오라클 문제

오라클 문제(oracle problem)

오라클 문제(oracle problem)란 블록체인 밖에 있는 데이터를 블록체인 안으로 가져올 때 발생하는 문제를 말한다. 오라클 현상 또는 연결성 문제(connectivity problem)라고도 한다. 데이터베이스 관리 시스템(DBMS) 제품인 오라클(Oracle)과 이름은 비슷해도 내용상 아무런 관련이 없다.

개요

블록체인 분야에서 오라클(oracle)이란 블록체인 밖에 있는 데이터를 블록체인 안으로 가져오는 것을 말한다. 이때 블록체인 밖에 있는 데이터를 오프체인(off-chain)이라고 하고, 그 데이터가 블록체인 안으로 들어온 것을 온체인(on-chain)이라고 한다. 블록체인(blockchain)은 데이터의 위변조가 거의 불가능한 분산 저장 기술이지만, 데이터가 블록체인 안으로 들어와야 블록체인으로 관리할 수 있다. 데이터가 블록체인 안으로 들어오지 않거나, 혹은 블록체인 안으로 들어오는 과정에서 위변조가 발생한다면, 설령 그 데이터가 블록체인으로 관리된다고 할지라도 신뢰하기 어렵다.

현실 세계에 있는 데이터가 블록체인 안으로 들어오는 과정은 생각만큼 쉽지 않다. 오프체인 데이터가 온체인 데이터로 바뀌기 위해서는, 현실 세계와 블록체인의 중간에서 데이터를 블록체인 안에 넣어주는 사람이나 장치가 필요하다. 오라클 문제는 이러한 중간자 역할을 하는 사람이나 장치를 어떻게 신뢰할 수 있을 것인가 하는 문제이다. 블록체인은 탈중앙 분산화를 추구하므로 권위를 가진 중앙이 존재하지 않는다. 따라서 블록체인에 데이터를 입력하는 중간자를 신뢰할 수 있는 특별한 방법이 필요하다.

블록체인에서 오라클 문제를 해결하기 위해 다양한 방법이 도입되고 있으나 확실한 해결책은 존재하지 않는다. 암호화폐 소유자들의 투표(voting)를 통해 결정하거나, 다양한 데이터의 중앙값(median)을 선택하거나, 현실 세계와 블록체인 사이에서 신뢰할 수 있는 데이터를 제공해 주는 중간자(middleware)를 두는 방법 등 블록체인 오라클 문제를 해결하기 위한 다양한 방안이 제시되고 있다.

사례

블록체인은 스마트 계약(smart contract)에 사용될 수 있다. 계약 당사자가 사전에 협의한 계약 내용을 미리 프로그래밍하여 블록체인 안에 넣어두고, 이 계약 조건이 모두 충족되면 자동으로 계약 내용이 실행되도록 할 수 있다. 문제는 계약 조건이 충족되었는지를 누가 어떻게 판단하느냐 하는 오라클 문제가 있다.

예를 들어, 선거에 출마한 A 후보와 B 후보 중에서, 만약 A 후보가 당선되면 C에게 코인을 지급하고, B 후보가 당선되면 D에게 코인을 자동으로 지급하는 스마트 계약이 있다고 가정해 보자. 실제 선거에서 A 후보가 승리했더라도 해당 데이터를 입력하는 사람이 고의 또는 부주의로 B 후보가 승리했다고 잘못 입력하는 상황이 생길 수 있다. 그럼 스마트 계약 조건에 따라 엉뚱하게도 D에게 코인이 자동 지급되는 문제가 발생한다. 블록체인에 기록된 데이터는 위변조가 불가능하지만, 현실 세계의 데이터를 블록체인에 기록하는 과정에서 위변조가 발생할 수 있다. 이것이 오라클 문제이다.

