비트코인

비트코인(bitcoin)은 블록체인 기술을 기반으로 만들어진 최초의 암호화폐이다. 간략히 비코라고도 한다. 비트코인캐시 등 유사한 이름을 가진 다른 암호화폐와 구별하기 위해 비트코인 코어(bitcoin core)라고 부르기도 한다. 비트코인의 화폐 단위는 BTC이다. 발행 주체가 없기 때문에 앞에 'X'를 넣어서, XBT라고 표시하는 경우도 있다. 2009년 1월 사토시 나카모토라는 가명을 쓰는 사람이 C++ 언어로 개발했다. SHA-256 해시 알고리즘 기반의 작업증명(PoW) 방식으로 채굴한다.

개념

비트코인은 세계 최초의 성공적인 분산 디지털 통화이다. 비트코인은 정부 발행 화폐와 다르다. 비트코인은 익명성이 있어서, 사용자가 비트코인 계좌를 만들기 위해 주민등록번호와 같은 개인 식별 정보가 필요하지 않고 국가의 관리도 받지 않는다. 외부인에 의해 무작위로 쉽게 부풀려지거나, 조작되거나, 위조 및 동결 또는 파괴될 수도 없다. 모든 사람은 비트코인 지갑을 가지고, 은행 계좌나 신용 기록 없이 전 세계 어디서나 거래 할 수 있다. 비트코인을 사용하면 돈이 완전히 통제된다. 대신 인터넷으로 거래를 하기 때문에 IP가 무조건 남고, 사용자의 거래 내역은 모두 공개된다. 이렇게 블록체인은 금융 인프라에 혁명을 일으키는 기술로 주목받게 되었다. 2018년 7월 비트코인은 시가 총액 1000억 달러로서, 1위이다.

창시자

비트코인의 창시자인 사토시 나카모토(Satoshi Nakamoto)라는 인물은 아직까지 신원이 확인되지 않고 있다. 사토시 나카모토에게 최초로 비트코인을 송금받은 할 피니가 사실은 사토시 나카모토 본인이라는 주장이 있으나 증명되지 않았다. 2014년 할 피니는 루게릭 병으로 사망했다. 2016년 호주 출신의 기업가인 크레이그 라이트(Craig Steven Wright)가 스스로 자신이 비트코인을 창시한 사토시 나카모토라고 밝혔으나 논란이 있다.

역사

2009-2012

2008년 11월 1일 사토시 나카모토(Satoshi Nakamoto)라는 가명을 쓰는 사람이 비트코인 백서를 작성하여 공개한 이후, 비트코인은 2009년 1월 3일 최초의 블록(genesis block)을 만들었다. 거래가 시작됐지만 몇 년간은 크게 주목받지 못했고, 조금씩 퍼져나갈 뿐이었다. 그러다가 2009년 10월, 첫 환율 공시 당시 1달러 = 0.00076BTC이 가능해지며 보급이 가속됐고, 이듬해에는 실제 매장에서 결제가 가능해졌다. 2010년 플로리다에서 사는 ‘Laszlo'라는 닉네임 사용자가 최초로 피자 두 판을 10,000BTC로 결제했다. 당시 시세로 약 40달러였지만 2017년 12월 기준으로 10,000BTC는 약 1,400억원 어치이다.

