균형작업증명

전삼구 ㈜더블체인 대표이사

균형작업증명(ePoW, equilibrium Proof of Work)이란 기존 작업증명(PoW) 방식을 기반으로 하되, 한 번 채굴에 성공한 노드는 일정 기간 강제로 휴식을 취하도록 만들어 다른 노드들에게 채굴 기회를 공평하게 나누어 주는 방식의 합의 알고리즘이다. 이포우라고도 읽는다. 발명자는 ㈜더블체인의 전삼구 대표이사이다. 에이치닥 코인에서 이 방식을 사용하고 있다.

개요

균형작업증명 방식은 기존의 작업증명 방식을 기반으로 하되, 채굴에 공평성을 더한 합의 알고리즘이다. 한 번 채굴에 성공한 노드는 일정 기간동안 채굴을 할 수 없도록 해 다른 노드들에게 채굴 기회를 공평하게 나누어 주는 방식이다. 균형작업증명 방식은 고가의 채굴 장비를 가진 소수의 노드들이 채굴할 수 있는 능력인 해시파워를 독점하는 일을 막아 채굴 집중화 문제를 해결한다. 또한 무작위 값을 대입하며 해시 함수의 해시 값을 찾아내는 연산 과정에 투입되는 전기 자원을 절약할 수 있어 균형을 고려한 합의 알고리즘이라고 할 수 있다. 균형작업증명 방식은 기존의 작업증명 방식과 큰 틀에서는 동일한 채굴 방식이지만 한 번 채굴을 완료한 노드는 일정 시간 동안 블록을 채굴하지 못하도록 함으로써 다른 노드들의 채굴 성공 확률을 높이고, 채굴 기회를 최대한 공정하게 배분하며 채굴의 집중화 문제를 분산화할 수 있다는 장점이 있다. 또한 다른 블록체인들과 달리 채굴이 분산화되어 있기 때문에 상대적으로 채굴에 참여하는 노드들이 성격이 다양해진다는 장점이 있다. 에를 들어 비트코인의 경우 대규모 채굴업체나 채굴 풀을 중심으로 채굴이 이루어진다면, 균형작업증명 방식에서는 이러한 측면에서 다른 노드들에게 기회가 더 많이 주어지게 되는 것이다.

활용

• 에이치닥(Hdac)

에이치닥(Hdac)

에이치닥은 현대BS&C㈜가 개발한 사물인터넷(IoT) 플랫폼 암호화폐이다. 에이치닥은 현대BS&C㈜의 정대선 회장이 블록체인 전문기업인 ㈜더블체인의 전삼구 대표와 협력하여 개발했다. 스위츠 추크(Zug)에서 ICO를 진행하여 약 3,000억원에 이르는 투자자금을 확보했다. 이 금액은 2018년 기준으로 역대 ICO 투자 자금 규모 중 세계 5위에 해당한다. 에이치닥 블록체인은 새로운 블록을 생성하고 블록체인에 연결하기 위한 합의 알고리즘으로 균형작업증명 방식을 사용한다. 균형작업증명 방식은 평등한 기회와 에너지 절약에 기반한 작업증명 방식을 의미한다. 균형작업증명 합의 알고리즘은 작업증명에 참여하는 노드의 개채 수 감소를 방지하고, 다수의 채굴노드가 참여할 수 있는 동기를 부여할 수 있으며, 결과적으로 채굴 경쟁을 위한 과도한 컴퓨팅 파워 투입에 따른 에너지 낭비 방지와 채굴 기회의 공정한 기회 분배를 도모하고자 하는 의도에서 출발했다.

에이치닥 블록체인의 균형작업증명 방식은 블록 윈도우(block window) 개념을 적용하여 채굴 독과점을 줄이도록 했다. 또한 채굴 성공 후 블록 윈도우 적용 기간 동안은 자발적으로 채굴 시도를 하지 않도록 하여 해시 계산에 소모되는 낭비적 에너지를 줄이도록 했다. 어떤 노드가 채굴에 성공할 경우 블록 윈도우 적용 기간 동안은 새로운 블록을 채굴할 수 없다. 설사 욕심 많은 노드가 이러한 메커니즘을 무시하고 새로운 블록 채굴에 성공해도 에이치닥 블록체인 전체 네트워크에서 유효한 블록으로 인정받지 못하기 때문에 채굴에 에너지를 사용할 필요성이 없다. 블록해시는 난이도에 따라 데이터의 규격을 만족해야 하며 또한 주어진 블록 윈도우 내에 있지 않아야 한다. 이 블록 윈도우 사이즈는 시간 함수, $Ws=f(t)$ 형태로 표현될 수 있다. $f(t)$는 시간에 비례하여 증가하는 함수이며, 따라서 윈도우 사이즈는 시간이 흐름에 따라 점진적으로 증가하게 된다. 이는 곧 초기 참여자에게는 큰 기회가 있으며, 시간이 지남에 따라 특정 채굴노드가 채굴을 독점하기가 점점 더 어려워지고 더 공평한 분배가 이루어 질 수 있다는 의미이다.