좀 더 복잡한 사례로, 만약 자동차 사고가 발생하면 자동으로 보험금을 지급하는 스마트 계약이 있다고 가정해 보자. 자동차 사고가 실제로 발생했는지, 만약 사고가 발생했다면 언제 어디에서 발생했고, 피해는 어느 정도인지, 누가 사고의 가해자이고 누가 피해자인지 등의 내용을 블록체인 안에 입력해야 스마트 계약에 의해 자동으로 보험금이 지급된다. 그렇다면 과연 누가 이런 데이터를 입력할 자격이 있을지, 또한 입력된 데이터의 신뢰성은 누구에 의해 보장될 수 있을지 하는 문제가 발생한다. 블록체인 시스템에서는 권위 있는 중앙이 존재하지 않고, 블록체인 네트워크에 참여하는 각 노드들이 평등하게 의사 결정 과정에 참여하기 때문에 이런 문제를 해결하려면 상당히 복잡한 의사 결정 구조가 필요하다. 만약 현실 세계에서 자동차 사고가 발생했고 보험회사가 있다면, 보험 가입자와 보험회사가 서로 협의하여 처리하면 된다. 하지만 블록체인은 탈중앙 분산화 시스템이기 때문에, 권위를 가진 신뢰할 수 있는 의사 결정 기구가 존재하지 않는다. 이것이 바로 블록체인에서 오라클 문제의 한 사례이다.

오라클 문제는 블록체인 기반의 물류관리 시스템에서도 발생할 수 있다. 물류관리에 블록체인 기술을 적용하면, 제품생산에서부터 최종 소비자까지 생산·가공·보관·운송 이력을 투명하게 관리할 수 있다. 하지만 제품 생산 및 가공 내역을 입력하는 사람이 정직하게 데이터를 입력했는지, 해당 제품을 보관·운송하는 업체가 중간에 제품을 '바꿔치기'하지 않고 제대로 전달했는지 등을 확인하기는 쉽지 않은 일이다. 제품에 RFID 칩을 달아서 모든 운송 과정을 투명하게 관리할 수 있다고 하지만, 혹시라도 해당 제품에 부착한 RFID 칩 자체를 바꿔치기했는지를 알아내기는 어렵다. 또한 사과, 배, 딸기, 바나나 같은 과일이나 농축산물에 일일이 RFID 칩을 달기도 쉽지는 않다. 블록체인에 기록된 물류관리 이력 데이터는 위변조가 불가능하여 신뢰할 수 있지만, 최종적으로 소비자에게 전달된 제품이 해당 블록체인에 기록된 제품이 맞는지 확신하기는 어렵다.

종류

오라클 문제는 크게 하드웨어 오라클 문제와 소프트웨어 오라클 문제가 있다.

하드웨어 오라클 문제

하드웨어 오라클 문제(hardware oracle problem)는 센서(sensor)와 같은 하드웨어 기기를 사용하여 수집한 데이터를 블록체인 안에 기록할 때 발생하는 오라클 문제이다. 센서는 빛, 소리, 온도, 압력 등 다양한 물리적인 환경 정보의 변화를 전기적 신호로 바꿔주는 역할을 한다. 온도 센서, 습도 센서, 압력 센서, 지문 센서, 자이로 센서, 바이오 센서 등 다양한 센서에서 수집된 데이터가 블록체인 안에 자동으로 기록되게 할 수 있다. 이 때 센서 장치의 오작동이나 부정확한 측정으로 인해 블록체인에 기록되는 데이터가 정확하지 않을 수 있다. 블록체인 자체는 데이터의 위변조가 불가능하지만, 센서의 오작동으로 인해 블록체인에 기록되는 데이터가 부정확해져서 스마트 계약에 문제가 발생할 수 있다. 이처럼 현실 세계와 블록체인 시스템의 중간에 위치하면서 현실 세계의 데이터를 수집하여 블록체인 시스템 안으로 입력해 주는 센서 등 하드웨어로 인해 발생하는 문제를 하드웨어 오라클 문제라고 한다.

소프트웨어 오라클 문제

소프트웨어 오라클 문제(software oracle problem)는 소프트웨어를 사용하여 현실 세계의 데이터를 수집한 후 블록체인 안에 기록할 때 발생하는 오라클 문제이다. 자료수집 봇(bot), 빅데이터 분석기, 인공지능(AI) 등 다양한 소프트웨어를 사용하여, 인터넷에 퍼져 있는 데이터를 수집하여 블록체인에 기록할 수 있다. 예를 들어, 선거에서 A 후보와 B 후보 중에서 누가 이겼는지 판단하기 위해, 각종 인터넷 뉴스, 게시판, 댓글, 블로그, 트위터, 페이스북 등에 흩어져 있는 데이터를 수집한 후 인공지능을 사용하여 A 후보가 승리했다고 판단을 내리고, 블록체인에 전달해 줄 수 있다. 하지만 만약 이러한 자료수집 봇이나 인공지능이 사실과 다른 판단을 내린다면, 블록체인 안에 기록된 데이터 역시 잘못된 정보가 된다. 소프트웨어는 버그가 있을 수 있고, 악의적 해커에 의해 해킹을 당하여 오작동할 수도 있다. 블록체인 자체는 해킹이 거의 불가능하지만, 블록체인에 데이터를 전달하는 소프트웨어는 상대적으로 쉽게 해킹을 당할 수 있다. 이처럼 소프트웨어적인 문제로 인해 블록체인에 기록된 데이터가 부정확해지는 문제를 소프트웨어 오라클 문제라고 한다.

