블록체인

블록체인(blockchain)이란 다수의 거래 기록을 묶어 블록을 구성하고, 해시를 이용하여 여러 블록을 체인처럼 연결한 뒤, 다수의 사람들이 복사하여 분산 저장하는 알고리즘이다. 블록체인 기술을 이용하면 데이터의 위변조가 불가능하여 권위 있는 중개기관이 없더라도 신뢰할 수 있는 안전한 거래와 데이터 처리를 할 수 있다.

블록체인은 비트코인과 이더리움 등 암호화폐에 사용된 핵심 기술이다. 은행 등 제3의 중개기관이 없더라도 블록체인 기술을 이용하면 누구나 신뢰할 수 있는 안전한 거래를 할 수 있다. 블록체인은 암호화폐뿐 아니라, 온라인 거래내역이 있고 이력관리가 필요한 모든 데이터 처리에 활용할 수 있다. 블록체인 기반의 스마트 계약, 물류관리 시스템, 저작권관리 시스템, 의료정보관리 시스템, 문서관리 시스템, 신원확인 시스템 등 다양한 활용이 가능하다. 블록체인은 4차 산업혁명의 핵심 기술 중 하나이다. 중개기관이 필요 없는 블록체인 기술을 활용함으로써 인류는 새로운 거래 방식과 조직 운영 원리를 바탕으로 과거 인터넷 기술이 가져온 것 이상의 큰 사회적 변화와 혜택을 누릴 수 있을 것으로 예측하고 있다.

개념

블록체인은 간략히 '분산원장'(分散元帳, distributed ledger) 기술이라고 한다. 즉, 거래내역을 기록한 원장을 다수의 사람들에게 분산하여 저장·관리하는 기술이다. 자세히 설명하면, 블록체인이란 다수의 온라인 거래 기록을 묶어 하나의 데이터 블록(block)을 구성하고, 해시(hash) 값을 이용하여 이전 블록과 이후 블록을 마치 체인(chain)처럼 연결한 뒤, 이 정보의 전부 또는 일부를 P2P 방식으로 전 세계 여러 컴퓨터에 복사하여 분산 저장·관리하는 기술이다.

역사

블록체인은 사이퍼펑크(cypherpunk) 운동에 뿌리를 두고 있다.^[1] 사이퍼펑크란 중앙집권화된 국가와 거대 기업들에 대항하여 개인의 프라이버시를 보호하기 위해 암호기술을 이용하여 익명성을 보장하는 탈중앙 시스템을 만드려는 사회운동가들이다. 1990년 데이비드 차움은 디지캐시(digicash)라는 회사를 설립하고 최초의 상업적 암호화폐인 이캐시(ecash)를 창시하고 익명 거래 시스템을 제안했다.^[2] 1993년 에릭 휴즈(Eric Hughes)는 〈사이퍼펑크 선언〉을 발표하고, 프라이버시를 보호하기 위해 암호화된 익명 거래 시스템을 개발할 것을 제안했다.^[3] 1997년 아담 백(Adam Back)은 익명성을 보장하고 이중지불을 방지할 수 있는 해시캐시(Hashcash)라는 가상화폐를 만들었다. 1998년 웨이 다이(Wei Dai)는 익명성과 분산 방식의 암호화폐인 비머니(B-Money)를 고안했다. 1998년 닉 재보(Nick Szabo)는 스마트 계약 기반의 암호화폐인 비트골드(bit gold)를 고안하기도 했다. 그러나 당시의 기술적 한계로 인해 실제 개발이 어려웠으며, 널리 사용되지도 못하였다. 사이퍼펑크에 대해 자세히 보기

블록체인을 처음 만든 것은 사토시 나카모토(Satoshi Nakamoto)라는 가명을 쓰는 사람이었다. 그는 2008년 11월 1일 "Bitcoin : A Peer-to-Peer Electronic Cash System"^[4](〈비트코인 : 개인 대 개인의 전자화폐 시스템〉)이라는 논문을 작성하여 암호학계 관련자들이 사용하는 공용 이메일 주소로 전송하였다. 이듬해인 2009년 1월 10일 사토시 나카모토는 블록체인 기술을 적용한 최초의 암호화폐인 비트코인(bitcoin)을 개발하고 C++ 언어로 작성한 소스 코드를 배포했다.^[5] 이후 비트코인의 소스 코드를 일부 변형한 네임코인, 컬러드코인, 메타코인 등 몇 가지 새로운 코인들이 출현했으나 기존 블록체인 기술의 부분적 변형에 불과했다. 비트코인에 대해 자세히 보기

I've been working on a new electronic cash system that's fully peer-to-peer, with no trusted third party.
나는 새로운 전자화폐 시스템을 개발하고 있는데, 완전한 P2P 방식이고, 신뢰할 수 있는 제3자가 필요 없다.
- 사토시 나카모토(Satoshi Nakamoto), 2008.11.01.^[6]

2013년 비탈릭 부테린(Vitalik Buterin)이 이더리움 백서^[7]를 작성하여 블록체인 기술을 이용한 스마트 계약을 제안했다. 이듬해인 2014년 비탈릭 부테린은 ICO를 통해 개발 자금을 확보하고, 2015년 7월 30일 이더리움(ethereum) 서비스를 시작했다. 기존의 비트코인이 가치의 저장과 전달 기능을 가진 전자화폐 기능에 제한된 것과 달리, 이더리움은 블록체인 기술을 이용하여 각종 계약서 등을 위변조 없이 관리할 수 있는 획기적인 기술이었다. 이런 점에서 비트코인을 '블록체인 1.0'이라고 부르고, 이더리움을 '블록체인 2.0'이라고 부른다. 이더리움에 대해 자세히 보기

2017년에서 2018년 사이에 에이다(ADA), 이오스(EOS), 스팀(Steem) 등 다양한 암호화폐가 출현했다. 이들은 기존의 비트코인을 제1세대 암호화폐, 이더리움을 제2세대 암호화폐라고 부르면서 스스로 제3세대 암호화폐를 자처했다. 기존 블록체인 기술은 작업증명(PoW) 방식에 따른 채굴(mining)에 의해 새로운 블록이 생성되었으나, 이들은 지분증명(PoS), 위임지분증명(DPoS) 등 다양한 새로운 합의 알고리즘을 제안하면서, 빠른 처리 속도와 확장성을 구현하고자 하였다. 나아가 탱글(tangle)과 해시그래프(hashgraph) 등 블록체인 자체의 기술적 한계를 극복한 새로운 대안적 알고리즘이 제안되고 있다. 암호화폐에 대해 자세히 보기

작동 원리

블록체인이 작동하기 위해서는 다수의 거래내역을 묶어 블록을 구성하고, 이 블록을 기존 블록체인의 끝에 연결하며, 다수의 컴퓨터에 P2P 방식으로 분산 저장해야 한다.

