비트코인의 채굴과 보상, 그리고 한계점 정리

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 이전 글 : https://syff.tistory.com/12 (비트코인 개념 소개)

 이전에 비트코인은 블록체인 기반이며 블록체인은 참가하는 사용자들에 의해 운영된다고 했습니다. 즉, 사용자들이 직접 블록체인에 노력과 시간을 들여 참가하여야만 작동이 가능하다는 의미입니다. 그러나 보상이 없다면 그 누가 시간과 노력을 들이고 싶어할까요? 그렇기 때문에 비트코인은 참여자들에게 보상을 주기 위한 체계가 존재합니다. 이번 글에서는 간단하게 보상을 얻는 채굴(mining)이라는 것과 보상 내용, 그리고 이로부터 유추해 볼 수 있는 한계점을 정리해 보겠습니다.

 

 비트코인(그리고 다른 많은 암호화폐들)에서 채굴(mining)이란 다음과 같습니다.

• 블록체인에 추가될 블록을 추가하는 것
• 그런 블록을 추가하고 연결함으로써 새로운 비트코인이 생성되는 과정

 그리고 이런 채굴을 하는 사람들은 채굴자(miner)라고 부릅니다. 즉 채굴자(miner)들이 비트코인 채굴(mining)을 함으로써 비트코인 블록체인의 블록을 만들고 기존의 체인에 추가하고 연결함으로써 비트코인이 동작하는 것이라 알 수 있습니다.

 채굴 과정은 아래와 같습니다.

1. 비트코인 거래 내역들이 담긴 정보들이 하나의 블록 안에 정해진 양만큼 쌓입니다.
2. 그런 블록을 연결시키기 위해 채굴자들은 자신들의 컴퓨팅 파워를 이용하여 채굴 문제를 풉니다. 채굴 문제는 일종의 숫자 맞추기와 같은 수학 퍼즐 문제로써, 문제의 난이도와 같은 특정 목표값이 설정되면 임의의 숫자들을 의미하는 논스(nonce)란 값들을 해시 함수(hash function)에 대입해 나온 결과를 목표값과 비교해 봅니다. 간단히 말하면 1, 2, 3, 4...와 같은 숫자들을 특정 값에 비교해서 조건에 맞는지 비교하는 문제입니다. 숫자 길이를 늘이면 가짓수가 늘어나 문제 난이도는 더 어려워지는 식입니다.
3. 자기가 고른 논스 값의 해시 함숫값이 목표값과 비교하여 작으면 채굴에 성공하고 그렇지 않으면 다른 논스값을 다시 해시 함수에 넣어 작은지 안 작은지 시도해 봅니다.
4. 먼저 채굴에 성공한 사람이 블록을 추가하고 그 보상으로 정해진 수량의 비트코인(채굴 보상)을 받습니다.

 이때 채굴이 성공되는 주기, 즉 블록이 새로 만들어져 추가되는 주기는 난이도 조절을 통해 비트코인 기준 10분마다 이루어지도록 하고 있습니다. 참고로 이더리움은 15초, 리플은 3.5초마다 한개씩 블록이 만들어지도록 하고 있습니다. 물론 참여자들은 변동적이므로 컴퓨팅 파워에 따라 10분이 더 걸리거나 덜 걸릴수도 있습니다. 그러나 난이도 조절을 하는 시스템 덕분에 평균적으로는 블록당 10분 정도의 안정적인 난이도를 가지고 있습니다.

 그러나 비트코인의 가치가 엄청나게 오르면서 채굴자 간 경쟁은 심해졌고, 그 결과 채굴 난이도는 일반인들이 각자의 컴퓨터로는 도저히 할 수 없을 만큼 비약적으로 오르게 되었습니다.

보통은 비트코인의 가격이 오르면 채굴자들도 많이 몰려서 난이도도 그에 비슷하게 조정되는 편입니다.

 이런 방식을 작업증명(PoW; Proof of Work) 방식이라고 하며 비트코인 뿐만 아니라 사실 몇몇 암호화폐들도 사용하는 인기있는 방식입니다. 무엇보다 참여자들의 노력이 들어가니 어느정도 가치를 인정받고, 블록체인을 공격하는게 어려워집니다. 블록을 변조할려면 뒤의 모든 블록을 다 바꾸어 연결해야 하는데 하나하나 바꿀 때마다 이런 숫자계산을 해야 하기 때문(!)입니다. 작업증명 방식은 자세히 살펴보면 복잡하고 방대하지만, 일단은 간략하게 여기까지만 해보겠습니다. (추후 기회가 되면 자세히...)

