넥스트 블록체인

HCASH 새로운 에코시스템에 관한 10가지 이야기 (3):
HCASH의 PoW+PoS 혼합 합의 메커니즘
작성자Tina창하오(常浩) / 감수자: JacobGary

HCASH의 기술 백서 발간은 커뮤니티에서 뜨거운 관심과 논쟁을 불러일으켰다크로스체인양자 저항프라이버시 보호스마트 컨트렉트 등 기술혁신에 대한 관심이 커진 반면 PoW+PoS 혼합 합의 메커니즘에 대한 논의는 상대적으로 적은 편이다사실상 블록체인 분야에서 합의는 매우 중요한 문제이다합의는 블록체인의 핵심이자 커뮤니티가 안전하고 안정적으로 건전한 발전을 지속할 수 있는지를 결정하는 요인이다현실적으로 봤을 때 비트코인과 이더리움 포크가 초래한 커뮤니티 분열은 합의 메커니즘에서 근본적인 이유를 찾을 수 있다최근 새롭게 등장한 일부 블록체인 프로젝트 역시 합의의 혁신과 관련해 이슈를 일으키는데 효과적일 때가 많다 (합의를 혁신하여 인정을 받은 프로젝트는 보통 시가가 빠른 상승세를 보이게 된다).

따라서 이론적으로나 현실적으로나 블록체인 프로젝트에 있어서 합의 메커니즘은 대단히 중요하다HCASH는 왜 PoW+PoS 혼합 합의를 채택하는가구체적으로 어떻게 구현되는가? PoW+PoS 혼합 합의 메커니즘의 이점과 의의는 무엇일까이에 대해 분석과 논의를 해보고자 한다.

(참고본문에서 언급한 PoW+PoS 혼합 합의에 관한 분석은 기술 백서를 기반으로 이루어지며 합의 측면에서만 분석한다. PoW+PoS의 수익문제는 포함되지 않으며 투자 참고사항으로도 삼지 않는다)
 

합의의 어려움

기술 백서에서 서술한 바와 같이 블록체인 세계에서 커뮤니티가 합의에 이르는 것은 대단히 어려운 문제다대다수의 블록체인 커뮤니티가 사용하는 단일 의사결정 합의로는 신기술의 빠른 세대교체에 대응하기 힘들다이해관계자 간의 견해 차이를 좁히면서 블록체인의 핵심가치를 보존하는 것은 매우 어렵다즉 온전한 분산화가 어려운 것이다

이해하기 쉽다PoW 방식으로는 채굴자와 개발자의 이익이 모두 충족되기 어렵다심지어 이해관계가 충돌할 때도 있다따라서 커뮤니티 의사결정과 기술 업데이트의 효율성을 저해할 수 밖에 없다비트코인 확대 문제를 놓고 벌어진 이견만 봐도 이 같은 사실을 알 수 있다또한 많은 블록체인 커뮤니티에서 채굴자는 소수에 불과하다대다수는 코인 보유자이기 때문에 커뮤니티 발전에 큰 영향을 미친다이들의 이익을 어떻게 충족시키는지는 커뮤니티의 건전한 발전 가능성과 직결된다.

블록체인 발전 초기에는 PoW메커니즘이 큰 매력과 이점을 보였다보상이라는 수단을 통해 비잔티움 문제를 혁신적으로 해결했으며 완전한 탈중앙화된 방식과 뛰어난 보안성으로 사람들에게 보다 자유롭고 민주적이고 공평한 세상을 그려주었다그렇기 때문에 초기 블록체인 옹호자들은 PoS 메커니즘을 배척했다PoW만이 진정한 블록체인이라 여긴 것이다합의는 사람이 아닌 기계(코드)가 해야하며 PoS방식은 공평성을 저해한다고 여겼다이렇게 생각하는 사람은 아직도 많다.