블록 구성

블록체인을 만들기 위해 처음 해야 하는 일은 다수의 거래 기록을 묶어 하나의 블록을 구성하는 일이다.

거래의 최소 단위는 트랜잭션(transaction, 약칭 'Tx')이다. 트랜잭션이란 더 이상 쪼갤 수 없는 업무 처리의 최소 단위를 말한다. 예를 들어, A라는 사람이 B라는 사람에게 1,000원을 지급하고 B가 그 돈을 받은 경우, 이 거래 기록은 더 이상 작게 쪼갤 수가 없는 하나의 트랜잭션을 구성한다. 만약 A는 돈을 지불했으나 B는 돈을 받지 못했다면 그 거래는 성립되지 않는다. 이처럼 A가 돈을 지불하는 행위와 B가 돈을 받는 행위는 별개로 분리될 수 없으며 하나의 거래 내역으로 처리되어야 하는 단일 거래이다. 이런 거래의 최소 단위를 트랜잭션이라고 한다. 트랜잭션에 대해 자세히 보기

인터넷 등 온라인에서 거래가 발생한 경우, 각각의 트랜잭션별로 하나의 거래내역을 구성한다. 이 거래내역은 해시(hash) 함수를 사용하여 암호화된다. 해시 함수란 다양한 길이를 가진 데이터를 고정된 길이를 가진 데이터로 매핑하는 알고리즘이다. 각각의 거래내역을 텍스트로 표시할 경우 그 길이가 각각 다를 수 있지만, 이것을 해시 함수로 변환하면 항상 일정한 길이의 해시값이 나온다. 예를 들어, SHA-256 해시 함수를 사용할 경우, 거래내역이 아무리 짧거나 혹은 길어도 해시값은 항상 2진수로 256자리(즉, 16진수로 64자리)의 고정된 길이를 가진 값으로 표시된다. 이러한 해시 연산 과정을 거쳐 하나의 트랜잭션이 하나의 해시값이 대응하는 1:1 구조를 이루게 된다. 예를 들어 아래의 거래내역을 SHA-256 해시 함수를 사용하여 변환한 해시값은 다음과 같다.

[거래내역1] "A가 B에게 1,000원을 주었다." --> [해시1] 1c51df95c6ecb0ece8d7610583d07a74cc29acdd85021a2c97fc2529f581d83b

[거래내역2] "A가 C에게 2,000원을 받았다." --> [해시2] 3f6be801101b4000aa456f6a17bc627c86cddcf12b7ef2882cc030137435e400

블록체인에서는 다수의 거래내역을 묶어 하나의 블록을 구성한다. 거래내역이 많든 적든 상관없이 항상 일정한 시간에 한 번씩 새로운 블록을 구성한다. 블록체인 기술을 적용한 대표적인 암호화폐인 비트코인의 경우 약 10분에 한 번씩 새로운 블록을 구성한다. 라이트코인의 경우 약 2분 30초에 한 번씩 새로운 블록을 구성한다. 하나의 블록에는 하나의 루트해시가 존재한다. 루트해시란 모든 하위 해시들을 다시 해시 함수로 변환한 최종 해시값이다. 루트해시를 생성하기 위해 우선 각 거래내역에 1:1로 대응하는 해시값을 생성하고, 두 개의 해시를 합쳐 하나의 상위 해시를 생성하고, 그 상위 해시 2개를 합쳐 다시 더 상위의 해시를 생성한다. 만약 해시의 개수가 홀수이면 맨 마지막 하나의 해시는 자기 자신과 해시 연산을 수행한다. 이 과정을 계속 반복하면, 최종적으로 트리의 최상위 지점에 하나의 루트해시가 생성된다. 이러한 해시값의 구조를 해시트리 또는 머클트리라고 한다. 하나의 블록에는 반드시 하나의 루트해시가 존재한다. 만약 거래내역 중 하나라도 위변조할 경우 해당 해시값과 그 상위의 모든 해시값이 변경되어 결과적으로 루트해시가 달라지게 된다. 따라서 블록의 루트해시만 비교해 보면 그 하위에 있는 해시를 일일이 비교 검사하지 않더라도 데이터가 위변조되었는지 즉시 확인할 수 있다.

새로 구성된 블록은 타임스탬프 서버에 의해 생성된 시간이 기록되며, 전체 네트워크에 전파된다. 타임스탬프(timestamp)는 전자문서가 특정한 시점에 존재하고 있었다는 '존재 증명'과 그 이후 데이터가 변경되지 않았다는 '내용 증명'을 해주는 일종의 전자 도장이다.

체인 연결

하나의 새로운 블록을 구성한 경우, 마치 체인처럼 이전부터 이어져 내려오던 블록체인의 맨 끝에 이 새로운 블록을 연결시켜야 한다. 새로운 블록을 기존 블록체인의 끝에 연결시키려면, 해당 블록의 이름에 해당하는 해시값을 찾아내야 한다. 새로운 해시값을 성공적으로 찾아내는 경우 새로운 블록이 생성되어 기존 블록체인에 연결된다.

새로 구성한 블록의 이름에 해당하는 해시를 찾아내는 일은 수없이 많은 시도를 반복해야 하는 매우 힘든 과정이다. 왜냐하면 새로운 블록의 해시는 반드시 프로그램에 의해 미리 정해진 목표값보다 작아야 한다는 조건을 충족해야 하기 때문이다. 예를 들어, 목표 해시값이 00ff32라고 가정하고, 새로 만든 블록의 해시값이 12fa3b라고 하면, 이 값이 목표값보다 더 크기 때문에 블록 생성에 실패하게 된다. 하지만 새로 찾아낸 해시값이 00c3b1이라고 가정하면, 이 값은 목표값보다 더 작기 때문에 새로운 블록의 생성에 성공하게 된다. 다음은 2018년 5월 1일에 실제로 생성된 비트코인 520,654번째 블록의 해시값^[8]으로서, 숫자 앞부분에 영(0)이 18개가 표시되어 있다.

