[블록체인 용어] 합의 알고리즘 종류 (Blockchain Consensus Algorithm)

 합의 알고리즘

 

• 다수의 참여자들이 통일된 의사결정을 하기위해 사용하는 알고리즘.
• 합의 모델, 합의 방식, 합의 메커니즘 또는 합의 프로토콜이라고도 불림.
• 블록체인 시스템에서 네트워크에 참여하는 모든 참여자들이 동일한 데이터를 복사하여 분산 저장하기 때문에 원본과 사본의 구별이 없으며, 통일된 의사결정을 내릴 수 있는 중앙관리가 존재하지 않음.
• 모든 블록체인 네트워크의 핵심적인 요소로서, 분산화된 시스템의 무결성과 보안을 유지시키는 역할을 하기 때문에, 디지털 경제 시스템이 제대로 작동하기 위해서는 현 상태의 블록체인에 합의하는 것이 필수적

 

 

 PoW, 작업증명 (Proof of Work)

 

• 핵심: 블록체인의 보안을 유지하기 위해 해시값을 구하는 과정
• 컴퓨터의 연산력을 바탕으로 합의에 도달하고, 그 연산력이 빠를수록 블록에 기록할 수 있는 권한이 더 많이 부여
• 채굴 시 소모되는 전력량과 컴퓨팅파워가 비효율적이고 채굴기의 스펙에 따른 빈익빈 부익부 현상이 발생함.
• 채택한 코인: 비트코인, 이더리움, 라이트코인, 비트코인캐시, 비트코인골드, 모네로, 지캐시, 시아코인, 불웍, 에이치닥

 

 

 PoS, 지분증명 (Proof of Stake)

 

• 새로운 블록을 생성하는 데에 기여한 노드들에게 지분에 따라 보상을 지급하는 과정
• 코인을 가지고 있는 노드들 모두가 합의를 통해 블록에 데이터를 추가 할 수 있게 되는것이고, 코인을 많이 가진 노드는 데이터를 업데이트할 권한이 더 많이 주어짐
• 해당 암호화폐를 보유하고 있는 지분율에 비례하여 의사결정 권한을 주며, 채굴과정이 필요없음
• 장점
  작업증명에 비해 효율성과 보안성 뛰어남
  채굴기가 필요하지않아, 에너지 소모 문제 해결
  블록처리시간이 줄어 처리속도 개선, 효율성이 좋음
  해시파워 비용보다 디지털 자산의 공급량의 가치가 더 크기 때문에 사실상 보안해킹 비현실적
• 단점
  지분 증명을 하는데 있어서, 별다른 한계비용이 존재하지 않기 때문에, Nothing at Stake발생
  * Nothing at Stake: 자산증명을 하는데 있어 한계 비용이 전혀 없어 블록체인의 정당성을 해칠 수 있는 문제
• 채택한 코인: 큐텀(QTUM), 피어코인(Peercoin) 등

 

 

 PoET, 경과증명 (Proof of Elapsed Time)

 

• 작업증명 방식의 경쟁적 해싱 연산으로 낭비되는 에너지를 줄이면서 유사한 수준의 보안성을 보장하기 위해 제시

 

 

 ePoW, 균형작업증명

equilibrium Proof of Work

 

• 기존 작업증명 방식을 기반으로 하되, 한 번 채굴에 성공한 노드는 일정 기간 강제로 휴식을 취하도록 만들어 다른 노드들에게 채굴 기회를 공평하게 나누어 주는 방식
• 채택한 코인: 에이치닥

 

 뻐꾸기 사이클 (Cuckoo Cycle)

 

• 기존 에이식(ASIC) 채굴기가 채굴하기 어려운 알고리즘과 GPU 채굴방식의 효율성 증대
• 기존 CPU 중심의 채굴기와 GPU의 간극을 좁혀 1머신 당 1표(one-machine-one-vote)를 실현가능
• 채택한 코인: 코르텍스(Cortex), 그린코인(Grin Coin)

 

 

 Spectre, 스펙터

Serialization of Proof-of-work Events: Confirming Transactions via Recursive Elections

