 해킹 어려운 이유)

비트코인 채굴이란

 

안녕하십니까, 아침이 채 밝기도 전, 방탄커피 한 잔과 함께 경제적 자유를 향한 열정으로 가득 찬 타이핑을 하고 있습니다.

 

오늘 우리가 함께 살펴볼 주제는 블록체인 기술이 어떻게 비트코인 채굴에 적용되는지에 대한 이야기입니다. 아마도 여러분 중 많은 분들이 코인에 투자를 하고 계실 텐데요, 채굴의 원리를 이해한다는 것은 그 코인이 지닌 잠재력을 가늠해 볼 수 있는 중요한 지표가 될 수 있습니다.

 

이 지식이 여러분의 투자 결정에 조금이나마 도움이 되었으면 하는 바람입니다.

 

 

비트코인 채굴 원리

 

비트코인에 사용된 블록체인 간략히 설명

 

비트코인에 적용된 블록체 대해 기본적인 이해를 돕기 위해 간략히 설명드리겠습니다.

 

만약 이 설명만으로는 내용이 충분하지 않다고 느끼신다면, 아래에 첨부된 그림을 참고해 주시길 바랍니다. 그림을 통해 비트코인의 개념을 더 쉽게 이해하실 수 있을 것입니다.

 

비트코인, 블록체인이란 바로가기 Click

 

 

블록체인을 이해하려면, 우선 그것이 데이터베이스라는 점을 알아야 합니다. 참고로 데이터베이스란 조직화된 데이터의 집합을 저장, 관리, 검색할 수 있도록 돕는 시스템입니다.

 

이 데이터베이스에는 많은 데이터가 존재합니다. 그리고 이 데이터는 여러 '블록'으로 구성되어 있죠. 이 블록들은 어떻게 연결되어 있을까요? 바로 '해시(hash)'라는 기술을 통해 연결됩니다.

블록체인 - 해시로 연결

 

이제 중요한 질문이 생깁니다. 블록에 데이터를 추가할 권한은 누구에게 있어야 할까요? 이것은 단순한 질문이 아닙니다. 정말 누구나, 언제든지 블록을 추가할 수 있어야 할까요? 이에 대한 답은 사실 간단하지 않습니다.

 

블록체인에 어떤 데이터가 추가되어야 하는지, 그리고 그 데이터를 체크해야 하는지에 대한 여부도 중요한 고려사항입니다.

 

상황에 따라 답이 달라집니다. 예를 들어, 만약 여러분이 음식 레시피를 공유하는 블록체인을 운영한다고 가정해 봅시다. 이 경우, 사람들이 자유롭게 레시피를 추가하고 공유하는 것이 크게 문제되지 않을 수 있습니다. 사실, 그것이 바람직할 수도 있죠.

 

그러나, 상황이 달라집니다. 비트코인이나 이더리움 같은 암호화폐를 다루는 블록체인의 경우를 생각해 봅시다. 이런 경우에는 사람들이 돈을 주고받고, 결제 내역, 누가 얼마를 보냈는지, 남은 잔액이 얼마인지 등의 중요한 기록들이 포함됩니다.

 

이런 상황에서는 아무나 블록을 생성할 수 있어서는 안 됩니다. 또한, 블록체인에 어떤 데이터가 추가되는지도 매우 신중하게 검토해야 합니다.

 

결론적으로, 블록체인에 누가 어떤 데이터를 추가할 수 있느냐는 그 블록체인의 목적과 사용 사례에 따라 크게 달라질 수 있습니다.

 

비트코인이 가치가 있는 이유

 

비트코인이 가치가 있는 이유는 매장량의 한계와 채굴의 난이도 때문입니다.

 

또한 블록을 함부로 갖다 붙일 수 있는 것은 아닙니다. 블록을 연결하는 일은 매우 어렵게 설계되어야 합니다. 이 어려움 때문에 블록에 가치가 부여됩니다.

 

다이아몬드를 예로 들어 보겠습니다. 다이아몬드의 가치는 그 희귀성과 발견 및 채굴 과정의 어려움에서 비롯됩니다. 다이아몬드가 흔하게 발견되었다면, 그 가치는 현저히 낮아졌을 것입니다.

 

다이아몬드 채굴 과정을 살펴보겠습니다. 이 과정은 매우 복잡하고, 고된 노동이 필요합니다. 먼저, 채굴자들은 다이아몬드가 존재할 가능성이 있는 지역을 탐색합니다. 이후, 다이아몬드가 발견되면, 깊은 광산을 파야 합니다. 광산에서는 대규모의 기계와 인력이 투입됩니다.

