X11

X11은 11종의 해시 함수를 담은 채굴 알고리즘이다. 11개의 서로 다른 해시를 여러 번 사용하기 때문에 오늘날 암호화폐가 사용하는 가장 안전하고 정교한 암호 해시 중의 하나로 볼 수 있다. 대시의 주요 개발자인 에반 더필드(Evan Duffield)에 의해 2014년에 개발되었다.

개요

X11은 11개의 해시 함수를 사용하는 암호화폐 채굴 알고리즘이다. 가정용 채굴장비로 채굴할 때 에너지 효율성이 뛰어나 채굴업계로부터 호평을 받았다. 대시(Dash)에 도입된 체인화된 작업증명 합의 알고리즘으로, 쿼크의 연쇄 해싱 방식에서 부분적으로 영감을 얻어 해시 수를 늘림으로써 심층과 복잡성을 추가했다. 쿼크와의 차이점은 해시 라운드가 무작위로 일부 해시를 선택하도록 하는 대신 선행 해시로 결정된다는 점이다. X계열 알고리즘은 다크코인과 함께 처음 등장했으며 다크코인 개발자 에반 더필드에 의해 개발됐다. X11은 한 패키지의 11종의 해시 알고리즘을 담은 알고리즘이다. X11의 본래 개발 목적은 개발자들이 이른바 단일지점중단(single point failure)이라 지칭하는 상황, 즉 해커가 이론적으로 알고리즘을 뚫어 공격에 노출시킬 수 있는 시나리오를 방지하여 네트워크를 방어하는 데 있었다.

X11의 출현은 대시 암호화폐의 개발과 직접적으로 연관이 있다. 대시 암호화폐의 주요 개발자인 에반 더필드는 SHA-256의 신뢰성에 의문을 제기하여 대안을 찾기 시작하였고, X11의 원래 목표는 대시 블록체인의 중앙 집중화 문제를 방지하는 것이었다. 대부분의 암호화폐가 여러 영향력있는 풀에 집중 될 가능성이 있었기 때문에 SHA-256의 과도한 단순성은 암호화폐의 급격한 가격 붕괴를 초래할 수 있었다. 에반 더필드는 채굴 보안 수준을 높이는데 힘썼다. 여러 회전으로 구성된 순차 해싱은 해킹에 대한 보호를 대폭 강화했다. 개발자 자신도 SHA-256 알고리즘이 해킹으로부터 100% 보호된다고 할 수 없다는 점 때문에 비트코인 등의 투자를 꺼리는 투자자들이 많다는 점을 거듭 강조해왔고, X11 알고리즘은 2014년부터 활발하게 사용되고 있다. X11을 시작한 이후, 이 알고리즘의 새로운 버전을 만드는 작업이 시작되었다. 업데이트는 라운드 수가 변경되는 것을 제외하고는 근본적인 차이는 없다. 가장 인기있는 버전은 알고리즘 X17이었다.

특징

장점

X11은 현존하는 X 계열 해시 알고리즘 중 가장 널리 쓰이고 있으며 몇몇 훌륭한 장점을 가지고 있다. X11은 GPU에 의한 채굴이 가장 효과적이며 CPU와 GPU의 효율성은 1:6인데 채굴 소프트웨어 개선으로 인해 X11 알고리즘이 처음 등장한 이래 CPU/CPU 간격은 더욱 벌어지고 있다. X11은 또한 발열이 적고 냉각을 유지하는 고가의 GPU를 사용해 GPU의 과열을 보호한다. 따라서 X11을 사용하면 GPU는 암호화폐를 처리하고 채굴하는데 많은 전력을 필오료 하지 않는다. 현재 X11은 에이식 저항성을 유지하고 있으며 이 알고리즘에 대해 에이식이 개발되고 있다는 소식은 아직 없지만 X11이 널리 쓰이고 수익성도 높다는 점을 고려할 때 앞으로 개발자들이 에이식 개발에 돌입할 가능성도 있다.