2013-2016

2013년 연초에 15 달러, 그 해 11월 초엔 500 달러를 기록했고, 한 달 뒤엔 2배가 넘는 1147 달러로 폭등하며 전 세계의 주목을 받기 시작했다. 키프러스의 은행계좌 동결과 예금에 대한 세금 인상이 거론된 시점이다. 러시아와 유럽의 정치적 힘 겨루기가 키프러스 금융기관 예금주들의 돈을 강탈한다는 볼멘소리가 터져 나온 시점이다. 즉, 2013년 3월에 발생한 키프로스 위기 때 은행에서 현금 인출을 못 하고, 마이너스 금리 요구를 피하기 위한 자산 도피에 사용하기 시작하면서 급격히 가치가 상승했다. 그리스 금융위기 당시에도 비트코인의 가격이 올랐던 것으로 보아 경제 안정성과 비트코인 가격은 반비례하고, 기존 금융 시스템에 대한 불신과 불만이 있을 때 역시 가격이 오른다. 하지만 2013년 12월, 중국의 중앙은행인 인민은행이 비트코인 거래를 금지했기 때문에 비트코인 가격이 급락했다. 게다가 2014년 초에는 당시 세계최대 비트코인 거래소인 마운틴 곳스(Mt.Gox)가 74만 4,000개의 비트코인을 분실하고 파산하여 결정타를 맞게 됐다. 2015년 1월에는 코인베이스(Coinbase)라는 비트코인 거래소가 7500만달러 투자유치에 성공했다. 같은 달 영국 비트코인 거래소 비츠스탬프(Bitstamp)는 1만9000개의 비트코인을 해킹 때문에 분실했다고 발표했다. 2015년 3월에는 비트코인 스타트업 21 INC가 유안 캐피털, 퀄컴 등 투자자들로부터 1억1600만달러 규모의 투자를 유치하는데 성공했는데, 이는 스타트업에 대한 투자 중 가장 큰 규모였다. 이렇게 2015년 상반기만 해도 ‘비트코인’을 암호화폐의 영역으로 생각했지만, 2015년 하반기부터는 블록체인 기술인 ‘분산 원장’이라는 키워드가 주목받기 시작했다.

2017-2018

비트코인의 가격은 2017년 1월 121만원이었는데 연말에 2,500만원까지 약 20배 규모로 급상승했다. 2018년 1월 초 가격이 폭락하기 시작하여 2월에 660만원까지 하락했다가 7월 기준으로 약 700만원대의 가격을 형성하고 있다. 중국은 2017년 9월 비트코인 거래를 금지하더니 2018년 2월 1일부터 전면 금지했다. 이후 비트코인 가격은 2018년 2월 5일 950만원에서 720만원으로 하락했다. 위안화의 비트코인 거래 비중은 지난해 9월 90% 넘던 수준에서 6월에는 1% 미만으로 감소했다. 2018년 상반기 동안 비트코인은 1200만원에서 600만원 사이의 가격으로 꾸준히 변동하고 있다.

비트코인 백서

2008년 11월 1일 사토시 나카모토(Satoshi Nakamoto)라는 가명을 쓰는 사람이 비트코인 백서를 작성하여 공개했다. 비트코인은 중앙은행이 없이 전 세계적 범위에서 P2P 방식으로 개인들 간에 자유롭게 송금 등의 금융거래를 할 수 있게 설계되어 있다. 거래장부는 블록체인 기술을 바탕으로 전 세계적인 범위에서 여러 사용자들의 서버에 분산하여 저장하기 때문에 사실상 해킹이 불가능하다. SHA-256 기반의 암호 해시 함수를 사용한다.

비트코인 창시

2009년 1월 10일 사토시 나카모토는 비트코인을 개발하여 소스 코드를 공개하고 최초 블록을 생성했다. 비트코인의 소스 코드는 C++ 프로그래밍 언어로 작성되었다. 사토시 나카모토는 2009년 1월 10일 이메일로 비트코인의 소스 코드를 무료 오픈 소스 방식으로 배포했다.

비트코인 압축 파일("bitcoin-0.1.0.rar")을 개인 PC에 다운로드한다. 압축 파일을 풀면, 윈도우 운영체제에서 작동하는 "BITCOIN.EXE" 파일이 나온다. 위 파일을 실행하면, 자동으로 다른 노드에 연결된다.

비트코인 채굴

사토시 나카모토는 본인의 개인 컴퓨터(PC)를 이용하여 50 비트코인을 채굴한 뒤, 할 피니(Hal Finney)에게 10 비트코인을 송금했다. 할 피니는 본인의 PC에서 비트코인을 채굴했는데, 당시 블록 번호가 70번대였으며, 창시자를 제외하고는 최초의 비트코인 채굴자가 되었다.