 

다이아몬드를 찾는 일은 시작에 불과합니다. 발견된 다이아몬드는 정제 과정을 거쳐야 합니다. 이 과정에서 다이아몬드는 자르고, 깎고, 연마되어야 합니다. 이 모든 과정은 숙련된 전문가의 손을 거쳐야 합니다. 이처럼 다이아몬드의 가치는 채굴의 어려움과 전문가의 노동에서 비롯됩니다.

비트코인 비유 다이아몬드 가치

 

이와 관련해 칼 마르크스의 생각을 살펴보겠습니다. 그는 상품의 가치는 노동에 의해 만들어진다고 했습니다. 상품을 생산하는 데 필요한 노동 시간이 가치의 크기를 결정한다고 말했습니다. 이는 노동이 화폐의 가치를 부여한다는 의미입니다.

 

금으로 화폐의 가지를 예를 들어보자면, 금이 많았던 시절, 사람들은 금으로 다양한 것을 만들었습니다. 하지만 금을 캐는 일은 생각보다 어려웠습니다. 나뭇잎을 치우고 돌을 옮겨야 했습니다. 금이 점차 줄어들자, 사람들은 땅을 더 깊이 파야 했습니다. 남아프리카 공화국에 있는 세계에서 가장 깊은 금광은 3,000미터에 이릅니다.

 

블록체인 알고리즘도 이와 유사하게 설계할 수 있습니다. 처음에는 채굴하기 쉽지만, 점차 어려워지는 구조입니다. 실제로 비트코인의 경우, 블록 채굴의 어려움은 점차 증가하며, 보상도 줄어듭니다.

 

2009년, 최초의 블록 채굴 보상은 50비트코인이었습니다. 이후 보상은 점차 줄어들어, 한 블록당 6.25비트코인 그리고 점차 줄어 들것입니다.

 

비트코인의 보상 감소는 일부러 설계된 것입니다. 비트코인 총 발행량은 2,100만 개로 한정되어 있습니다. 채굴 난이도는 컴퓨터의 연산 속도 발전에 맞춰 조정됩니다. 이는 블록 채굴 속도를 조절하기 위함입니다.

 

다이아몬드와 금의 채굴이 점차 어려워지듯, 비트코인 채굴도 인위적으로 어려워집니다. 비트코인 네트워크는 10분마다 단 하나의 블록만 채굴되도록 난이도를 조절합니다. 이는 블록 채굴의 난이도를 인위적으로 조정할 수 있음을 보여줍니다.

비트코인 가치의 근거

 

작업증명(Proof of Work)이란

 

블록체인에 데이터가 추가되는 과정은 매우 중요합니다. 이 과정에서 '작업증명(Proof of Work)'이 핵심 역할을 합니다.

 

작업증명은 거래의 유효성을 검증하고, 거짓 정보의 블록체인 추가를 방지하는 메커니즘입니다.

 

채굴자(Miners)는 이 과정에서 중요한 역할을 수행합니다. 그들은 블록체인 네트워크에 추가될 거래 데이터를 검증하고, 블록에 포함시키는 일을 합니다. 채굴자가 거래를 검증하고 블록에 포함시킨 후, 그 블록이 블록체인에 추가되려면, 먼저 작업증명 과정을 통과해야 합니다.

 

작업증명은 복잡한 수학적 문제를 해결하는 과정입니다. 채굴자는 이 문제를 해결하기 위해 상당한 컴퓨팅 파워를 사용해야 하며, 문제를 해결하는 첫 번째 채굴자는 새로운 블록을 블록체인에 추가할 권리와 함께 비트코인 형태의 보상을 받게 됩니다. 이 보상은 두 가지 형태로 제공됩니다.

 

첫째, 채굴자는 검증한 거래의 수수료를 받습니다. 둘째, 새로운 블록이 생성될 때마다 새로운 비트코인이 생성되며, 이 비트코인은 블록을 블록체인에 성공적으로 추가한 채굴자에게 주어집니다.

작업증명(Proof of Work)의 원리

 

이 과정을 통해 새로운 비트코인이 시장에 공급됩니다. 비트코인의 경우, 초기에는 블록 하나를 추가할 때마다 50개의 비트코인이 생성되었습니다. 하지만 위에서 한 번 언급은 하였지만 비트코인의 반감기 정책에 따라, 이 보상은 대략 4년마다 반으로 줄어들며, 50 > 25 > 12.5 > 6.25.... 점차 줄어듭니다.

 

작업증명과 채굴 과정은 비트코인 네트워크의 보안과 무결성을 유지하는 데 핵심적인 역할을 합니다. 채굴자들이 경쟁적으로 거래를 검증하고 새로운 블록을 추가함으로써, 네트워크는 중앙집권적인 기관 없이도 안정적으로 운영될 수 있습니다.