X11은 또한 SHA-256과 스크립트에 비해 전력 소모량도 적기 때문에 비교적 시원하고 죠용하게 채굴할 수 있다. 그 이유는 GPU 사용이 가능하기 때문인데, GPU에 의한 X11 알고리즘의 채굴은 다른 알고리즘과 비교했을 때 전력 비용을 크게 줄이고 장비에 과부하가 걸리지 않도록 하는 효과가 있다. X11은 다른 어떤 알고리즘보다도 채굴 소프트웨어 의존성이 높은데 특정 채굴 소프트웨어 선택으로 인해 엄청난 이점을 볼 수 있으며 올바른 소프트웨어와 설정을 갖추기만 한다면 해시성능을 40%까지 높일 수 있다. X11은 소프트웨어에 투자할 시간적 여력이 있는 GPU 채굴자에게 훌륭한 방법이 될 수 있으며 전력비 지출을 줄인다는 추가적인 이점도 있다. 아울러 X11은 여러 대의 GPU 채굴장비를 보유하고 있으며 전원 콘센트에 부담을 주지 않으려 하는 경우에도 좋은 바업이고 GPU 채굴장은 SHA-256과 스크립트에 비해 발열과 소음을 낮게 유지할 수 있다.

보안성 또한 X11의 주요 이점이다. 암호화폐에 사용되는 대부분의 암호 알고리즘은 계산을 위해 하나의 해시 함수만을 사용하지만, 이 알고리즘은 블레이크(Blake) 알고리즘에서부터 CPU 기능의 지침에 따라 코인을 생성하는데 필요한 SMID 알고리즘까지 서로 다른 11개의 해시 함수를 사용하기 때문에 매우 높은 수준의 보안을 제공한다.

단점

X11의 단점은 에이식에 대한 내성이 없다는 것이다. X11 알고리즘은 복잡성이 추기되어 에이식 내성을 갖도록 설계되었다. 그러나 2014년 이후 X11 알고리즘을 채굴할 수 있는 에이식이 개발되었고, CPU와 GPU를 사용하는 사람들은 새로운 블록을 생성하고, 블록 생성에 대한 보상을 받는데, X11은 GPU, CPU에서 생산의 수익성 차이가 낮아 경쟁적으로 불리하다.

구성

단일 해시 알고리즘에 기반을 둔 SHA-256 및 스크립트와 달리 X11은 11종의 상이한 알고리즘을 갖추고 있으며 공격을 성공시키려면 이들 알고리즘을 모두 뚫어야 한다. X계열 알고리즘은 X11 이외에도 X12, X13, X14 $\cdots$ X17까지 나와있다. 이들 알고리즘의 단적인 차이는 바로 패키지에 들어있는 해시 알고리즘의 분량이다. X11의 연쇄 해시 알고리즘은 작업증명을 위해 다음과 같은 11개의 해시 알고리즘을 사용한다.

1. 블레이크(Blake) : 다니엘 J. 번스타인(Daniel J. Bernstein)의 스크립트 차차(scrypt-chacha) 스트림 암호를 기반으로하는 암호화 해시 함수이다.
2. BMW(Blue Midnight Wish) : 16라운드의 블록 암호를 사용하는 압축 함수이다.
3. 그로스톨(Groestl) : AES 알고리즘을 일부 차용한 해시 함수이다.
4. JH : 우홍준에 의해 개발되었으며 JH-224, JH-256, JH-384, JH-512의 4가지 해시 알고리즘을 가지고 있다.
5. Keccak : NIST 공모를 통해 SHA-3 해시 알고리즘으로 최종 선정된 해시 알고리즘이다.
6. 스케인(Skein) : 256, 512, 1024비트의 내부 상태 크기와 임의 출력 크기를 지원하는 암호화 해시 함수이다.
7. 루파(Luffa) : 스펀지 함수의 변형으로, 메인 프레임의 무작위성을 기반으로 한 알고리즘이다.
8. 큐브 해시(cube hash) : ARX를 기반으로 한 암호화 해시 함수이다.
9. SHAvite-3 : HAIFA 구축 및 AES 빌딩 블록을 기반으로 한 해시 함수이다.
10. SIMD : 머클-담골(Merkle-Damgård) 디자인을 기반으로 한 해시 함수이다.
11. ECHO : 오렌지랩스(Orange Labs)에 의해 개발된 해시 함수이다.

참고자료

• 비트코인위키 - https://en.bitcoinwiki.org/wiki/X11
• 오시즈 - https://www.osiztechnologies.com/x11-algorithm-development
• Bisola Asolo, 〈X11 Algorithm Explained〉, 《mycryptopedia》, 2018-08-30
• 야옹메롱, 〈크립토알고리즘 개념 및 종류 - SHA-256,스크립트(Scrypt),스크립트-차차(Scrypt-Chacha),X11.Ethash〉, 《네이버 블로그》, 2019-03-21

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