블록번호 : 제520,654번째 블록

블록해시 : 00000000000000000027d5cc71fb300b9d7c3b703da500a23a6a413297e7f8f4

일반적으로 블록의 해시값은 해당 블록의 생성일시, 버전, 비츠(bits), 루트해시, 이전 블록의 해시, 그리고 논스(nonce)^[9]라고 불리는 임시값 등을 조합한 후 해시로 변환하여 생성한다.^[10] 해당 블록의 생성일시, 버전, 난이도, 루트해시와 이전 블록의 해시값은 이미 확정되어 정해진 값을 가지고 있지만, 논스라는 임시값이 달라짐에 따라 해시 연산 결과로 생성되는 블록 해시값도 다양하게 나올 수 있다. 예를 들어 논스가 1인 경우의 해시값과 2인 경우의 해시값은 전혀 다르다. 이 논스 값을 수없이 바꿔가면서 하나씩 대입하다가 새로 생성된 해시값이 일정한 목표값보다 더 작을 경우에 새로운 블록이 성공적으로 생성된다. 이처럼 특정한 블록에 대해 목표값 이하의 크기를 가진 해시값을 찾음으로써 새로운 블록을 생성하는 행위를 작업증명(PoW)이라고 한다. 작업증명의 대가로 일정한 개수의 암호화폐를 지급받는 것을 채굴(採掘) 또는 마이닝(mining)이라고 한다. 채굴에 대해 자세히 보기

코인종류 : 비트코인

생성일시 : 2018-05-01 09:57:58 UTC

블록번호 : 제520,654번째 블록

블록해시 : 00000000000000000027d5cc71fb300b9d7c3b703da500a23a6a413297e7f8f4

버전 : 0x20000000

난이도 : 7.07T/4.02T

비츠(bits) : 0x1745fb53

임시값(nonce) : 0xe1c63570

포함된 트랜잭션의 개수 : 2,683개

루트해시 : 57e9d0dfa5fb3f73303fc205b04adcbb9b2b29ade8031ddcc8c9c88652f35cd2

이전 블록의 해시 : 00000000000000000020c54be8b197db66d61b0e9782ee15c71a0cc822bf48e8

다음 블록의 해시 : 0000000000000000000c74f3b4da084b2a8a635dd988e00cc1877565eff6eaa8

P2P 분산 저장

블록체인은 거래를 처리하고 기록·관리하는 권위 있는 중앙 조직이나 기구·기관이 없이, 네트워크에 연결된 개별 참여자들의 협업에 의해 유지된다.

블록체인은 P2P 방식으로 운영된다. 피투피(P2P)란 Peer to Peer의 약자로서, 인터넷에 연결된 다수의 개별 사용자들이 중개기관을 거치지 않고 직접 데이터를 주고받는 것을 말한다. 영어로 Peer란 '동료'라는 뜻으로서, P2P란 인터넷에 연결된 한 동료가 다른 동료에게 데이터를 직접 전송하는 시스템을 말한다. P2P 방식은 기존의 서버-클라이언트 방식의 데이터 전송과는 본질적으로 다른 구조를 가지고 있다. 서버-클라이언트 구조에서 개별적인 참여자는 우선 서버에 데이터를 올려야 하고, 다른 참여자가 해당 서버로부터 데이터를 받아오는 방식으로 작동한다. 이런 점에서 서버-클라이언트 구조에서 서버는 중앙·중심·센터에 해당하고, 클라이언트는 서버에 연결된 종속적 위치에 놓이게 된다. 반면 P2P 방식을 따르는 블록체인에는 중앙이나 중심 또는 센터가 없다. 블록체인 네트워크에 참여하는 모든 참여자들은 서로 평등하다. P2P에 대해 자세히 보기 서버-클라이언트에 대해 자세히 보기

블록체인에 저장된 데이터는 네트워크에 연결된 모든 노드(node)에 복사되어 분산 저장된다. 노드란 네트워크를 구성하는 각각의 개체를 말한다. 예를 들어, 10대의 컴퓨터가 서로 연결되어 네트워크를 구성하고 있는 경우 각각의 개별 컴퓨터가 하나의 노드가 된다. 즉, 이 시스템은 10개의 개별 노드로 구성된 네트워크 시스템이다. 서버-클라이언트 구조에서는 원본 데이터가 서버에 저장되어 있고 클라이언트는 서버에 접속하여 데이터를 열람·복사·다운로드 받지만, 블록체인 네트워크 구조에서는 중앙 서버가 존재하지 않으며 네트워크에 참여하는 모든 노드들이 서로 데이터를 복사하여 동일한 자료를 분산 저장하고 있다. 블록체인에 저장된 데이터는 원본과 사본의 구별이 없다. 블록체인 네트워크에 참여하는 개별 노드들은 다른 노드에 있는 데이터를 복사하여 저장함으로써 서로 동일한 데이터를 가지게 된다. 이 때 해당 데이터 전체를 100% 동일하게 복사하여 저장한 노드를 풀 노드(full node)라고 하고, 전체 데이터의 일부분만 복사하여 저장한 노드를 라이트 노드(light node)라고 한다.

블록체인 네트워크에서 새로운 거래가 발생할 경우 그 내역은 네트워크에 연결된 모든 노드들에게 전파되어 알려진다. 각 노드들은 일정한 시간 동안 이루어진 모든 거래를 하나로 묶어 새로운 블록을 구성하고, 목표값 이하의 해시값을 찾기 위해 경쟁한다. 네트워크에 참여한 수많은 노드들 중에서 가장 먼저 목표값 이하의 블록 해시값을 찾아낸 노드가 경쟁에서 승리하게 된다. 블록 해시를 가장 먼저 찾아낸 노드는 자신이 경쟁에서 승리했음을 전체 네트워크에 알린다. 네트워크에 참여한 다른 노드들은 새로 생성된 블록의 유효성을 검사하고 아무런 이상이 없을 경우 해당 블록의 생성을 승인한다. 이런 방식으로 전체 네트워크에 참가한 노드들 중에서 과반수가 새로 생성된 블록을 승인할 경우, 해당 블록은 정식 블록으로 채택되어 블록체인에 추가된다. 만약 서로 다른 거래내역을 가진 블록이 동시에 생성될 경우 네트워크는 약 1시간 정도 기다리면서 지켜보다가 가장 긴 길이를 가진 체인을 선택한다. 이 때 선택되지 않은 다른 블록은 버려져서 고아 블록(orphan block)이 되고 더 긴 길이를 가진 블록체인의 끝에 새로 생성된 블록이 연결된다. 이러한 과정을 통해 블록체인은 거래를 처리하고 승인하는 권위 있는 중앙기관이 없이도 네트워크 참여자들의 협업을 통해 안전하고 신뢰할 수 있는 시스템을 운영할 수 있다.