알트코인

비트코인의 소스 코드를 참고하여 이더리움, 이더리움 클래식, 리플, 라이트코인, 대시, 에이다, 이오스, 네오, 큐텀 등 다양한 알트코인(altcoin)들이 생겨났다. 비트코인은 여러 알트코인들 사이에서 일종의 기축통화 역할을 하고 있다. 알트코인에 대해 자세히 보기

작동 원리

비트코인은 블록체인 기술에 의존한다. 블록체인은 비트코인 프로토콜의 핵심이자 네트워크를 연결하는 접착제이다. 즉, 블록체인은 ‘서버 기능을 분산화하는 기술’로서, 서로 분산돼 있는 시스템 환경에서 합의(Consensus)에 의해 거래의 데이터를 관리하는 분산원장기술이다. 다시 말해, 지금까지는 각 시스템이 개별적으로 데이터베이스에 저장하고 있던 원장 데이터를 블록체인 기술을 통해 네트워크로 모두 공유할 수 있을 뿐만 아니라 블록체인은 네트워크에서 이루어진 모든 거래를 추적하고, 모든 거래는 네트워크 마이너들에 의해 타임 스탬프되고 검증된다. 블록체인은 방대하게 분포된 공공의 회계 장부이자 과거의 거래 데이터가 모두 저장돼 있는 영구적인 분산 장부 데이터베이스이다. 블록체인에 기반한 비트코인은 은행과 같은 중앙기관을 경유하지 않고, P2P 네트워크에서 당사자 간에 직접 결제 가능한 암호화폐이다. 비트코인은 거래를 블록체인에 등록하고 그것을 P2P 네트워크를 이용하되, 암호화된 수학문제를 풀어 채굴하는 PoW라는 작업으로 유지하는 시스템이다. 좀 더 구체적으로 살펴보자면 다음과 같다.

• 1. 송금을 의뢰한 여러 거래 기록을 1개의 블록에 모으고, P2P 네트워크로 거래 기록을 복제 형식으로 송수신해 데이터를 확산시킨다. 그럼으로 네트워크의 모든 참가자는 동일한 거래 기록을 보유한다.

• 2. P2P 네트워크로 거래 기록을 받은 모든 참가자들은 거래 기록을 승인하는 작업을 수행한다. 승인은 거래 기록에 포함된 어려운 계산 작업(Proof of Work)를 가장 빨리 해결한 참가자가 수행할 수 있고, 그 대가로 비트코인과 발신자가 설정한 송금 수수료를 받는다. 승인한 그 사람은 기존 블록체인에 새로운 블록을 추가하고, 이 블록을 P2P 네트워크를 통해 참가자 전원에게 브로드캐스트(전파)된다.

• 3. 블록을 받은 각 노드는 정당한 블록인지 검증한다. 이전 블록 정보와 해답을 매개변수로 해시값을 구해 조건을 만족하는지 확인한다. 조건을 만족한다면 그 거래 기록은 정당한 기록으로 수신한 자신의 로컬 디스크에 있는 블록체인에 추가한다. 이 시점에서 거래가 성립된다.

이처럼 비트코인은 모든 거래 기록을 중앙 집권적인 거래 기록 없이 분산형 구조만으로 구현한다. 제3자 기관이 담보하는 보증 행위를 네트워크 참가자 전원이 담당하는 것이다.

비트코인 구조

P2P 네트워크

‘P2P’는 ‘Peer-to-Peer’의 약자로서 ‘피어’는 ‘대등한 자, 동등한 자’라는 의미를 가진다. 즉 P2P 네트워크란 ‘대등한 관계의 컴퓨터 그룹이 직접 통신을 수행하는 네트워크’를 의미한다. 이 시스템에서는 각 컴퓨터, 즉 노드가 서비스를 사용하는 동시에 서비스를 제공하기도 한다.

