Proof of Stake (지분증명)이란 무엇인가? - Aggelos Kiayias


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Aggelos Kiayias 교수는 IOHK 수석 과학자이며, 에든버러 대학교 사이버 보안 및 프라이버시 학과장입니다. 연구 관심 분야는 컴퓨터 보안과 정보 보호, 특히 블록체인 기술과 분산 시스템에 중점을 둔 암호화의 기초와 응용, 전자 투표, 안전한 다자간 프로토콜을 비롯해 개인정보 보호와 계정 관리 등입니다. 또한 카르다노를 위해 제안된 우로보로스와 지분 증명 알고리즘 개발도 지원했습니다. 우로보로스는 입증할 수 있는 안전성으로, 즉 수학적으로 증명된 보안성을 보장합니다.

최근 동영상을 통해 Kiayias 교수는 지분 증명이 무엇인지, 그리고 작업 증명과 비교하여 어떻게 다른지에 대해 설명합니다.


세틀먼트 레이어 및 합의

  • 우로보로스 프로토콜은 카르다노 블록체인의 핵심입니다.
  • 사용자는 세틀먼트 레이어 (settlement layer) 에서 트랜잭션이 통합되었고 네트워크에서 그 결과를 수락했는지 여부를 확인할 수 있습니다.
  • 세틀먼트 레이어는 암호화폐의 가장 중요한 구성 요소 중 하나입니다.
  • 물론 단일 서버를 가지고 중앙 집중식 서비스로 세틀먼트 레이어를 구현할 수 있습니다.
  • 이러한 시스템이 작동하여 생존성 (생존성이란 트랜잭션이 시스템에 수용됨을 의미)를 제공합니다.
  • 그러나 이 방법은 시스템에 단일 장애점 (single point of failure)을 일으킨다는 중요한 단점도 있습니다.
  • 트랜잭션을 검열하려는 누군가 서버를 해킹하거나 제어할 수 있어서, 시스템을 장악하는 사람이 시스템을 완전히 지배하고, 어떤 트랜잭션이 포함되고 포함되지 않는지 통제하게 됩니다.
  • 따라서 암호화폐에서는 탈중앙화를 의미하는 분산 이 매우 중요합니다.
  • 분산화를 통해 단일 장애점을 해결하기 위해 '신뢰’를 여러 액터들에게 분배하여 동일한 세틀먼트 레이어 서비스를 집합적으로 제공할 수 있습니다.
  • 이는 컴퓨터공학에서 합의 (consensus) 라고 하는 전통적인 문제로 분류될 수 있습니다.
  • 컴퓨터공학 분야에서 합의 문제는 40년 넘게 연구되어 왔습니다.
  • 동일한 결과를 창출하는 공동의 동의에 도달하려고 할 때 당사자들이 직면하는 문제를 나타냅니다.
  • 이 문제에 관한 문헌에서 잘 설명하고 있지만 (비트코인 프로토콜이 나오기 전에) 연구된 모든 해결책이 공통적으로 동일한 결함을 가지고 있습니다.
  • 이러한 결함은, 프로토콜을 실행하는 당사자들이 서로를 알고 신뢰할 수 있는 네이밍 기반구조가 있다고 가정하는 것입니다.
  • 이러한 가정은 컴퓨터공학의 전통 시스템에 대해서는 의미가 있지만, 인터넷이 작동하는 방식과 호환되지 않습니다. 전 세계적으로 사용하고 신뢰할 수 있는 네임 기반구조가 없기 때문입니다.

비트코인 프로토콜 출현

  • 2009년에 비트코인 프로토콜이 나와서, 처음으로 프로토콜을 실행하는 참가자의 기존 명칭을 가정하지 않고 합의 문제를 해결하는 방안에 대해 생각할 수 있게 되었습니다.
  • 이는 프로토콜의 실행이 알려지고, 기본적으로 모든 이해 당사자가 공개되어, 프로토콜 실행의 일부로서 원장의 무결성에 기여하게 되기 때문에 매우 중요합니다.
  • 이러한 방법으로 시스템의 무결성이 극대화되어 교란되기가 지극히 어려운 안전한 결제 레이어를 만들 수 있습니다.
  • 그러나 비트코인 프로토콜도 크게 저하되었는데, 엄청난 에너지가 필요했기 때문입니다.
  • 프로토콜을 운영하기 위해 참가자들은 “작업 증명(proof-of-work)” 이라는 것을 해결해야 합니다.
  • 세틀먼트 레이어 구현에 참여하는 각 서버가 어려운 계산 문제를 해결해야 하며, 그에 따른 에너지가 많이 필요하다는 뜻입니다.
  • 그래서 프로토콜에 바람직한 분산 특성을 많이 제공하지만, 너무 높은 에너지 소모를 요구하는 단점도 따릅니다.
  • 그런 연유로, 초기에 비트코인 커뮤니티에서 에너지 낭비를 없애면서 분산화의 특성을 유지할 수 있는지를 논의했습니다.
  • 이 시기에 많은 사람들이 여러 가지 아이디어를 제안했습니다.

지분 증명

  • 여러 제안 중에서 지분 증명(PoS)이 가장 눈에 띄었으며, 작업 증명이 필요 없고 관련된 에너지 낭비를 없애는 가장 확실한 방법이 되었습니다.
  • 이제 PoS로, 참가자가 프로토콜을 진진시키려고 수행하는 작업은 기존의 리소스를 동원하고 장부에 기록됩니다.
  • 기존 리소스를 동원할 때는 에너지가 소모되지 않습니다.
  • 이에 PoS로 비트코인과 비슷한 유형의 분산화를 이룰 수 있지만, 비트코인이나 다른 PoW 기반 프로토콜에 따르는 에너지 낭비는 실제로 사라졌습니다.
  • 지분 증명 프로토콜은 현재 가용한 모든 최첨단 암호화 도구를 활용할 수 있으며, 분산된 원장 공간에 있는 다른 프로토콜보다 확장성과 참여도를 실제로 높일 수 있는 블록체인 프로토콜을 제공합니다.
  • PoS 프로토콜은 디지털 서명과 공개 키 인증서와 같은 암호화 도구에 기반하기 때문에 암호화 프로토콜을 사용하여 유용한 서비스를 제공하고, PoS 원장의 맨 위에 이러한 프로토콜을 매우 자연스럽게 구축할 수 있습니다.
  • 이러한 방식으로 PoS 원장은 다재다능한 기능을 제공하며 다양한 적용 요건을 충족합니다. 적용 분야로는 전자 투표와 공급망 관리를 비롯해 그 외 많은 고가치 분산 원장 응용 등이 있으며, 이에 국한되지 않습니다.

원문 바로가기 : Summary: What is Proof of Stake? (Aggelos Kiayias)


[뉴스레터] 카르다노 재단 뉴스레터 - 2018년 8월 10일
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상하이 밋업 Cardano and Blockchian 3.0 Era (2018.8. 4)