해결방안

블록체인 오라클 문제를 해결하기 위해 투표, 중앙값, 중간자 등 다양한 방안이 제시되고 있다.

투표

오라클 문제를 해결하기 위해 암호화폐 소유자들이 투표(投票, voting)를 통해 합의에 이르는 방안이 제안되었다. 예를 들어 선거에서 A 후보와 B 후보 중에서 실제로 누가 당선되었는지를 해당 암호화폐 소유자들이 투표로 결정하는 방안이다. 만약 암호화폐 소유자들 대부분이 진실성에 기초하여 투표한다면, 실제 현실에서 당선된 후보가 블록체인 데이터에도 당선자로 이름을 올릴 수 있다. 투표 방안은 암호화폐 소유자들이 진실성에 기초하여 의사결정과정에 참여하리라고 가정한다. 만약 암호화폐 소유자들이 허위로 투표한다면, 그 피해는 암호화폐 소유자들 본인에게 돌아갈 수 있기 때문에, 대체로 진실하게 투표할 것이라는 가정이다. 하지만 특정한 상황에서 상당수의 암호화폐 소유자들이 현실 세계와 다르게 허위 투표를 할 가능성이 존재한다. 이를 방지하기 위해 자신이 투표한 내용이 사실이면 인센티브를 제공하고, 반대로 허위임이 밝혀질 경우 페널티를 주는 방안을 고려할 수 있다.

투표 방식은 다양할 수 있다. 1인 1표 방식은 민주주의 의사결정과정의 기본 방식이지만, 익명성을 기반으로 하는 블록체인 시스템에서는 한 사람이 마치 여러 사람인 것처럼 허위로 조작하는 시빌공격에 취약하기 때문에 신뢰하기 어렵다. 그 대신 1코인 1표 방식을 채택할 수 있는데, 이 방식은 기업의 주주총회에서 1주 1표 방식으로 의사결정을 내리는 구조와 비슷하다. 이러한 의사결정 방식을 지분증명(PoS)이라고 한다. 지분증명 방식을 사용하면 시빌공격은 방어할 수 있지만, 더 많은 지분을 가진 사람이 더 큰 의사결정 권한을 가지게 되어, 자본에 의한 지배가 구조화되는 문제점이 존재한다. 이에 대한 대안으로 암호화폐 소유자들이 선거를 통해 대표자를 선출하고, 이 대표자들이 의사결정을 내리는 위임지분증명(DPoS) 방식이 제안되었다. 위임지분증명 방식은 직접 민주주의가 아니라 대의제 방식의 간접 민주주의 제도와 유사하다. 위임지분증명 방식 역시 일부 소수 대표자들의 담합에 의한 의사결정 왜곡이 발생할 가능성이 있다. 이를 해결하기 위해 이중위임지분증명(DDPoS) 등 다양한 대안이 제시되고 있다.

중앙값

오라클 문제를 해결하기 위해 현실 세계에 존재하는 다양한 데이터 가운데 중앙값(median)를 선택하는 방안이 있다. 중앙값, 중위값, 중위수(中位數) 또는 미디안(median)이란 여러 개의 데이터를 크기 순서대로 늘어놓았을 때 한가운데 있는 값을 의미한다. 이것은 평균값(average)과는 차이가 있다. 예를 들어, 데이터가 {1, 2, 3, 5, 9}라면 평균값은 4이지만, 중앙값은 3이 된다. 극단적으로 크거나 작은 데이터가 있을 경우 평균값은 왜곡될 수 있지만, 중앙값은 그럴 가능성이 매우 낮아서, 현실 세계를 반영하는 데이터로 평균값이 아닌 중앙값을 사용하는 것이 더 적합한 경우가 많다.