종류

블록체인은 참여자의 범위에 따라 퍼블릭 블록체인과 프라이빗 블록체인으로 나눌 수 있다. 퍼블릭 블록체인은 인터넷처럼 누구나 참여할 수 있는 개방형이지만, 프라이빗 블록체인은 인트라넷처럼 제한된 사람들만 참여할 수 있는 폐쇄형 블록체인이다.

퍼블릭 블록체인

퍼블릭 블록체인(public blockchain)이란 누구든지 자유롭게 참여할 수 있는 개방형 블록체인 네트워크를 말한다. 공공 블록체인 또는 개방형 블록체인이라고 한다. 권위 있는 조직의 승인이 없이 누구든지 인터넷에 연결된 PC, 노트북, 스마트폰, 서버컴퓨터, 채굴기 등 다양한 컴퓨터 장비를 이용하여 블록체인 네트워크에 참여할 수 있다. 이러한 블록체인 네트워크에 참여하는 개별 컴퓨터를 노드(node)라고 부르는데, 각 노드들은 블록체인에 저장된 데이터를 복사하여 저장하고, 해시 연산을 통해 새로운 블록의 생성에 참여할 수 있다. 또한 각 노드들은 언제든지 자신의 컴퓨터를 블록체인 네트워크에 연결하지 않고 접속을 차단함으로써 자유롭게 탈퇴할 수 있다. 블록체인 네트워크에 참여 또는 탈퇴하는 것은 권위 있는 조직의 승인이 필요 없이, 전적으로 해당 노드 참여자의 자유로운 의사에 따라 결정할 수 있다.

퍼블릭 블록체인의 경우 참여자들의 컴퓨터 사용에 따른 전기료 등 운영 비용을 감당할 수 있도록, 암호화폐를 발행하여 보상한다. 퍼블릭 블록체인 참여자들은 새로운 블록이 생성될 때마다 발행되는 암호화폐를 지급 받음으로써, 컴퓨터 감가상각비, 전기료, 공간사용료, 인건비 등 각종 비용을 보상 받을 수 있다. 퍼블릭 블록체인 운영에 참가한 사람들은 지급받은 암호화폐를 실생활에서 사용하거나 혹은 암호화폐 거래소에서 판매함으로써 참여 비용을 회수할 수 있다. 이런 점에서 퍼블릭 블록체인과 암호화폐는 서로 분리할 수 없는 일체형 구조로 되어 있다. 만약 퍼블릭 블록체인에서 암호화폐를 지급하지 않는다면, 블록체인 네트워크 참여자들이 받을 수 있는 경제적 보상이 없기 때문에 소수의 헌신적인 기여자들을 제외하고는 참여자가 없게 되어, 최악의 경우 블록체인 네트워크가 붕괴할 우려가 있다. 따라서 퍼블릭 블록체인에서 암호화폐를 발행하는 것은 블록체인 네트워크를 유지하기 위해 반드시 필요한 사항이라고 할 수 있다.

프라이빗 블록체인

프라이빗 블록체인(private blockchain)이란 미리 정해진 조직이나 개인들만 참여할 수 있는 폐쇄형 블록체인 네트워크를 말한다. 사적 블록체인 또는 폐쇄형 블록체인이라고 한다. 프라이빗 블록체인에 참여하려면 반드시 권위 있는 조직의 승인을 받아야 한다. 프라이빗 블록체인 운영자의 승인을 받지 못한 조직이나 개인은 해당 블록체인 네트워크의 운영에 참여할 수 없다. 예를 들어, A 기업과 B 기업 및 C 단체가 서로 협의하여 프라이빗 블록체인을 운영하기로 한 경우, 오직 A, B, C 세 곳만 참여할 수 있으며, 다른 제3자인 D 기업은 참여할 수 없다. 만약 D 기업이 해당 프라이빗 블록체인에 참여하고 싶다면, 관계자들과 협의하여 사전 승인을 받아야 한다.

프라이빗 블록체인의 운영을 위해서 암호화폐가 반드시 필요한 것은 아니다. 프라이빗 블록체인의 경우 굳이 암호화폐를 발행할 필요가 없이, 해당 프라이빗 블록체인의 참여자들이 컴퓨터 운영 비용을 부담하면 된다. 물론 프라이빗 블록체인에서도 암호화폐를 발행할 수는 있다. 블록체인이 혈관이라면 암호화폐는 그 혈관 속을 흐르는 혈액과 같은 존재이기 때문에, 프라이빗 블록체인에서도 암호화폐를 도입하는 것이 운영상 편리할 수 있다. 하지만 해당 암호화폐를 외부의 암호화폐 거래소에 판매하기 어렵기 때문에 사실상 내부 정산 및 서비스 이용 등의 목적으로 제한적으로만 사용할 수 있다. 결국 프라이빗 블록체인에서 암호화폐의 발행은 필수사항이 아니며, 각 프라이빗 블록체인 운영자들의 필요에 의해 자체 암호화폐를 발행할 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다.

특징

블록체인에 기록된 데이터는 위변조가 거의 불가능하여 누구나 신뢰할 수 있고, 안전하며, 탈중앙 방식의 시스템 운영이 가능하다.

신뢰성

블록체인에 기록된 데이터는 해킹을 통한 위변조가 매우 어렵기 때문에 누구나 신뢰할 수 있다. 블록체인에 기록된 내용은 해시함수에 의해 변환되어 암호화된 형태로 저장된다. 만약 내부자 또는 외부 해커가 시스템에 침입하여 특정 데이터를 위변조할 경우, 해당 데이터의 해시값이 변경되어, 위변조 사실을 즉각 알아낼 수 있다. 블록체인에 기록된 데이터의 양이 아무리 많아도 그 중에서 단 한 글자만 변경해도 전혀 다른 해시값이 나오기 때문에, 다른 사람이 모르게 데이터를 변경·삭제·추가하는 일은 불가능하다. 게다가 해시트리 구조로 데이터를 관리하기 때문에 어떤 위치에서 어떤 내용이 위변조되었는지를 즉각 알아낼 수 있다. 따라서 블록체인에 기록된 데이터는 단지 "블록체인에 기록되어 있다"는 이유만으로도 누구나 신뢰할 수 있다.