그러나 PoW의 단점도 분명하다적은 처리량채굴자의 권리 주장 및 이기심으로 인한 높은 수수료(사람들이 흔히 말하는 공유지의 비극에너지의 낭비 등이 그 예이다이러한 단점은 블록체인의 응용을 저해한다또한 고성능 마이닝 머신과 대형 마이닝 풀이 생기면서 PoW의 자랑거리였던 공평성과 보안성에도 의혹이 생기기 시작했다작은 노드는 전문 마이닝 머신과 경쟁을 펼치기 어려우며 마이닝에 참여조차 힘들게 되었다대형 마이닝 풀로 인해 컴퓨팅 파워가 집중되면서 이론적으로 51%의 공격이 발생할 가능성도 있다.

사람들은 PoS메커니즘을 통해 PoW의 에너지 낭비 문제를 해결하자고 제기했으나 PoS의 단점도 명확하다. ‘권리가 소수에만 집중되어 공평성을 저해한다라는 의문이 대표적인 예이다또한 PoS 메커니즘은 실질적인 투입이 없기 때문에 보안성 측면에서 PoW보다 못하다

다른 합의 메커니즘도 있지만 모두 본질적으로 경제적 수단을 활용해 네트워크 상의 파괴자를 제제하는 것이라 볼 수 있다따라서 근본적으로 PoW나 PoS가 마주한 문제점을 해결하지 못한다완벽한 합의 메커니즘은 없다그러므로 몇 가지 합의 메커니즘을 혼합·활용하여 단점을 보완하고 장점을 발휘할 방법을 모색하기 시작했다
 

HCASH의 선택

블록체인 분야에서 합의는 흔히 속임수로 여겨진다많은 프로젝트가 새로운 합의를 만들어 창의성을 드러내려 했으나 심층적인 분석을 해보면 이러한 합의 메커니즘은 PoW 또는 PoS을 기반으로 이루어지며 처리량이 많은 합의 메커니즘은 탈중앙화의 일부 희생을 대가로 삼는다(, DpoS)는 사실을 알 수 있다
HCASH의 듀얼 허브 중 하나인HyperCash(이하,’HC’) 메인체인은 새로운 합의를 만들지 않고 DCR의 PoW+PoS 혼합 합의 메커니즘을 참고하고 활용한다이러한 혼합 메커니즘이 HCASH 비전의 핵심이념과 일치했기 때문이다. HCASH의 초기 백서를 보면 HCASH는 줄곧 보다 포용적이고 공평하고 민주적인 새로운 블록체인 세상을 만들고자 시도한 사실을 알 수 있다PoW+PoS의 혼합 메커니즘을 기반으로 채굴자와 코인 보유자는 모두 투표를 하고 HCASH 커뮤니티의 중대한 의사결정에 참여하며 미리 설정한 업데이트에 영향을 미칠 수 있다이러한 의사결정이나 업데이트가 많은 인정을 받게 되면 개발자가 개입하지 않아도 체인은 자동으로 업데이트 될 수 있다이는 HCASH의 비전과 이념에 부합한다또는 블록체인의 특성(탈중앙화더 민주적이고 더 공평한)에 대한 HCASH 팀의 신념으로 이해할 수도 있다
 

PoW+PoS혼합 합의 메커니즘의 이점

보다 공평하고 민주적이며 커뮤니티의 더 많은 참여가 가능한 것 외에 PoW+PoS의 합의 메커니즘의 가장 큰 이점은 보안성이다따라서 지속성과 장기적 가치가 더욱 크다.

