수정 고스트 프로토콜

수정된 고스트 프로토콜(modified ghost protocol)은 고스트 프로토콜(ghost protocol)의 7단계 레벨만 포함한 수정된 버전의 프로토콜이다. 이더리움은 블록체인에 수정된 고스트 프로토콜을 적용하여 블록 생성 속도와 보안성을 높여 고아블록의 생성 확률을 낮췄다.

블록 생성 속도와 보안성, 고아블록의 생성확률에는 연관성이 있다. 블록 생성 속도가 느린 비트코인은 고아블록의 생성확률이 낮아 보안성이 높고, 블록 생성 속도가 빠린 이더리움은 고아블록의 생성확률이 높아 보안성이 낮다. 빠른 블록 생성 속도를 가지고 있는 블록체인들은 높은 고아블록 비율로 인해 보안성 저하라는 문제를 가지고 있다.

2013년 12월 소개된 고스트 프로토콜을 개발한 이스라엘의 Yonatan Sompolinsky와 Aviv Zohar는 이에 대해 블록들이 네트워크를 통해 전파되는데 일정한 시간이 걸리기 때문이라는 결론을 도출해냈다. 만일 채굴자 A가 하나의 블록을 채굴했는데, 이 블록이 채굴자 B에게 전파되기 전에 채굴자 B가 다른 또 하나의 블록을 채굴했다고 하면, 채굴자 B의 블록은 결국 낭비될 것이고 네트워크 보안에 기여하지 못하게 될 것이다.

고아블록 발생 배율은 중앙집중화 문제와도 연관되어 있다. 만약 채굴자 A가 30%의 해시파워를, 그리고 B가 10%의 해시파워를 가지고 있다고 하자. 이때 A가 고아블록을 생산할 위험성은 70%가 된다. 다른 30%의 경우에는 A가 마지막 블록을 만들게 되었고 따라서 즉각적으로 채굴데이터를 가지게 되기 때문이다.

반면 B는 매번 90%의 경우에 고아블록을 생산하게 될 위험성을 가지고 있다. 따라서 블록 생성 주기가 고아비율이 높은 것에 필요한 만큼 충분히 짧다면 A는 단순히 크기가 크다라는 사실 자체만으로 훨씬 더 높은 효율성을 가지게 된다. 이러한 두 가지 효과가 결합되어 블록 생성 주기가 짧은 블록체인에서는 높은 해시파워 점유율을 가진 단일한 풀이 채굴과정에 대한 사실상의 통제권을 가지게 될 가능성이 매우 높아지는 것이다.

고스트 프로토콜은 어느 체인이 가장 긴 것인지 계산할 때 고아블록도 포함함으로써 네트워크 보안 손실 문제를 해결한다. 다시 말해 어느 블록이 가장 큰 전체 작업증명을 가지고 있는지 계산함에 있어서, 그 블록의 모블록과 그 조상뿐만 아니라, 그 블록의 고아자손까지도 더한다는 것이다.

중앙화의 문제를 해결하기 위하여 이더리움은 고아블록들에 대해서도 블록보상을 제공한다. 고아블록도 기본 보상의 87.5%를 받게 되며, 그 고아블록을 포함하고 있는 사촌이 나머지 12.5%를 받게 된다.

고스트는 어느 체인이 가장 긴 것인지 계산할 때 고아블록도 포함으로써 위에서 제기한 첫 번째 이슈, 즉 네트워크 보안 손실이라는 문제를 해결한다. 다시 말해서 어느 블록이 가장 큰 전체 작업증명을 가지고 있는지 계산함에 있어서, 그 블록의 모블록과 그 조상뿐만 아니라, 그 블록의 고아 자손까지도 더한다는 것이다. 중앙화라는 두 번째 문제를 해결하기 위하여 이더리움은 가 설명한 프로토콜을 넘어서, 고아블록들에 대해서도 블록보상을 제공한다. 스텡리 블록도 기본 보상의 87.5를 받게 되며, 그 고아블록을 포함하고 있는 사촌이 나머지 12.5%를 받는다.

이더리움은 7단계 레벨만 포함하는 단순화된 고스트 버전을 구현한다. 구체적인 내용은 다음과 같다.

• 하나의 블록은 반드시 하나의 모블록을 지정해야 하며, 0 또는 그 이상의 삼촌을 지정해야 한다.
• 블록 B에 포함된 삼촌은 다음과 같은 속성들을 가지고 있어야 한다.

1. B의 k번째 조상의 직접적인 자손이어야 한다.

여기서 2 <= k <= 7.

1. B의 조상이어서는 안 된다.
2. 유효한 블록헤더여야 하지만, 이전에 확인되었을 필요도, 또는 심지어 유효한 블록일 필요도 없다.
3. 이전 블록들에 포함된 모든 삼촌들, 그리고 같은 블록에 포함된 모든 다른 삼촌들과는 달라야 한다.

데이터의 중복 포함을 방지하기 위함이다.

• 블록 B에 있는 각 삼촌 U에 대해, B의 채굴자는 코인베이스 보상에 더해 추가로 3.125%를 더 받고, U의 채굴자는 기본 코인베이스 보상의 93.75%를 받는다.

이더리움이 7단계 레벨만 포함한 수정된 고스트 버전을 사용하는 이유는 두 가지이다. 먼저 무제한 고스트는 하나의 블록에 대해 어떤 삼촌이 유효한지에 대해 계산을 매우 복잡하게 만든다. 둘째, 만일 이더리움과 같은 방식의 보상을 하면서도 무제한 고스트를 적용하게 되면 채굴자들이 공격자의 체인이 아닌 메인체인에서 채굴을 할 동기를 잃게 될 것이다.

참고자료

• James Ray, 〈(Korean) White Paper〉, 《깃허브》, 2018-08-22

같이 보기

• 이더리움
• 고아블록
• 고스트 프로토콜