탈중앙 거래소(DEX)에서 서로 다른 종류의 암호화폐를 아토믹 스왑(atomic swap) 방식으로 직접 거래하려고 할 때, 여러 암호화폐 거래소에서 수집한 가격들 중에서 중앙값을 선택하는 방법이 있다. 예를 들어, 비트코인과 이더리움을 아토믹 스왑 방식으로 서로 교환하려고 할 때, 블록체인 내부에서는 두 암호화폐의 교환 비율을 책정할 수 없고, 블록체인 외부에 있는 시장 가격 데이터를 알아야 한다. 현실 세계에서 거래되는 두 코인의 가격을 블록체인 안에 입력해 주면, 자동으로 두 코인이 일정한 비율에 따라 교환될 수 있다. 이 때 현실 세계의 코인 가격은 거래소별로 조금씩 다르기 때문에 오라클 문제가 발생할 수 있으나, 여러 암호화폐 거래소에서 실제로 거래되고 있는 코인 가격 데이터를 수집한 후에 미디어나이저(medianizer)라는 스마트 계약을 이용해 중앙값을 계산하여, 블록체인 데이터에 반영함으로써 오라클 문제를 해결할 수 있다.

중앙값 방식은 시장 가격에 연동되는 코인 교환이나 표준화된 상품 판매 쇼핑몰 등에는 사용할 수 있겠지만, 데이터를 크기 순서대로 일렬로 정렬하기 어려운 경우에는 사용하기 어려운 단점이 있다. 물류관리, 의료정보관리, 저작권관리, 소셜미디어관리, 전자투표 등 현실 세계에 존재하는 다양하고 복잡한 데이터들은 중앙값을 구하기 어려운 경우가 대부분이다. 따라서 오라클 문제를 해결하기 위해서는 다른 해결방안이 필요하다.

중간자

오라클라이즈(Oraclize) 회사

체인링크(Chainlink) 기본 개념도

오라클 문제를 해결하기 위해 현실 세계와 블록체인 사이에서 신뢰할 수 있는 데이터를 제공해 주는 중간자(中間者, middleware)를 두는 방법이 있다. 예를 들어, 중간자 역할을 하는 조직이나 소프트웨어가 날씨 데이터, 금융 데이터 등을 수집하여 API 방식으로 체계적으로 제공함으로써 오라클 문제를 해결하려는 시도이다. 오라클 문제를 해결하는 것은 매우 어렵기 때문에 일정한 규모와 조직을 갖춘 기업이나 단체가 중간자 또는 미들웨어 역할을 맡아서, 특정 분야의 데이터를 체계적으로 수집한 후 해당 정보가 필요한 블록체인 네트워크에 데이터를 체계적으로 제공할 수 있다. 블록체인 네트워크는 굳이 직접 나서서 오라클 문제를 해결하기 위해 노력할 필요 없이, 중간자가 제공하는 안정적이고 체계적인 데이터를 그대로 받아서 블록체인 안에 넣어주기만 하면 된다.

이러한 중간자의 사례로 오라클라이즈(Oraclize), 체인링크(Chainlink), 아이캐시(iCash), 톰슨로이터원 등이 있다.

• 오라클라이즈(Oraclize) : 영국 런던에 있는 데이터 제공 회사이다. 현실 세계의 다양한 데이터를 수집하여 스마트 계약을 운영하려는 블록체인 네트워크에게 API 방식으로 제공해 주는 오라클 서비스를 하고 있다. 오라클라이즈의 데이터는 http 방식의 URL, 울프럼 알파(Wolfram Alpha) 검색엔진, 분산 파일 시스템인 IPFS, 랜덤하게 생성된 값, 계산을 거쳐서 생성된 값 등 5종류로 나뉘어 제공된다. 호출 수수료(call fee)는 쿼리 1건당 약 $0.01 ~ $0.05 달러 정도이다. 회사 공식 홈페이지 주소는 http://www.oraclize.it 이다.
• 체인링크(Chainlink) : 블록체인의 스마트 계약을 블록체인 외부의 데이터, 결제, API 등에 연결하기 위해 사용하는 블록체인 미들웨어 플랫폼이자 암호화폐이다. 체인링크는 이더리움 기반으로 작동하는 각종 스마트 계약이 현실 세계의 데이터와 쉽게 연결되도록 돕는 역할을 한다. 2014년에 설립된 스마트컨트랙트닷컴의 자회사이다. 2017년 9월에 체인링크 코인 10억개가 발행되었다. 화폐 심벌은 LINK이다. 2017년 가트너에 의해 블록체인 애플리케이션 쿨 벤더 업체로 선정되었다. 또한 스위프트(Swift)와 협력하여 '스위프트 스마트 오라클'이라는 기능을 개발했다. 체인링크는 세계경제포럼(World Economic Forum)에서 스마트 계약 기술 업체로 소개되었다. 체인링크 회사 공식 홈페이지 주소는 http://chain.link 이다.