블록

P2P 네트워크로 데이터를 모든 노드와 공유한다고 해도 변조 위험을 막을 수가 없다. 그래서 거래를 ‘블록’이라는 단위로 결합해 앞의 블록 정보를 포함해 해시로 만들어 불가역 데이터를 만든다. 블록체인은 거래 기록이 ‘블록’이라는 단위로 정리돼 시간별로 덧붙여서 연결돼 있다. 블록은 앞의 블록 정보를 포함하기 때문에 결과적으로 사슬 모양 데이터를 만들게 된다. 하지만 블록을 간단히 만들 수 있다면 블록체인 전체를 빠르게 위조해 조작할 수 있게 된다. 그래서 비트코인은 새로운 블록을 만들기 위해 계산량이 큰 문제를 푸는 방식을 도입했다. 문제는 10분 정도에 풀릴 수 있도록 난이도 조정이 자동으로 이루어진다. 한 블록에는 앞 블록과 뒤 블록과 연결되는 연결 정보가 포함돼 있으며, 앞 블록의 내용을 변경하면 뒤에 이어지는 모든 블록을 다시 생성해야 한다. 따라서 과거 블록의 내용을 조작하는 것은 거의 불가능하다.

합의 알고리즘

P2P 네트워크와 같은 분산 네트워크에서 합의을 형성하기 위한 알고리즘이다. 쉽게 말해, 블록체인 상에서의 의사결정이며 어떤 블록을 진짜 블록으로 인정할 것이냐에 대한 합의이다. P2P 네트워크에서는 정보의 지연과 미도달이라는 사태를 피할 수 없어서 이중 송신에 따른 처리 중복이나 잘못된 정보에 의한 오작동 등의 위험이 있다. 때문에 정확한 정보를 공유하기 어렵다. 이 문제점을 해결하는 것이 합의 알고리즘이다. 합의 알고리즘이 없다면 어느 것이 진짜 정보인지 판단할 수 없다. 비트코인은 PoW라는 합의 알고리즘을 사용하고 있다.

해시 함수

P2P 네트워크로 거래 기록을 받은 참가자들은 거래 기록을 승인하기 위한 합의 알고리즘으로 작업증명(PoS)을 수행해야 한다. 이 과정이 금을 캐는 것과 비슷하다고 해서 ‘채굴한다’는 단어를 사용한다. 승인은 거래 기록에 포함된 어려운 계산 작업(Proof of Work)를 가장 빨리 해결한 참가자가 수행할 수 있는데, 이를 위해 비트코인은 SHA-256이라는 해시 함수를 계산한다. 구체적으로 설명하자면, 비트코인 공식사이트는 일정한 텍스트, 즉 SHA-256 해시함수에 입력될 내용을 전달해준다. 그러면 채굴작업을 수행하는 컴퓨터는 전달된 내용을 해시함수에 넣고 실행한다. 이때 출력된 값이 공식적으로 정해져 있는 값보다 작으면 비트코인을 획득하는 것이다. 하지만 비트코인 공식사이트에서 해시함수에 넣기만 하면 비트코인이 당첨되는 값을 보내줄 리가 없다. 그리고 그 값을 그대로 이용하면 언제나 동일한 결과만 출력될 것이다. 그래서 채굴작업을 수행하는 컴퓨터에서는 해시함수를 실행하기 전에 공식사이트에서 보내준 텍스트에 임의의 텍스트를 추가한다. 출력되는 값을 다르게 만들기 위해서 함수에 입력되는 값을 바꾸어 보내는 것이다. 이러한 임의의 텍스트를 Nonce라고 부른다. 정말로 운이 좋다면 단 한 번에 원하는 값을 얻을 수도 있겠지만 그렇게 될 확률은 매우 적다. 결국 비트코인 채굴작업은 이러한 임의의 텍스트, 즉 Nonce의 값을 이리저리 바꾸어보면서 정해진 값보다 작은 해시 값을 얻을 때까지 함수를 실행하는 과정을 의미한다. 원하는 값을 얻게 되었을 때 사용한 ‘Nonce’가 비트코인을 얻기 위해서 필요한 ‘정답’에 해당한다. 이런 과정은 어려운 수학문제를 풀기 위해서 공식이나 원리를 사용하는 것이 아니라 1부터 1,000,000까지의 수를 일일이 대입해 보는 것과 비슷하다. 즉, 블록은 ‘블록 헤더+트랜잭션 정보’로 만들어지고, 그 중 블록 헤더는 ‘이전 블록 헤더의 해시값+Nonce+트랜잭션의 해시값’으로 구성된다. 블록을 생성하려면 앞의 블록 헤더의 정보와 Nonce 및 그 블록에 포함된 모든 트랜잭션의 해시값을 포함시켜 해시 함수를 입력하는 것이다.