블록체인 자체를 해킹하는 유일한 방법은 전체 네트워크의 50% 이상에 해당하는 막강한 해시 연산 능력을 보유하고, 다른 정직한 노드들보다 더 빠른 속도로 신규 블록을 생성하여 네트워크에 전파함으로써, 다른 노드들이 정상적인 데이터가 아니라 위변조된 데이터가 포함된 블록체인을 채택하도록 만드는 것이다. 이것을 흔히 51% 공격이라고 부른다. 51% 공격을 성공하려면, 해당 블록체인 네트워크에 참여한 다른 모든 노드들의 해시 연산 능력을 합친 것보다 더 큰 해시 파워를 보유해야 하는데, 사실상 불가능에 가깝다. 물론 아주 예외적이기는 하지만, 참여자가 매우 적은 블록체인인 경우, 51% 공격이 성공할 수 있다. 실제로 2018년 5월 15일 모나코인에 대한 블록보류공격(BWA)으로 약 1억원의 피해가 있었고^[11], 다음 날인 5월 16일 비트코인골드에 대한 51% 공격이 성공하여 약 200억원의 코인을 해킹한 사례^[12]도 있다. 하지만 블록체인 네트워크에 참여자 수가 늘어남에 따라 50% 이상의 해시 파워를 확보하는 것이 매우 어렵기 때문에, 51% 공격이 사실상 불가능해진다.

안전성

블록체인에 기록된 데이터는 분산 저장하기 때문에, 특정 노드에 대한 디도스 공격이나 랜섬웨어 공격 등으로부터 안전하다. 디도스(DDoS)란 Distributed Denial of Service의 약자로서, 다수의 분산된 컴퓨터를 이용하여 특정 서버 컴퓨터가 처리할 수 있는 용량을 초과하는 정보를 한꺼번에 보내 과부하로 서버가 다운되거나 정상 접속되지 못하도록 만드는 공격을 말한다. '분산 서비스 거부 공격'이라고 한다. 예를 들어, 최대 1,000명이 동시 접속할 수 있는 서버에 2,000명이 동시 접속을 시도하면, 서버가 부하를 이겨내지 못하고 다운되거나 먹통이 되어 정상적인 서비스를 제공할 수 없게 된다. 기존의 서버-클라이언트 구조에서는 중앙 서버에 디도스 공격을 함으로써 전체 서비스를 마비시킬 수 있다. 랜섬웨어(ransomware)란 컴퓨터나 시스템을 감염시켜 정상적으로 이용할 수 없게 만든 후 일종의 몸값(ransom)을 요구하는 악성 소프트웨어를 말한다. 해커가 요구하는 몸값을 지불하면 복호화할 수 있는 암호를 알려준다. 기존의 서버-클라이언트 구조에서는 중앙 서버가 랜섬웨어 공격을 당하면 전체 서비스가 마비되는 문제가 있었다.

기존의 서버-클라이언트 구조와 달리, 블록체인 구조에서는 다수의 노드들이 동일한 데이터를 복사하여 분산 저장하고 있기 때문에 디도스 또는 랜섬웨어 등 외부의 공격으로부터 안전하다는 장점이 있다. 블록체인 네트워크에 참여하는 특정 노드를 공격하여 해당 시스템을 마비시키더라도, 다른 노드에 있는 서버 컴퓨터들이 정상 작동하기 때문에 서비스를 안정적으로 제공할 수 있다. 블록체인 네트워크를 구성하는 전 세계 모든 노드들을 상대로 동시에 분산 서비스 거부 공격(DDoS)이나 랜섬웨어 공격을 하여 전 세계 모든 시스템을 동시에 마비시키지 않는 한, 블록체인에 기록된 데이터는 외부 공격으로부터 안전하다. 블록체인 네트워크에 참여하는 전 세계 모든 노드를 동시에 공격하는 것은 매우 큰 컴퓨팅 파워가 필요하기 때문에 사실상 불가능하다.

탈중앙

블록체인은 권위 있는 중앙 조직·기관·단체 등이 없이, 자유롭고 평등한 참여자들에 의해 자율적으로 유지되고 운영된다. 기존의 서버-클라이언트 구조에서는 모든 정보가 중앙에 있는 서버로 집중되기 때문에 중앙을 차지한 사람이 의사결정권한을 가지는 구조였다. 하지만 블록체인은 중앙이 없는 P2P 방식으로 운영되기 때문에, 권위를 가진 중앙이 존재하지 않는다. 블록체인에서 의사결정 방식은 네트워크에 참여한 모든 사람들의 과반수 이상의 동의를 필요로 하는 탈중앙(脫中央, decentralization) 방식이다.

블록체인 구조에서 중앙 조직은 불필요하다. 블록체인 방식이 사회적으로 널리 퍼지면 기존의 중앙집중식 조직은 약화되거나 소멸된다. 예를 들어, 블록체인 기반의 암호화폐가 널리 사용될 경우, 기존의 은행은 그 권한과 역할이 축소된다. 마찬가지로 블록체인 기반의 물류관리 시스템이 확산될 경우, 기존의 복잡한 물류관리 절차가 대폭 간소화되고 관련 조직들의 역할이 축소된다. 블록체인 시스템이 확산될수록 기존의 은행, 보험사, 공증사무소, 포털 사이트, 기업, 법원, 정부, 국가 등 다양한 중개기관들은 그 역할이 대폭 축소되거나 심지어 소멸할 것으로 예상되고 있다. 블록체인은 중개기관이 필요없이 참여자들이 직접 거래할 수 있는 시스템이다. 블록체인은 자유와 평등을 보장하는 탈중앙화 시스템이다.

활용

블록체인 기술은 암호화폐, 스마트 계약, 물류관리, 문서관리, 의료정보관리, 저작권관리, 전자투표, 신원확인 등 다양한 분야에서 활용될 수 있다.

암호화폐

블록체인은 이중지불 문제를 해결함으로써 암호화폐의 기반 기술이 되었다.