중간자는 현실 세계와 블록체인 네트워크의 중간에 존재하면서, 신뢰할 수 있는 데이터를 안정적이고 체계적으로 제공하여, 오라클 문제를 해결할 수 있다는 장점이 있다. 다만, 블록체인은 탈중앙화(decentralization)를 지향하는데, 이러한 중간자 역할을 하는 조직이나 소프트웨어가 새로운 형태의 중앙이 될 가능성이 존재한다.

과제

블록체인 기반의 경제 시스템인 크립토 이코노미(crypto economy)가 제대로 작동하려면, 오라클 문제를 해결해야 한다. 블록체인 서비스 내에서 시스템을 운영하는데 기여한 참여자들에게 적절한 보상을 제공함으로써 지속적으로 블록체인 서비스가 활성화되도록 해야 한다. 이를 위해서는 크립토 이코노미를 잘 설계하는 것이 필요하다.

만약 크립토 이코노미를 제대로 설계하지 못하여, 오라클 문제가 발생하고 그 문제를 해결하기 위해 외부의 데이터 전문업체들에게 과도하게 의존할 경우, 고비용 문제가 발생할 수 있다. 특히, 상품, 계약, 계약의 해석 조건, 계약의 실행 조건, 지불수단 등에 대한 트랜잭션 요소가 온체인에 있지 않고 오프체인에 있을 경우, 오라클 문제가 발생하는데, 이 문제의 해결이 생각보다 어려워질 수 있다. 크립토 이코노미를 설계할 때 오프체인 트랜잭션을 최대한 온체인화하는 노력이 중요하다. 하지만 입력해야 할 데이터가 너무 많을 경우, 오프체인 데이터를 온체인화하는 데 필요한 비용이 과도하게 커질 수 있다는 우려가 제기되고 있다.

2018년 9월 8일 인포뱅크 아이블록 장중혁 대표이사는 크립토 이코노미 설계의 중요성에도 불구하고, 블록체인 프로젝트에서 부수적으로 다뤄지는 경향이 있다고 지적하면서, 블록체인 프로젝트를 성공적으로 진행하려면 크립토 이코노미 설계를 전문으로 하는 크립토 이코노미스트(crypto economist)가 반드시 존재해야 한다고 주장했다.

참고자료

• kblock, 〈(케블리) #39. 블록체인, 오라클〉, 《스팀잇》, 2018-04
• keepit, 〈KEEP!T Column : 블록체인 산업의 확장을 위한 열쇠, 오라클〉, 《스팀잇》, 2018-05
• Energist, 〈블록체인과 외부 세계를 연결시키는 오라클(Oracle)〉, 《네이버 블로그》, 2018-01-07
• 플릭파트너스, 〈(플릭파트너스 칼럼) 블록체인 기술이 기존 산업과 결합하기 위해 해결해야 할 과제〉, 《아시아타임즈》, 2018-05-13
• 허범석 플릭파트너스 파트너, 〈(EE칼럼) 블록체인 기술이 대중에게 다가가려면〉, 《에너지경제》, 2018-06-04
• 임유경 기자, 〈"크립토 이코노미 설계...'온체인'에 주목하라" - 장중혁 아이블록 대표, 크립토 이코노미 방법론 소개〉, 《지디넷코리아》, 2018-09-11
• 서울 크립토 서포터즈, 〈(암호화폐 상식) 오라클 문제 (Oracle problem)〉, 《네이버 블로그》, 2018-03-17
• 히숲지기, 〈Q:블록체인에서 오라클(Oracle)이란 무엇인가요?〉, 《네이버 블로그》, 2018-08-01
• 참괴다, 〈오라클 현상〉, 《네이버 블로그》, 2018-05-29
• 배고푼쉘리, 〈체인링크〉, 《네이버 카페》, 2018-08-21
• 셀마코브라, 〈ChainLink(체인링크) ICO 기본정보〉, 《네이버 카페》, 2017-09-04

같이 보기

• 블록체인
• 오라클
• 중간자
• 크립토 이코노미