공개키와 개인키

컴퓨터와 같은 통신 환경은 허락받지 않은 공격자가 통신 중에 정보를 도청하여 변조하거나 다른 내용을 삽입 또는 삭제할 수 있다. 이처럼 거래 및 블록체인 변조를 방지하는 가장 좋은 방법은 정보를 암호화하는 것이다. 모든 비트코인 주소에는 공개키와 개인키가 들어 있다.

1. 트랜잭션을 하려면 공개키와 개인키가 필요하다. 보내는 사람은 ‘개인키’와 ‘공개키’를 생성한다. 개인키는 서명 생성 용도이고, 공개키는 서명 검증 용도이다.

2. 보내는 사람은 생성한 공개키를 미리 받는 사람에게 전달한다. 보내는 사람의 서명을 검증하기 위해 받은 공개키로 서명을 검증할 수 있다.

3. 보내는 사람은 개인키를 이용해 전자 데이터를 암호화한다. 만들어진 암호문을 ‘전자서명’이라고 한다. 보낸 사람만 알고 있는 개인키로 암호문을 생성하기 때문에 그 암호문은 서명으로서의 의미를 가진다. 온라인상에서 거래를 실현하기 위해서는 이전 소유자의 본인 인증과 부인 방지를 위해 전자 서명이라는 방법을 사용한다.

4. 보내는 사람은 생성된 전자서명을 원본 전자 데이터에 붙여 받는 사람에게 전달한다.

5. 받은 사람은 공개키를 이용해 받은 전자서명을 복호화한다. 복호화하면 원본 전자 데이터가 생성된다.

6. 받은 사람은 전자 데이터와 복호화한 결과를 비교해 내용이 같은지 확인한다. 비교 결과가 같다면 전자 데이터는 변조되지 않은 것이다.

공개키를 사용하면 한 사용자가 다른 사용자의 주소로 비트코인을 보낼 수 있고, 거래의 전자서명을 확인하여 모든 것이 올바른지 확인하고 거래를 마무리할 수 있다. 반면에 개인키는 비트코인을 받은 사람이 ‘잠금 해제'하고 비트코인을 사용할 수 있게 한다. 한 당사자가 트랜잭션에 서명한다는 것은 비트코인 네트워크에서 그 사람이 비트코인이 보유된 주소의 소유자이며 거래가 유효하다는 것을 알리는 것이다. 비트코인 주소의 개인키를 보유하고 있는 사람은 누구나 그 주소가 보유하고 있는 비트코인을 사용할 수 있기 때문에 개인키는 본질적으로 비트코인을 보관하는 금고 열쇠이다. 사용자는 역시 한 주소의 개인키를 사용하여 메시지에 서명하거나, 지정된 주소에 보유돼 있는 비트코인의 소유자임을 확인할 수 있다. 이것은 모두 비대칭 암호화를 사용하는 수학을 통해 보안된다.

데이터 모델

채굴자란 비트코인 시스템 유지를 담당하는 존재로, 활동 자금은 시스템이 만들어내는 보상과 각종 수수료로 조달된다. 사토시 나카모토는 비트코인 개수가 최대 2,100만개로 고정되게 디자인했다. 그러려면 채굴을 통해 10분마다 얻을 수 있는 비트코인 수가 시간이 지남에 따라 점점 줄어들어야 했다. 그래서 비트코인에는 채굴 보상이 절반으로 줄어드는 반감기(halving)가 있다.

• 2012년 이전: 1블록 당 50BTC
• 2017년 7월 이전 : 1블록 당 25BTC
• 현재 : 1블록 당 12.5BTC

채굴할 때 해시 함수의 결과가 일정 난이도를 통과하면 블록이 생성되며, 보상은 블록을 생성한 노드에게만 주어진다. 이 과정에서 가장 먼저 블록 생성에 성공한 노드에 보상이 주어지기 때문에 고성능 컴퓨터를 사용해 빠른 연산을 해야 한다. 현재는 개인의 소규모 채굴보다 공장에서의 대규모 채굴이 주로 일어나며 이미 80%가 채굴되었다.