 비트코인의 총 발행 수량은 21,000,000개로, 비트코인이 만들어지고 나서는 매 블록당 50BTC만큼이 보상으로 주어졌습니다. 현재 많이 가격이 내려가 1개당 2,500만원 하는 비트코인 기준으로 계산해도 12억원이 넘는 보상입니다. 그러나 총 발행량은 정해져 있기에, 블록이 21만개가 만들어질 때마다 이 보상은 1/2로 감소하게 됩니다. 

 이를 반감기라고 하고, 주기는 대략 4년입니다. 그때마다 보상은 50BTC, 25BTC, 12.5BTC.. 처럼 줄다가 결국에는 0BTC(없음)까지 내려가게 됩니다. 현재는 블록당 6.25BTC가 보상으로 주어지는데, 향후 이는 점점 반씩 쪼개 줄다가 2140년에는 채굴을 통한 보상이 아예 없어지게 됩니다.

비트코인 반감기 그래프

 

  그러면 2140년 이후에는 이런 채굴 보상이 없으니 채굴자들은 짐을 싸서 다른 데로 가버릴까요? 아마 아닐겁니다. 이 상황을 대비하여 비트코인에는 두 번째 보상인 이체 수수료(transfer fee) 보상이 있습니다. 비트코인을 거래할 때 거래 특유의 방식을 사용하여 거래자들은 특정 수수료를 채굴자들에게 지불하고, 블록을 연결(결제를 완료)할 수 있습니다.

 당연히 채굴자들은 보상이 더 큰, 즉 이체 수수료가 더 큰 블록을 먼저 채굴할려고 할테니 이체 수수료를 더 지불하면 그만큼 더 블록에 먼저 추가(결제가 더 먼저)될 가능성이 높습니다. 

 

 이런 비트코인 역시 단점이 존재합니다.

• 실시간성이 낮아 지연(latency)이 발생합니다.
  • 채굴을 하고 블록이 연결되는, 즉 블록의 생성 주기가 대략 10분이 되는데 블록에 추가되어 블록체인에 등록되어야 거래가 완료되므로 거래가 대략 10분 또는 그 이상이 걸리며, 지불하는 거래 수수료(transfer fee)에 따라 더 많이 걸릴 수도 있습니다.
  • 극단적인 예시로, 거래 수수료를 매우 낮게 책정하면 어쩌면 며칠이고 거래가 이루어지지 않을 수도 있습니다.
• 미흡한 확장성(scalability)
  • 현재 설계상, 비트코인은 고작 7TPS(transactions per seconds) 정도만 지원합니다. 다시 말해 전세계에서 비트코인 거래를 1초에 7번정도밖에 성사시키지 못합니다.
  • VISA가 보통 4,000TPS 인걸 감안하면 아주 아주 성능이 좋지 않다고 할 수 있습니다.
• 채굴 과정에서 컴퓨팅 파워를 써야 하고, 그로 인해 컴퓨터의 전기 사용량이 늘어납니다.
  • 더 많은 컴퓨팅 파워는 더 높은 채굴 성공 가능성을 의미하는데, 이를 노리고 채굴자간 경쟁이 심화되면 너도나도 컴퓨터 장치(그래픽카드, CPU 등)을 사들이기 때문입니다.
  • 미흡한 거래 처리 능력에도 불구하고, 한 연구에 따르면 비트코인 채굴로 인해 소모되는 전기양이 연간 121.3 테라와트시(2021년 기준)로, 아르헨티나 사용량에 육박한다고 합니다.
  • 여담이지만, 사실 이는 비트코인 뿐만 아니라 PoW(Proof of Work) 모두의 문제입니다. 이런 문제를 해결하기 위한 대안으로 PoS(Proof of Stake)란 방식도 있습니다.
• 제한된 smart contract 지원
  • 블록체인이 가지는 다양한 장점에도 불구하고, 비트코인(1세대 블록체인) 자체는 결제에 집중하는 편이라서 매우 간단한 계약이 아니라 더 복잡하고 자세한 내용의 계약은 채결이 불가능합니다.
  • 비트코인의 혁신성에도 불구하고 블록체인이 산업 전반에 확장되기 어려운 이유이기도 함.

 이런 문제로 인해 비트코인 뿐만 아니라 현재는 여러 방면에서 각자의 방식대로 문제점들을 개선한 이더리움(Ethereum), 리플(Ripple), 트론(Tron), 라이트코인(Litecoin) 등이 등장하게 되었습니다.

 물론 치명적인 단점도 이렇게 많고 현재는 다른 암호화폐들도 굉장이 많지만, 그럼에도 암호화폐의 역사를 시작하고 블록체인의 대표적인 활용 사례로써 비트코인이 가지는 그 의미는 매우 중대하다고 할 수 있습니다.

 

 비트코인의 채굴, 보상 그리고 한계점에 대한 개념은 여기까지입니다.