보안성에 대해 사람들은 문제가 발생하지 않았을 때 그 중요성을 모르지만 문제가 발생하면 보안성을 제외한 나머지 문제는 모두 의미가 없다는 걸 깨닫는다특히 올해 들어 디지털화폐가 몇 차례 공격을 받았다이중 지불 공격이 있을 때마다 시장은 크게 요동쳤다보안성은 디지털화폐와 블록체인 기술에 대한 사람들의 신뢰를 좌지우지하기 때문이다따라서 하나의 우수한 블록체인 프로젝트는 반드시 보안 문제를 우선순위에 두어야 한다

PoW+PoS 혼합 메커니즘이 더욱 안전하다고 하는 이유는 무엇일까? DCR은 이미 이 점을 계산하여 증명했다. PoW+PoS 혼합 메커니즘에서 이중 지불 공격을 시행하면 PoW 메커니즘에서 시행한 공격의 25배에 달하는 대가를 치뤄야 한다.

구체적인 예시는 다음과 같다:
2017  11  1 일 비트코인 전체 네트워크의 컴퓨팅 파워가 총 10,833,159 TH/S이라고 가정할 때성공적으로 비트코인을 공격하고 싶다면 51%의 컴퓨팅 파워 5,524,911 TH/S가 필요하다그렇다면 51%의 컴퓨팅 파워 공격은 어떻게 이루어지는지 추산해보겠다.

1단계: ASIC 마이닝 머신 컴퓨팅 파워를 추산한다비트코인 채굴기 앤트마이너 S9’를 참고로 계산하면 컴퓨팅 파워14 TH/S, 판매가는 1415달러/이다.

2단계: 51% 컴퓨팅 파워에 필요한 마이닝 머신을 계산해보면 앤트마이너 394,637대가 필요하다. S9 *1415달러 = 558,411,355달러 5.58억 달러(2단계는 부자들만 할 수 있다)이다.

3단계모든 마이닝 머신을 네트워크에 연결하여 공격을 시도한다

Decred PoW(작업증명) PoS(지분증명)이라는 혼합 합의 메커니즘을 활용할 때 51%의 컴퓨팅 파워 공격을 하는데 드는 비용은 얼마일까?

우선 Decred PoW (작업증명)+PoS(지분증명) 혼합 합의 메커니즘에서공격자는 최소 29%의 PoW 컴퓨팅 파워+33%의 PoS 지분이 있어야 51% 컴퓨팅 파워 공격을 할 수 있다구체적인 테스트 절차는 다음과 같다.

1단계29% PoW 컴퓨팅 파워 비용을 계산한다. 계산 결과 224,402대의 앤트마이너 317,528,830달러(약 3.17억 달러)가 필요하다.

2단계33% PoS지분 비용을 계산한다계산 결과 1,814,360코인12,228,786,400달러(약 122.28억 달러)가 필요하다.

3단계: PoW 컴퓨팅 파워와 PoS 투표권을 기반으로 공격을 시행한다총 비용은 약 125.45억 달러이다

상기 예시를 통해 알 수 있듯이 PoW+PoS 혼합 합의 메커니즘은 단순히 PoW 합의를 사용하는 것보다 더욱 안전하다비용 측면에서 PoW(작업증명)과 PoS(지분증명혼합 합의 메커니즘을 공격하는 비용은 PoW 합의의 25배에 달한다

합의 메커니즘은 주로 상대적으로 이상적인 환경(예를 들어 대량의 노드가 연결이 되어있는)을 기반으로 설계된다그러나 실제 환경은 다르다예를 들어 체인 초기에 채굴자가 적거나불황일 때 코인가격이 하락하면서 채굴 노드가 감소하거나등의 상황이 발생할 수도 있다네트워크의 안전성을 위협한다PoW+PoS 혼합 합의는 PoW메커니즘의 이점을 유지하면서 보다 많은 PoS 노드가 연결 상태를 유지하도록 장려한다이로써 네트워크 토폴로지를 최적화하고 나아가 네트워크의 보안성을 강화할 수 있다이러한 혼합 합의 메커니즘으로 많은 극단적인 상황들에 대응할 수 있다
 