포크

비트코인 블록 사이즈에 대한 불일치가 가열되면서 여러 개의 하드포크가 제안되었다. 2017 년 8 월 1일 '비트코인 캐시'(Bitcoin Cash)라고 하는 하드포크가 생성되었다. 비트코인 코어 개발자 Peter Wuille는 2015 년 후반에 Segregated Witness ( SegWit )에 대한 아이디어를 발표했다 . 세그윗은 각각의 비트코인 트랜잭션의 사이즈를 줄여 한 번에 더 많은 트랜잭션을 수행할 수 있도록 하는, 이전 것과 호환 가능한 소프트포크이다. 세그윗는 2017 년 8 월 1 일부터 활성화되었다. 세그윗에 대한 응답으로, 일부 개발자와 사용자는 프로토콜 업데이트를 피하기 위해 하드포크를 시작하기로 결정했다. 비트코인 캐시(Bitcoin Cash)가 그 결과로 블록 사이즈가 8메가바이트로 증가했다. Segwit2x 라고 하는 또 다른 하드포크가 제안되었는데, 블록 사이즈를 2 메가바이트로 증가시키려고 했다. 커뮤니티의 많은 회사와 개인이 하드포크를 포기하기로 결정한 후, SegWit2x의 팀은 2017 년 11 월에 계획했던 하드포크를 취소했다.

2017 년 10 월 24 일에는 다른 하드포크인 비트코인 골드(Bitcoin Gold)가 만들어졌다. 비트코인 골드는 채굴에 사용되는 작업증명 알고리즘을 변경했다.

비트코인의 가치

비트코인이 혁신적인 것은 비트코인이라는 암호화폐의 에코 시스템에서 발생한 새로운 가치를 통해 비용을 충당함으로써 이용자의 부담을 최소화시킨 사업 계획성에 있다. 게다가 누군가 중심에 서거나 총괄하는 주체 없이 이익을 추구하고, 경쟁하는 채굴업자의 자발적인 활동을 통해 사업이 달성되고 있다는 것에 큰 가치를 찾을 수 있다. 이로 인해 시스템적으로 신뢰 기반의 투명한 거래 처리가 가능한 비즈니스 네트워크 환경이 가능해졌다.

참고자료

• 비트코인재단 공식 홈페이지 - https://bitcoinfoundation.org/
• 김명수 기자, 〈(용어) 블록체인, 중앙이 없는 분산 금융 장부…가상화폐 비트코인 개발 과정에서 만들어진 체계〉, 《톱스타뉴스》, 2018-01-21
• 정보라 기자, 〈용어로 보는 IT, 비트코인〉, 《네이버캐스트》, 2013-09-05
• 최영준 기자, 〈수학으로 만든 화폐 : 비트코인〉, 《동아사이언스 칼럼》
• 블록인프레스, 〈1,000 달러에서 10,000 달러까지: 비트코인이 걸어온 길〉, 《블록인프레스》, 2017-12-03
• 이정현 기자, 〈엑스코인, '피자데이' 기념 행사 진행... 피자와 비트코인의 역사 '주목'〉, 《시티저널》, 2015-05-21
• 홍기훈 교수, 〈[홍기훈의 블록체인과 핀테크 비트코인의 배경과 역사 그리고 의의]〉, 《IT Chosun》, 2017-07-26
• Xinhua, 〈RMB Bitcoin trading falls below 1 pct of world total〉, 《XINHUANET》, 2018-07-07
• 아카하네 요시하루 외 9명 지음, 〈#04 - 라이트코인(LTC)〉, 《블록체인 구조와 이론》, 위키북스, 2017년 6월
• 임백준 IT칼럼니스트, 〈비트코인 채굴 작업의 원리〉, 《ZDNet Korea》, 2014-05-12
• JAKE SMITH, 〈The Bitcoin Cash Hard Fork Will Show Us Which Coin Is Best〉, 《FORTUNE》, 2017-08-11

같이 보기

• 블록체인
• 암호화폐
• 사토시 나카모토
• 할 피니
• 암호화폐 종류
• 암호화폐 창시자
• 암호화폐 거래소
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