 

• 다수의 부모 블록들이 자식 블록들의 거래내역의 유효성을 검증함으로 채굴
• 다수의 부모 블록들이 짧은 시간 내에 많은 블록들의 유효성을 검증하므로 높은 효율성을 가짐
• 작업증명에서는 가장 긴 체인이 블록으로 채택되지만, 스펙터에서는 가장 많은 자식 블록들을 가진 체인이 선택됨
• 채택한 코인: 하이콘(Hycon)

 

 

 PoO, 온라인증명 (Proof of Online)

 

• 한국의 블록체인 개발 전문기업 ㈜이트라가 개발한 알고리즘
• 새로운 블록의 전파 과정에서 해당 블록이 온라인상에서 생성된 것인지 검증하는 과정을 추가하여 블록보류공격(BWA)을 원천적으로 차단하는 합의 알고리즘
• 채택한 코인: 큐시티(Qcity)

 

 

 PoUW, 유용한 작업증명 (Proof of Useful Work)

 

• 새로운 블록을 생성할 때 해시 알고리즘을 푸는 방식이 아닌 실용적인 컴퓨팅의 수요를 활용하는 방식
• 에너지 효율과 보안성을 제공

 

 

 DPoW(디포우), 이중작업증명(Dual Proof of Work)

 

• 에이식(ASIC) 채굴기를 허용하는 1차 채굴과 에이식 채굴기를 허용하지 않는 2차 채굴을 혼합하여 진행하는 작업증명 방식
• 채택한 코인: 그린코인(GRIN coin)

 

 DPoW, 지연작업증명

DPoW, Delayed Proof of Work

 

• 네트워크 보안을 강화하기 위해 비트코인 블록체인의 해시 파워를 사용하는 작업증명 합의 알고리즘의 수정 버전
• 시스템 장애나 해킹이 발생해도 전체 데이터를 신속하게 복구가능
• 공격자가 해킹을 통해 영구적 손상을 입히려면 비트코인 네트워크 또한 해체하여, 비트코인 블록체인 내에 백업된 모든 스냅샷을 삭제해야함
• 채택한 프로젝트: 코모도(Komodo)가 유일

 

 

 캐스퍼(Casper)

 

• 이더리움의 합의 알고리즘을 작업증명에서 지분증명으로 전환하기 위한 새로운 알고리즘
• 작업증명 방식과 지분증명 방식이 결합한 캐스퍼 FFG(Friendly Finally Gadget)를 도입해 전환을 위한 기반을 다지고, 캐스퍼 CBC(Borrect by Construction) 방식으로 안정화 작업
• 이더리움 네트워크에서의 작업증명 방식을 대체하게 될 지분증명 프로토콜로 이더리움의 보안을 한층 더 강화

 

 프로그작업증명(ProgPoW)

Programmatic Proof-of-Work

 

• 에이식(ASIC) 저항의 GPU 기반 채굴 알고리즘
• GPU 기반의 채굴 알고리즘으로 기존의 ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 기반 채굴을 무력화하기 위해 개발됨
• 이더리움에서 암호화폐 채굴을 위해 제작된 ASIC 기반 채굴을 차단(ASIC채굴기에 저항성을가짐)

 

 

 PoA, 활동증명(Proof of Activity)

 

• 새로운 블록 생성 및 해당 블록의 유효성을 검증하는 활동을 한 노드에게 보상을 지급하는 방식
• 채굴한 블록에는 트랜잭션이 존재하지 않고 오로지 헤더와 채굴자의 보상 주소만 포함
• 헤더의 정보를 기반으로 새 블록에 서명하기 위해 임의의 검증자 그룹 선택
• 검증자가 가지고 있는 코인의 지분이 더 많을수록 선택될 가능성이 커짐
• 선정된 검증자 중 일부가 블록을 생성할 수 있는 시간이 없다면 그다음으로 이긴 블록이 선정되고, 새로운 검증자 그룹이 생성되며 이렇게 정확한 양의 서명을 얻을 때까지 지속
• 새로운 검증자 수수료는 채굴자와 검증자가 적절히 나누어 가짐
• 채택한 코인: 디크레드(Decred)