기존의 인터넷에서는 이중지불 문제를 해결할 수 없어, 인터넷으로 정보를 전달할 수는 있었지만 중개기관이 없이는 가치를 전달할 수 없었다. 이중지불(double spending)이란 원본 파일에 저장된 가치를 지불한 뒤, 해당 파일을 복사하여 다른 사람에게 또 지불하는 것을 말한다. 예를 들어, A가 B에게 1,000원이라고 기록된 파일을 전송한 후 다시 해당 파일을 복사하여 C에게 또 1,000원을 전송하는 것을 말한다. 컴퓨터와 인터넷에서 모든 파일은 복사가 가능하기 때문에 이중지불 문제를 피할 수 없다. 기존의 인터넷 시스템에서는 이중지불 문제를 피하기 위해 신뢰할 수 있는 중개기관을 두고, 중개기관이 보관하고 있는 기존 데이터에서 해당 금액만큼 차감하는 방식으로 가치를 전달했다. 결국 기존 인터넷 시스템에서 가치를 전송하려면 반드시 은행이라는 중개기관에 의존해야 했다.

블록체인 기술을 이용할 경우 은행이라는 중개기관이 없이도 이중지불 문제 없이 가치를 전송할 수 있다. 블록체인에서 모든 거래내역은 해시값으로 변환되어 저장되는데, 하나의 블록에는 과거의 모든 거래내역이 담긴 이전 해시값을 포함하고 있기 때문에 이중지불이 불가능하다. 예를 들어, A가 B에게 1,000원을 전송한 경우 해당 거래내역이 블록체인에 기록되기 때문에, A가 다시 1,000원을 C에게 전송하려고 할 경우 해당 거래는 블록체인 네트워크에 참여한 다른 노드들의 승인을 얻지 못하여 실패하게 된다. 이처럼 블록체인은 과거의 모든 거래내역이 담긴 장부를 해시함수로 변환하여 하나의 파일로 만들어 전송하고, 그 결과를 블록체인 네트워크에 참여한 다른 노드들이 검증하게 함으로써 이중지불 문제를 해결할 수 있게 되었다.

블록체인 기술을 활용하여 만든 최초의 암호화폐는 비트코인(bitcoin)이다. 2008년 11월 사토시 나카모토(Satoshi Nakamoto)라는 가명을 쓰는 인물이 비트코인 백서를 작성하여 공개했고, 이듬해인 2009년 1월 세계 최초의 블록체인 기반 암호화폐인 비트코인을 개발했다. 이후 비트코인의 뒤를 이어, 라이트코인, 이더리움, 이더리움 클래식, 리플, 비트코인캐시, 모네로, 에이다, 이오스, 트론, 스팀, 아이콘 등 수많은 암호화폐들이 등장했다. 또한 이 암호화폐들을 거래할 수 있는 암호화폐 거래소가 설립되었고, 암호화폐 채굴 산업이 성장했으며, 신규 암호화폐 개발 자금을 조달하기 위한 ICO가 확산되었다. 암호화폐에 대해 자세히 보기

스마트 계약

블록체인 기술은 암호화폐에만 사용할 수 있는 것이 아니라 위변조 방지가 필요한 각종 계약서 작성에 활용할 수 있다. 특히 일정한 조건이 만족되면 자동으로 계약 내용이 실행되도록 하는 스마트 계약 기능에 사용할 수 있다. 기존의 블록체인 1.0 기술이 "과거에 일어났던 일"을 기록한다면, 스마트 계약 기능을 구현한 블록체인 2.0 기술은 "미래에 일어날 일"을 미리 기록해 둘 수 있다.^[13]

스마트 계약 또는 스마트 컨트랙트(smart contract)는 1990년대 중반 닉 재보(Nick Szabo)가 고안한 개념으로서, 계약 당사자가 사전에 협의한 내용을 미리 프로그래밍하여 전자 계약서 문서 안에 넣어두고, 이 계약 조건이 모두 충족되면 자동으로 계약 내용이 실행되도록 하는 시스템이다. 닉 재보는 스마트 계약이 자동판매기와 비슷하다^[14]고 말했다. 자동판매기에 미리 정해진 액수 이상의 돈을 투입하면, 자동으로 원하는 상품을 구매할 수 있듯이, 스마트 계약을 통해 일정한 조건이 충족되면 자동으로 계약이 실행되도록 한다는 것이다. 그는 이를 위해 비트골드(bit gold)라는 디지털 화폐를 고안했지만 당시의 기술적 한계로 인해 실제로 개발되거나 사용되지는 못하였다.

스마트 계약은 블록체인 기술을 적용함으로써 실제 구현이 가능해졌다. 2013년 당시 19세의 천재 프로그래머였던 비탈릭 부테린(Vitalik Buterin)은 블록체인 기술을 적용한 스마트 계약 플랫폼인 이더리움(ethereum)을 개발할 것을 제안하고, 2015년 7월 30일 이더리움 개발에 성공하여 실제 서비스를 시작했다. 솔리디티(solidity)라는 프로그래밍 언어를 사용하여, 계약 기간, 금액, 조건 등을 미리 코딩해 두면, 부동산 거래, 중고 자동차 거래, 무역 거래 등 어떠한 종류의 계약도 자동 실행되도록 만들 수 있다. 기존의 비트코인이 블록체인 기술을 활용하여 가치의 저장과 전달이 가능한 암호화폐를 만들었다면, 이더리움은 한 단계 더 나아가 블록체인 기술을 활용하여 인간이 상상할 수 있는 모든 종류의 계약을 자동으로 실행할 수 있는 스마트 계약 플랫폼을 개발했다. 스마트 계약에 대해 자세히 보기

물류관리

거래내역의 위변조가 어려운 블록체인 기술을 활용하여 물류관리 시스템을 운영할 수 있다. 예를 들어 루이비통(Louis Vuitton) 등 명품 가방을 거래하는 경우, 제품의 생산일자, 생산지, 수입일자, 관세 납부 내역 등 관련된 정보를 블록체인에 기록함으로써 위변조를 막고 짝퉁 제품을 가려낼 수 있다. 에버레저(EverLedger)는 전 세계 120만 개가 넘는 다이아몬드에 대해 광산에서 채굴될 때부터 감정회사와 도매상, 소매상을 거쳐 소비자에게 전달될 때까지 모든 거래내역과 다이아몬드의 일련번호, 색, 투명도, 컷, 캐럿, 크기 등 제품 상세정보를 블록체인에 기록하여 관리하겠다고 밝혔다.^[15] 블록체인을 활용하면 해외에서 수입한 고급 양주와 포도주 등에 대한 정품 확인이 가능하다. 소고기, 돼지고기, 닭고기 등 축산물^[16]과 쌀, 보리, 야채, 과일 등 각종 농산물 및 생선, 조개, 김, 미역 등 각종 수산물의 생산자, 생산일시, 생산지, 유통이력 등을 블록체인에 기록하여 상품 유통과정을 체계적으로 관리할 수 있다.