균형작업증명의 블록 윈도우는 작업증명 주기 안에 채굴을 달성한 채굴노드에 대해 연속된 채굴 시도에 제약을 부여하기 위해 적용된다. 블록 윈도우 사이즈 $(Ws)$는, $f(t)=[(N*0.7)X($현재까지의 누적 블록 수$(t))]/($10년간 누적 블록 수$(tm))$로 정의되며, 노드인자$(N)$는 최근 채굴 성공 노드 목록에서 산정된다. 여기서 최대 블록 윈도우 사이즈$(Wm)$ 도달 시점이 10년인 것은 총 발행량의 80% 이상에 도달하는 시점으로 정했기 때문이다. 제네시스 블록이 시작된 시점부터 블록 윈도우는 서서히 증가하고, 최대 블록 윈도우 사이즈에 도달한 시점$(tm)$ 이후에는 노드 인자에 의해 크기가 증가하거나 감소하게 된다. 에이치닥은 균형작업증명에 대한 개발을 완료했으며 건전한 채굴 환경 조성을 위해 다양한 기술적인 방법을 지원할 것이고, 채굴노드의 보안성을 강화하기 위해 별도의 ASM(Advanced Security Module)을 개발 중이며 이것을 보안강화 옵션으로 선택할 수 있도록 할 것이다. 에이치닥에 대해 자세히 보기

문제점

균형작업증명 합의 알고리즘은 작업증명에 참여하는 노드의 개체 수 감소를 방지하고, 다수의 채굴노드가 참여할 수 있는 동기를 부여할 수 있으며, 결과적으로 채굴 경쟁을 위한 과도한 컴퓨팅 파워 투입에 따른 에너지 낭비 방지와 채굴 기회의 공정한 기회 분배를 도모하고자 하는 의도에서 출발했다. 의도는 좋지만 우려되는 부분이 세 가지 있다.

균형작업증명(ePoW) 합의 알고리즘

• 컴퓨팅 파워가 점점 약해질 수 있다. 작업증명 합의 알고리즘은 연산을 기반으로 하는 합의 및 채굴 알고리즘이다. 즉 연산력이 좋아야 한다는 것을 기본 전제로 깔고 가는 것이고, 이 연산력은 채굴기의 가격과 전기 사용량의 영향을 받게 된다. 문제는 작업증명 방식의 딜레마는 보상이 적어진다면, 채굴 세력들은 돈이 안 되기 때문에 참여하는 컴퓨팅 파워가 줄어들 수 있다는 점이다.

'보상이 작다'라는 말은 다른 말로 표현하자면 '해당 코인을 채굴하는데 불필요한 전기세를 내고 있다'라는 말과 같으며, 결국 '전체 컴퓨팅 파워가 작아질 수 있다'라는 말이 된다. 채굴자가 충분한 컴퓨팅 파워를 제공했는데도 채굴되는 코인이 적거나 확률이 낮아진다면 당연히 컴퓨팅 파워를 낮추게 될 것이다. 예를 들면 전체 컴퓨팅 파워의 30%를 가지고 있는 곳에서 1/4마다 코인을 보상받게 된다면 당연히 손해를 보는 느낌이 들 것이다.

• 채굴장을 운영하는 사람이라면 우측 그림과 같은 로직으로 구성한다면 채굴 풀을 나눠버릴 것이다. A라는 채굴풀을 A-1, A-2로 나눠 결과적으로 모든 것을 다 받아먹으려고 할 것이다. 우측의 Time Windows를 보면 노드당 한 번의 블록을 채굴하게 되면 3번 정도는 채굴을 할 수 없게 되는데 이럴 경우 채굴을 4개로 나눠 하면 큰 문제 없이 채굴을 할 수 있다. 결국 균형작업증명 방식에 큰 효용 없이 변칙으로 채굴을 할 수 있는 함정이 존재한다는 것이다.

• 가장 큰 문제는 균형작업증명 방식으로 인해서 해시파워가 떨어지게 될 경우 채굴 세력도 어찌하지 못할 수준의 공격이다. 즉, 두 번째 문제점과 같이 채굴세력이 노드를 분할하여 해시파워를 유지한다면 아무런 문제가 없지만, 이럴 경우 균형작업증명 방식이라는 것이 사실상 무용지물이라는 것이고, 균형작업증명 방식으로 인해서 채굴 세력들이 단가가 나오지 않아 해시파워의 제공을 줄인다면, 그 틈을 공격하는 다른 해커 세력이 나타날 수 있다.

이미 시가총액이 낮은 작업증명 방식 기반의 암호화폐들이 해킹을 당한 사례는 너무나도 많다. 비트코인골드(BTG)도 당했고, 이더리움클래식(ETC)도 51% 공격을 허무하게 당했을 정도이니, 균형작업증명 방식 기반의 암호화폐 역시 해킹에 매우 취약할 수 있다.

참고자료

• 에이치닥 백서 - https://hos-forward.s3-accelerate.amazonaws.com/hos/download/Hdac_WhitePaper(KOR)_v1.0.2.pdf
• 김승현 기자, 〈(코린이 상식백과) 블록체인 합의 알고리즘 A to Z 2편〉, 《데일리토큰》, 2019-05-18
• erc20, 〈균형작업증명(ePOW)란 무엇이고 어떤 코인에 적용되어 있나요?〉, 《아하》, 2019-07-28
• needjarvis, 〈현대가 만든 사물인터넷 코인, HDAC〉, 《티스토리》, 2019-05-02

같이 보기

• 합의 알고리즘
• 작업증명(PoW)
• ㈜더블체인
• 전삼구
• 에이치닥

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