 

 BPoS, 담보지분증명 (Bonded Proof of Stake)

 

• 담보지분증명 방식은 구현하기 훨씬 어렵고 마스터노드뿐만 아니라 위임지분증명 프로토콜을 활용하는 지분증명 프로토콜보다 훨씬 높은 수준의 보안을 제공
• 연속으로 블록을 자기 차례에서 일정 시간 내에 생성하지 못하면 패널티 부과
• 단순히 노드를 돌려놓고 보상을 받는 개념이 아니라 투표가 진행됐을 때 투표권을 행사하고 네트워크를 관리하는 등 지속적인 관리와 의무를 행해야 보상을 받을 수 있음
• 채택한 코인: 코스모스코인(Cosmos Coin)

 

 

 LPoS, 리스지분증명 (Leased Proof of Stake)

 

• 자신이 소유한 암호화폐를 다른 사람에게 리스(lease)로 임대해 주고 그 대가로 보상을 받는 방식
• 채택한 코인: 웨이브즈(Waves)

 

 

 ABPoS, 시간소각 지분증명 (Age Burnable Proof of Stake)

 

• 시간이 가면서 코인을 소각할 수 있는 방식
• 보유한 코인 수량에 따라 스테이킹하는 트랜잭션과는 독립된 다른 트랜잭션으로 보상 배분
• 트랜잭션의 규모가 클수록 보상을 받을 대까지의 간격은 짧아지지만 보상은 줄어들음
• 채택한 코인: 엑스피체인(XPChain)

 

 

 OPoS, 우로보로스 지분증명 (Ouroboros Proof of Stake)

 

• 그라인딩 공격을 방어하기 위해 코인토싱(coin tossing) 프로토콜을 사용하여 만든 합의 알고리즘
  * 그라인딩 공격(Grinding Attack): 랜덤 변수를 생성하여 슬롯리더(slot leader)를 선출하는 지분증명(PoS) 코인들에 대한 공격
  랜덤 변수 생성 프로토콜인 코인 토싱을 블록체인 노드들의 합의 알고리즘에 도입(블록 생성을 담당할 대표 노드들을 임의로 선정)

 

 

 LPoS, 유동지분증명 (Liquid Proof of Stake)

 

• 암호화폐 소유자 중 랜덤하게 대표자를 선출하고, 이 대표자들끼리 합의하여 의사결정을 내리는 합의 알고리즘

 

 

 PoAS, 익명지분증명 (Proof of Anonymous Stake)

 

• 거래를 다른 사람이 볼 수 없도록 익명으로 만든 사용자가 보상을 받는 방식의 합의 알고리즘
• 한 사용자가 거래를 요청하게 되면, 클로커(Cloaker)들이 등장하여, 이 거래를 추적할 수 없도록 무작위로 여러 참가자를 섞고, 이에 따른 보상을 받음
• 채택한 코인: 클록(Cloak), 스펙터(Spectre)

 

 

 PoSV, 지분속도증명 (Proof of Stake Velocity)

 

• 소유권, 사용자들의 활동 속도(Velocity) 고려
• 채택한 코인: 레드코인(Reddcoin)

 

 

 PoST ,지분시간증명 (Proof of Stake Time)

 

• 시간이 지남에 따라 지분이 증가하는 지분시간 구성요소를 도입하는 합의 알고리즘
• 채택한 코인: 베리코인(Vericoin)

 

 

 PoSW, 지분작업증명 (Proof of Stake and Work)

 

• 작업증명 방식과 지분증명 방식의 장점을 혼합한 하이브리드 방식의 합의 알고리즘
• 활동증명(PoA, Proof of Activity)이라고도 함
• 채굴자는 네트워크에 기여할 수 있는 해시파워를 극대화하기 위해 네트워크의 해시파워 비율에 비례하여 일부 지분을 확보
• 채택한 코인: 디크레드(Decred), 애터니티(Aeternity), 하이퍼캐시(Hypercash), 해피코인(Happycoin), 쿼크체인(QuarkChain) 등