 

채굴의 난이도 - nonce

 

채굴 난이도의 조정 방식을 이해하기 위해, 우리는 먼저 '해시 출력 값'에서 시작되는 '0'의 개수가 중요하다는 점을 알아야 합니다.

 

예를 들어, 2024년 기준 비트코인 네트워크에서는 해시 출력 값이 19개의 '0'으로 시작해야 새로운 블록이 정당하게 채굴된 것으로 간주됩니다. 처음에는 8개의 '0'에서 시작했을 수도 있지만, 난이도 조정으로 인해 현재는 19개의 '0'이 필요합니다.

 

해시(hash) 문제 예시

 

'0' 한 개가 늘어날 때마다 난이도는 대략 16배 증가합니다. 따라서 11개의 '0'이 증가하면, 난이도는 약 17조 배가 높아집니다. 이러한 높은 난이도는 전 세계의 채굴자 중에서도 10분에 한 명 꼴로만 정답을 찾을 수 있는 수준으로 조절되어 있습니다.

 

해시 퍼즐을 풀기 위해서 채굴자는 nonce 값을 통해 답을 찾습니다. nonce 값이 유일하게 채굴자가 변경할 수 있는 값입니다. 이 값을 계속 바꾸면서 문제에서 요구하는 연속된 0의 값이 나올때까지 반복적으로 값을 대입합니다.

 

이는 해시 퍼즐이라 불리는 이 과정이 인간이 아닌 고성능 컴퓨터를 통해서만 해결할 수 있는 매우 복잡한 계산을 요구한다는 것을 의미합니다. 채굴 과정에서 사용되는 그래픽 카드는 이러한 복잡한 계산을 수행할 수 있는 몇 안 되는 장비 중 하나입니다. 최신 그래픽 카드는 1초에 수천만 번의 nonce 값을 시도할 수 있을 정도로 매우 빠릅니다.

 

하지만 이러한 높은 계산 능력은 대량의 전력을 소모하며, 그로 인해 채굴은 엄청난 양의 전기를 사용하는 작업이 되었습니다. 채굴의 복잡성으로 인해, 일반적인 컴퓨터로는 채굴을 수행하기 어려운 상황이 되었습니다.

 

비트코인 채굴 그래픽 카드 사용

 

채굴자들은 대규모로 그래픽 카드를 병렬로 연결하거나 채굴 전용 장비를 사용하여 이 과정을 수행합니다. 이 모든 과정은 비트코인 네트워크를 해킹으로부터 보호하는 데 필수적입니다. 해시 퍼즐을 풀어야만 새로운 블록을 생성할 수 있으며, 이는 네트워크의 거래 기록을 변경하기 매우 어렵게 만듭니다.

 

블록체인 네트워크의 각 블록은 이전 블록의 해시 값을 포함하고 있어, 모든 블록이 서로 연결되어 있습니다. 만약 해커가 거래 내역을 변경하려고 시도한다면, 해당 블록의 해시 값뿐만 아니라 연결된 모든 후속 블록의 해시 값을 재계산해야 합니다.

 

이는 현실적으로 불가능에 가까운 작업이며, 이로 인해 블록체인 네트워크는 매우 안전한 기술로 간주됩니다. 이러한 방식으로, 블록체인 기술은 무결성과 보안을 유지하며, 디지털 자산의 안전한 거래를 가능하게 합니다.

 

블록체인이 해킹이 어려운 이유

 

 

 

지금까지 비트코인 채굴의 원리와 그 과정에서 중요한 역할을 하는 '작업증명', 그리고 'nonce' 값이 무엇인지에 대해 알아보는 시간을 가졌습니다. 이러한 이해를 바탕으로, 비트코인 네트워크가 왜 해킹으로부터 안전한 지에 대한 논리적인 설명을 드리려고 노력했습니다.

저의 목표는 여러분의 코인 투자에 도움이 될 만한 깊이 있는 인사이트를 제공하는 것이었습니다. 이 정보가 여러분의 투자 결정에 있어 유용한 참고자료가 되기를 바라며, 여러분의 투자 여정에 조금이나마 도움이 되었기를 희망합니다.

 

이 포스팅은 저의 개인적인 학습과 견해를 바탕으로 작성되었습니다. 따라서, 개인적인 해석이 포함되어 있음을 알려드립니다. 이 내용의 무단 복제나 무단 전재는 엄격히 금지되어 있음을 명심해 주시기 바랍니다. 여러분의 이해와 협조에 진심으로 감사드립니다.

 

 

 

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