정부와 공공기관에서 블록체인 기반의 물류관리 시스템을 구축하는 사업이 발주되었다. 2018년 5월 대한민국 관세청은 한국정보화진흥원(NIA)에 위탁하여 "블록체인 기반 e-CO(원산지증명서) 발급 교환 서비스"^[17] 사업을 9억원 규모로 발주하여, ㈜케이씨넷이 수주했다. 뒤이어 "블록체인 기반의 수출통관 물류서비스 시범사업"^[18]을 16억원 규모로 발주했다.

민간 대기업들도 블록체인 기반 물류관리 사업에 뛰어들고 있다. 삼성SDS㈜는 2017년 5월 31일 '해운물류 블록체인 컨소시엄'을 발족하고, 제품생산에서부터 최종 소비자까지 생산·가공·보관·운송 이력을 투명하게 관리하는 시스템을 개발·적용하기로 했다.^[19] 이를 통해 원산지 조작이나 제조·유통기간 변경 및 허위광고를 방지할 수 있고, 사물인터넷(IoT) 기술을 활용하여 실시간으로 화물의 위치 정보를 공유함으로써 비용절감 및 업무 효율성을 높일 수 있다. SK㈜ C&C는 선주, 화주, 육상운송업자 등 물류 관계자들이 P2P 방식으로 물류정보를 전달받아 공유·관리하는 '블록체인 물류 서비스'를 개발하고, 한국발~상해착 컨테이너 화물 운송에 시범 적용했다. 이를 통해 선하증권(B/L), 신용장(L/C) 등 각종 거래원장을 블록체인에 등록해 원본임을 보장하고 안전하게 관리·유통할 수 있다.^[20]

물류관리 시스템을 프라이빗 블록체인이 아니라 퍼블릭 블록체인 기반으로 관리하려는 시도도 있다. 비체인(VeChain)^[21]은 블록체인 기반의 물류관리 시스템에서 사용하기 위한 암호화폐이고, 파퓰러스(Populous)^[22]는 블록체인 기반의 송장관리 시스템을 운영하기 위한 암호화폐이다.

문서관리

블록체인 기술을 활용하여 정부, 기업, 교육기관, 의료기관 등에서 발급하는 각종 문서를 위변조 없이 안전하게 관리할 수 있다. 개별 문서에 담긴 내용을 해시로 변환하여 블록체인에 저장한 뒤 여러 곳에 분산 저장하면, 해당 문서에 대한 위변조가 사실상 불가능해진다. 정부에서 발급하는 주민등록증, 운전면허증, 여권, 가족관계증명서, 출생증명서, 인감증명서, 등기부등본 등과 기업에서 발급하는 재직증명서, 경력증명서, 급여명세서, 각종 계약서 및 교육기관에서 발급하는 졸업증명서, 성적증명서, 재학증명서 등과 의료기관에서 발급하는 진료기록, 진단서, 의약품처방전, 진료영수증 등 각종 서류를 블록체인 기반으로 안전하게 관리할 수 있다.

2018년 5월 대한민국 행정안전부는 향후 3년간에 걸쳐 블록체인 기반의 전자증명서 발급·유통 플랫폼 구축에 나서겠다고 밝혔다. 공공기관에서 발급하는 약 2,700여종의 증명서에 대해 연간 3억 7천만 건의 종이 증명서가 발급되고 있는데, 국민과 기업의 불편 및 사회적 비용을 줄이기 위해 블록체인 기술을 도입함으로써 개인 모바일 기기를 활용해 전자문서 형태로 발급받을 수 있게 하겠다는 계획이다.^[23]

㈜엑스블록시스템즈(XBlock Systems)는 전자문서 인증 플랫폼인 애스톤(Aston) 프로젝트를 시작했다. 기존의 비트코인이나 이더리움에 사용된 블록체인은 거래내역을 시간 순서대로 일렬로 나열한 링크드 리스트 방식으로 관리했지만, 애스톤은 다차원 블록체인 개념을 도입하여 문서의 생성은 메인 블록체인(main blockchain)에 기록하고 해당 문서의 변경 이력은 각 문서별로 별도의 서브 블록체인(sub blockchain)에 기록하는 방식으로 관리한다.^[24] ㈜엑스블록시스템즈는 엑스체인(X-Chain) 방식의 블록체인 사업을 위해 필요한 자금 확보를 위해 2017년말 싱가포르에서 ICO를 진행하여 약 300억원의 투자자금을 확보했다.^[25] 2018년 5월 4일 한국 및 일본의 7개 회사가 블록체인 기반의 전자문서 사업에 공동 진출하기로 협약했다. 한국은 ㈜엑스블록시스템즈, 핸디소프트, 한컴시큐어, 한국무역정보통신, 세종텔레콤의 5개 회사이고, 일본은 바스아이디(BaaSid), 피알오(P.R.O.)의 2개 회사가 참여했다.^[26]

한편 문서관리 시스템을 프라이빗 블록체인이 아니라 퍼블릭 블록체인 기반으로 관리하려는 시도도 있다. 이머코인(Emercoin)은 블록체인 기반의 대학 졸업장 및 교육 수료증 발급 시스템을 운영하기 위한 암호화폐이다. 이머코인은 네덜란드 비트퓨리(Bitfury) 그룹에서 기술투자를 받았고, 2018년 4월 18일 한국 업비트 거래소에 상장했다.^[27] 또한 5월 9일 동유럽의 조지아^[28]에 있는 '비즈니스 앤 테크놀로지 대학교'와 졸업장 위조 방지를 위한 블록체인 시스템 개발 협약을 체결하고 시범 프로젝트를 시작했다.^[29]

의료정보관리

위변조가 불가능한 블록체인 기술을 이용하여 개인 의료정보를 통합 관리할 수 있다. 기존의 개인 의료정보는 여러 병원과 약국 및 건강보험공단 등에 분산되어 있어서 통합 관리가 어렵다. 예를 들어 환자가 A 병원에서 MRI 검사를 했더라도 B 병원에 가면 동일한 MRI 검사를 다시 해야 한다. 하지만 개인 의료정보를 암호화하여 블록체인에 저장해 두면, 여러 병원과 약국 및 관련 기관에서 공동 활용할 수 있게 된다.