HCASH PoW+PoS 혼합 합의 메커니즘의 구현

PoW+PoS 혼합 메커니즘은 HCASH가 처음 개발한 것이 아니며 이미 많은 프로젝트에서 이 합의를 사용한다PoW+PoS은 단순한 혼합이 아니라 매우 복잡한 알고리즘과 커뮤니티 거버넌스 로직을 기반으로 이루어진다응용면에서 보면 알고리즘에 대한 각 팀의 이해의 차이를 알 수 있다

예를 들어 UnitedBitcoinUBTC, 유나이티드 비트코인)이 PoW+PoS 혼합 메커니즘을 구현할 때는 두 가지 방식 모두 블록생성에 참여하고 경쟁하는 로직을 따른다. 구체적으로 말하자면 고정된 순서 없이 임의로 채굴할 수 있다평균50%의 블록은 PoS를 기반으로 채굴되고, 50%은 PoW에 의해 채굴된다하나의 블록 뒤에 오는 후속 블록을 하나의 임의 방법으로 채굴이 가능하다.

HCASH은 DCR의 기본 로직을 따르며(물론 실제상황에 맞게 자체적으로 개조한다고도로 혼합되어 있다간단하게 말하자면 PoW채굴자가 해시값을 계산하고 PoS채굴자가 해당 블록의 합법성을 결정한다이 둘은 상호 제약한다이렇게 고도로 혼합된 합의 메커니즘은 네트워크의 보안을 보장하고 커뮤니티의 참여도를 증진하는 데에 매우 유익하다. 

기술 백서 내용에 따르면 PoS 투표에 참여하기 위해서는 코인으로 투표권을 구매해야 한다투표권을 구매하고 마이닝에 참여하는 과정에서 투표권 구매에 사용된 코인은 잠금상태를 유지한다본 과정에 대한 기술 백서 내용에 따르면, 28일 내에 선택될 확률은 50%, 142일 내에 선택될 확률은 99.5%, 만약 142일동안 선택되지 못하면 투표 비용은 환불처리 된다.

이로써 우리는 추측해볼 수 있다. HCASH의 목적 역시 PoS를 통해 중소 투자자들이 프로젝트의 중장기적 발전을 보게끔 하는 것이다. PoS는 중소 커뮤니티의 참여도를 향상시키며 코인의 거래소 거래보다는 월렛에 두어 PoS를 하게 한다보다 안정적이고 건전한 HCASH 에코 시스템을 구축한다사람들은 단기적인 가격변동이 아닌 HCASH기술 응용에 더욱 집중할 것이다. PoW 메커니즘 역시 코인 가격의 안정성을 뒷받침한다채굴자들은 원가보다 낮은 가격에 코인을 판매하지 않기 때문이다

물론PoW+PoS 혼합 합의 메커니즘도 단점이 있다. PoW를 확대할 수는 있지만 처리량이 낮은 문제를 본질적으로 해결할 수는 없다그러나 HCASH는 교묘하게 듀얼 체인듀얼 코인 메커니즘을 설계하여 처리량을 향상시키는 솔루션을 또 다른 메인체인 HyperExchange에서 완성했다이로써 HC메인체인이 보다 안전하고 자율적인 환경에서 베이스 체인 기술의 연구개발과 세대교체에 주력할 수 있도록 한 것이다이러한 설계는 HCASH팀이 기술발전에 주력하고 프로젝트에 대해 장기적인 안목을 가지고 있다는 점을 충분히 시사하며 현 커뮤니티의 안정성을 유지하고 회원들의 이익을 충분히 충족시킬 수 있다.

DCR은 처음으로 PoW+PoS 혼합 합의 메커니즘을 활용하여 큰 성과를 거두었다우리는 HCASH가 이러한 메커니즘을 지속하고 확대하여 커뮤니티를 보다 안전하고 안정적으로 유지하며 지속적인 발전을 가능케 하기를 기대한다더불어 PoW+PoS 혼합 합의 메커니즘의 우수성을 재차 증명하여 업계 내에서 보다 많은 인정을 받아 DCR 커뮤니티에 보답할 수 있기를 기대한다.



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