블록체인/레벨 VI · 비트코인 이후/6.2 알트코인 시대/수업 4
피어코인과 지분증명(PoS)
코인 에이지, 투표하는 지분, 그리고 뒤따른 포크들
준비물PPCoin 백서 사본부테린의 ‘지분증명: 나는 어떻게 약한 주관성을 사랑하게 되었나(Proof of Stake: How I Learned to Love Weak Subjectivity)’(2014)코인 에이지 계산을 기록하기 위한 스프레드시트
호기심
- 왜 네트워크는 전기를 소모하는 쪽이 아니라 코인을 보유하는 쪽에 보상을 줄까요?
- 공격자는 어떻게 새로운 자원을 들이지 않고 10년 전에 보유했던 키로 기록을 다시 쓸 수 있을까요?
- 검증자가 동시에 서로 다른 두 블록에 서명하는 것을 막는 것은 무엇일까요?
탐구
- 지분증명은 2011년 비트코인 포럼에서 처음 논의되었습니다. 실제로 작동한 최초의 버전은 가명의 개발자 서니 킹(Sunny King)과 스콧 나달이 만든 PPCoin으로, ‘코인 에이지(coin age)’를 이용해 블록 생성자를 선정했습니다. 이 모델에서 미사용 트랜잭션 출력(UTXO)은 체인 위에 존재하는 것만으로 가중치가 쌓였습니다. 코인이 지갑에서 움직이지 않은 기간이 길수록 다음 블록을 생성할 자로 선택될 확률이 높아졌고, 이로써 합의 권한이 연산 능력이 아니라 장기 보유 행태와 직접 연결되었습니다.
- PPCoin은 이후 피어코인(Peercoin)으로 이름을 바꿨으며, 2012년 8월 하이브리드 방식으로 출시되었습니다. 새 코인은 작업증명으로 발행되었고, 스테이킹된 코인에 연 약 1%의 보상을 주는 지분증명 블록이 보안의 상당 부분을 담당했습니다. 또한 수년 동안 개발자들이 중앙에서 서명한 체크포인트에 의존했는데, 비판자들은 이 안전장치를 통제 지점으로 보았습니다.
- 초기 분석에서 ‘nothing at stake(잃을 것이 없음)’라는 심각한 취약점이 드러났습니다. 블록 생성에는 처음 코인을 사는 것 외에 물리적 자원이 들지 않기 때문에, 검증자들은 적은 비용으로 체인의 여러 경쟁 포크를 동시에 지지할 수 있었습니다. 공격자가 상당한 지분을 보유하고 있다면 분기의 양쪽 모두에서 유효한 블록에 서명할 수 있었고, 추가 작업에 대한 한계 비용을 전혀 치르지 않고도 어느 기록이 정본인지를 모호하게 만들 수 있었습니다.
- 이는 장거리 공격(long-range attack) 문제로 이어졌습니다. 수년 전의 오래된 개인키를 손에 넣은 공격자는 이론상 그 시점부터 체인 기록 전체를 다시 쓸 수 있었습니다. 이런 과거 블록을 검증하는 데 새로운 연산이 필요하지 않기 때문에, 처음부터 동기화하는 노드는 공격자의 버전이 수학적으로 유효해 보이면 이를 받아들일 수 있었고, 이는 몇 달 또는 몇 년 전에 이미 확정된 거래의 최종성을 훼손했습니다.
- 비탈릭 부테린은 2014년 ‘약한 주관성(weak subjectivity)’ 개념을 도입해 이 문제에 대응했습니다. 네트워크에 새로 참여하는 노드는 기존 참여자들이 제공하는 최근 체크포인트를 신뢰해야 합니다. 특정 블록 높이를 검증의 출발점으로 합의함으로써, 네트워크는 그 체크포인트 이전의 기록을 다시 쓰는 장거리 공격을 막습니다. 이 트레이드오프는 초기 동기화 동안 신뢰할 수 있는 피어에 대한 의존을 낳지만, 과거 기록 조작으로부터 네트워크를 보호합니다.
- 이후의 설계에는 부정행위를 처벌하는 슬래싱(slashing) 메커니즘이 추가되었습니다. 검증자가 상충하는 블록에 서명하거나 악의적으로 행동하면 스테이킹한 코인을 몰수당했습니다. Nxt는 2013년 하이브리드 요소를 완전히 없앤 초기의 순수 지분증명 체인으로 출시되었습니다. 이러한 발전은 현대 지분 기반 합의의 기본 틀을 마련했습니다. 경제적 처벌로 정직성을 강제하고, 약한 주관성으로 네트워크 부트스트래핑 단계의 신뢰를 관리하는 것입니다.
핵심 사실
- 피어코인은 작업증명과 지분증명을 결합한 하이브리드 모델로 2012년 8월에 출시되었습니다.
- 지분증명은 투입된 연산량이 아니라 예치된 코인의 가치에 따라 블록 생성자를 선정합니다.
- ‘nothing at stake(잃을 것이 없음)’ 문제로 인해 검증자는 거의 비용을 들이지 않고 여러 포크를 지지할 수 있습니다.
- 장거리 공격은 오래된 키를 악용해 새로운 자원을 들이지 않고 체인의 기록을 다시 씁니다.
- ‘약한 주관성’은 과거의 내용이 다시 쓰이는 것을 방지하기 위해 새로운 노드들이 최근의 체크포인트를 신뢰하도록 요구합니다.
- 상충하는 블록에 서명한 검증자의 지분을 몰수하는 슬래싱(slashing) 처벌은 이후에 추가되었습니다.
연습 아홉, 여섯, 셋, 하나
9모으기초기 알트코인(2011~2015년)에 사용된 합의 메커니즘 또는 파라미터 9가지를 나열하세요. 블록 선택에 적용된 구체적인 규칙과 처벌 구조가 있다면 함께 적으세요.
6묶기검증자의 정직성을 다루는 방식에 따라 9개를 6개 그룹으로 나누세요: 처벌 없음, 슬래싱, 하이브리드 부트스트랩, 순수 스테이크, 작업 기반, 기타.
3추리기6개를 순수 지분증명(PoS)이 작업증명(PoW)에 비해 반드시 완화해야 하는 근본적 위험 3가지로 압축하세요.
1결정화자본을 보유하는 것이 에너지를 소모하는 것과 다른 인센티브 구조를 만드는 이유를 한 문장으로 쓰세요.
팩트 체크
날짜, 수치 및 주장은 아래에 명시된 출처들을 통해 확인되었습니다.
- S. King & S. Nadal, 'PPCoin: Peer-to-Peer Crypto-Currency with Proof-of-Stake' (2012)
- V. Buterin, 'Proof of Stake: How I Learned to Love Weak Subjectivity' (2014)
- Nxt documentation and release notes (2013)