현직 의사인 이은솔^[30]과 고우균^[31]은 메디블록(Mediblock)이라는 블록체인 기반 개인 의료정보 종합관리 플랫폼을 개발했다. 이를 위해 2017년 11월 ICO를 진행하여 약 300억원의 투자자금을 확보했다.^[32]^[33] ㈜엑스블록시스템즈(XBlock Systems)^[34]는 블록체인 기반의 PKI 인증서를 사용하여 의료제증명서 발급 서비스를 개발하고 있다.^[35] 이 서비스를 이용하면, 환자들이 직접 병원을 방문하여 창구나 무인수납기(Kiosk)에서 의료제증명서를 발급받을 필요 없이, 블록체인 시스템에 접속하여 입퇴원증명서 등 의료제증명서를 편리하게 발급받을 수 있다. 2018년 5월 고려대학교 블록체인연구소는 미래에셋, 교보생명, 신한은행, 더루프, 피노텍, 더블체인 등 30여곳과 프라이빗 블록체인 플랫폼 개발 컨소시엄을 구성하고, 개인 유전정보를 블록체인 플랫폼에 결합시켜 개인별 맞춤형 치료방법과 약을 처방해 주는 '블록체인 의료정보 시스템'을 상용화하겠다고 발표했다.^[36]

저작권관리

블록체인 기술을 활용하여 영화, 동영상, 음악, 미술, 사진, 이미지, 웹툰, 전자책(이북), 프로그램 소스 등 다양한 콘텐츠에 대해 저작권을 보호·관리할 수 있다. 블록체인은 위변조가 불가능하기 때문에 저작물의 해시값을 추출한 후 비교함으로써 원본 콘텐츠를 찾아낼 수 있다. 또한 저작권 이용자 정보를 블록체인에 기록함으로써 저작권 중개유통업체를 거치지 않고도 체계적인 저작물 관리와 판매 및 투명한 수익분배를 보장할 수 있다.^[37]

2017년 미국 최대의 음원 스트리밍 서비스 업체인 스포티파이(Spotify)는 불투명한 로열티 지급 문제를 해결하기 위해 블록체인 기술을 도입하기로 결정하고, 블록체인 스타트업인 '미디어체인 랩'(Mediachain Labs)을 인수했다.^[38] 2018년 1월 미국 코닥(Kodak)은 사진 저작권을 보호하기 위해 블록체인 기반의 암호화폐인 '코닥코인'을 발행하겠다고 발표했다.^[39] 2018년 4월 11일 중국 바이두(Baidu)는 이미지의 저작권을 보호하기 위해 블록체인 기반의 스톡포토 플랫폼인 '토템' 서비스를 출시했다.^[40] 2018년 6월 22일 미국 마이크로소프트와 언스트&영은 블록체인 기반 콘텐츠 저작권 및 로열티 관리 솔루션을 공동 개발했다. 매달 수백만 건의 콘텐츠 거래가 발생하고 있는데, 그동안 로열티 정산이 수작업으로 이루어져 수주일을 기다려야 했으나, 블록체인 기반의 저작권 관리 솔루션을 도입함으로써 네트워크에 포함된 누구나 거의 실시간으로 콘텐츠 판매현황을 확인할 수 있게 되었다.^[41]

전자투표

블록체인 기술을 활용하여 전자투표관리 시스템을 운영할 수 있다. 블록체인은 데이터의 위변조가 사실상 불가능하기 때문에 누구나 신뢰할 수 있는 투표시스템을 보장한다.

2018년 봄 대한민국 중앙선거관리위원회는 "블록체인 기반의 온라인 전자투표 시스템 구축 시범사업"을 발주하여, ㈜핸디소프트가 수주했다. 주사업자인 ㈜핸디소프트는 시스템 설계와 검증을 맡고, 시스템 개발은 ㈜엑스블록시스템즈와 해바라기소프트가 담당한다.^[42]^[43]

2017년 1월 ㈜블로코는 경기도 "따복공동체 주민제안 공모사업 심사 온라인 투표 시스템"에 블록체인 기술인 스마트 계약을 적용했다.^[44]^[45] 2018년 5월 보스코인(BOScoin)은 익명성과 1인 1표를 보장하는 동형암호 기반의 전자투표 솔루션을 개발했다.^[46] 이 솔루션을 사용하면, 실제 한 명이 마치 여러 명인 것처럼 속이는 시빌공격(sybil attack)을 방지할 수 있다. 보스코인은 "동형암호 기반 전자투표 프로토콜" 특허를 등록한 한국스마트인증㈜에 지분참여를 통해 1대 주주가 됨으로써 해당 원천 기술을 확보하게 되었다.

블록체인 기반의 전자투표 시스템은 해외에서도 도입되고 있다. 에스토니아는 세계 최초로 블록체인을 활용한 상장사 전자투표 시스템을 구축했다.^[47] 이 시스템은 두 개의 블록체인을 사용해 사용자 정보와 투표 내용을 각각 별도로 저장함으로써 유권자의 익명성을 보장한다.^[48] 미국 증권거래소인 나스닥(Nasdaq)은 주주의 전자투표 결과를 블록체인에 기록하는 시스템을 개발하여 활용하고 있다.^[49] 스위스의 주크(Zug)시는 2013년부터 블록체인 산업단지인 크립토밸리(crypto valley)를 조성하여 관련 기업을 적극 유치하고 있으며, 2018년 6월 스위스 최초로 블록체인 기반의 지방투표를 시범 실시한다.^[50]

신원확인

블록체인 기술을 활용하여 개인 신원을 확인할 수 있다.

미국 마이크로소프트는 액센추어와 협력해, 블록체인 기술을 이용한 "디지털 ID 인증 서비스"를 개발했다.^[51] 유엔(UN)에 따르면 전 세계 인구 중에서 약 11억명의 사람들이 공식 신분 문서가 없다. 출생증명서나 공식 인증서가 없이 국가를 탈출한 난민들의 경우에 이 시스템을 통해 본인의 신분을 증명할 수 있다.