Orbs

지분 증명(PoS)이란?

오브(Orbs)는 기존의 합의 기반 지문 증명에 더해 중대한 철학적 및 기술적 개선점을 적용합니다. 하지만 그에 앞서, 지분 증명이란 무엇일까요? 또 위임 지분 증명(DPoS)이란 무엇일까요? 그리고 오브의 개발진이 새로이 설계한 무작위 지분 증명은 무엇일까요? 이러한 지분 증명의 유형에 대해 짧게나마 자세한 설명을 하고자 합니다.

지분 증명과 작업 증명 비교

지분 증명은 작업 증명과는 대조적으로 블록을 검증하기 위한 자격을 얻기 위해  노드가 특정 양의 토큰 (지분)을 보유하고 있어야 합니다. 기본적인 지분 증명 시스템에서는 채굴자가 특정 암호화폐/토큰 (비트코인, 이더리움, 알트코인 등)을 많이 보유하고 있을수록 블록 채굴에 선택될 확률이 커집니다. 그리고 이에 따라 해당 채굴자는 시스템 내에서 더 큰 힘을 가지게 됩니다.

작업 증명의 주요 이점은 참가자가 많을수록 네트워크의 보안이 향상되고 공개된 참가자 그룹의 합의 하에 지속적인 상태를 유지할 수 있다는 것입니다. 비트코인 사용자는 이를 활용하여 P2P 화폐를 도입합니다. 이 대안과 다른 대안들의 주된 차이점은 신뢰에 있습니다. 사용자가 비트코인을 다룰 때는 그 누구도 신뢰할 필요가 없습니다. 해당 시스템은 단일 장애점(SPOF)과 같은 요소에 의존하지 않습니다.

하지만 비트코인은 에너지 면에서 비효율적입니다. 비트코인 네트워크는 초당 약 3500만 테라해시 연산능력을 가지고 있습니다. 이에 따른 연간 에너지 소비량은 70테라와트시에 달하며, 이는 체코 공화국의 전체 에너지 소비량과 맞먹는 수준입니다.

지분 증명은 이처럼 지속적인 연산의 필요를 없애고, 시스템 내에서 노드가 지분 (자격에 맞는 양의 암호화폐/토큰)을 보유하게 함으로써 노드 (블록 검증자) 에 대한 신뢰를 구축합니다. 이를 통해 에너지 소비량이 절감되며, 연산처리의 속도가 증가합니다. 연산 속도가 증가한다는 것은  규모 확장에 용이하다는 것을 의미합니다. 복잡한 구성의 채굴 농장을 제거 또는 축소시킴으로써 해당 농장의 운영에 동반되는 중앙화의 위험도 제거할 수 있습니다.

진보하는 지분 증명 ‘채굴’

채굴과 단조의 비교. 이는 작업 증명과 지분 증명 사이의 중요한 대비 지점입니다. 많은 이들은 지분 증명 채굴을 새로운 코인을 ‘단조(forging)’하는 것으로 빗대어 표현하며, ‘민팅(minting)’으로 표현하기도 합니다. 코인 또는 블록의 생산자를 ‘단조자’로 표현하는 프로젝트는 지분 증명 위주의 프로젝트일 가능성이 높습니다.

각각의 플랫폼은 서로 다른 접근법을 활용하여 새로운 코인을 누가 어떻게 단조할 것인지를 결정합니다. 기본적인 지분 증명에서는 네트워크의 모든 구성원이 블록을 구성하는데 동참하며, 수수료를 분할합니다.

이더리움이 작업 증명에서 지분 증명으로 옮겨가는 이유

이더리움의 창시자인 비탈릭 부테린은 지분 증명에 대해 ‘작업 증명 채굴보다 훨씬 뛰어난 효율성을 갖춘 대안 증명 방식’이라고 언급한 바 있습니다. 기존의 작업 증명은 1) 에너지 절약 2) 낮은 확장성 3) 채굴자가 요구하는 높은  수수료 4) 작은 규모의 채굴자들을 연산력에서 압도하는 거대 ASIC 채굴자 등의 특성을 가지고 있습니다. 특히 마지막 4번의 경우 채굴풀의 독과점에 대한 위험성이 있습니다. 자금 지원력이 뛰어나고 값비싼 채굴 인프라스트럭처을 사용하여 협력하는 채굴자 그룹에 의해 이러한 현상이 생길 수 있으며, 분산화 네트워크를 거의 지배하는 식으로 갈 가능성이 있습니다.

이더리움은 완전한 작업 증명 체계에서 완전한 지분 증명 체계로 전환하기 위해 두 가지 방식을 한 데 통합하는 캐스퍼 프로토콜(Casper protocol)을 개발하였습니다. 이더리움은 2018년 가을에 캐스퍼의 1차 버전인 캐스퍼 FFG를 출시할 계획을 세우고 있습니다. 하지만 그 전에 네트워크를 포크하는 것이 필요할 것입니다. 또한 약속된 확장성을 확보하기 위해서는 네트워크에 추가적인 업데이트가 이루어져야 할 것이며, 이 작업은 아무리 빨라도 2023년까지는 기다려야 할 것입니다.

이더리움을 넘어서서: 지분 증명 코인 목록

지분 증명을 최초로 도입한 암호화폐는 피어코인(PPCoin)입니다. 그 후 앤엑스티( Nxt), 블랙코인(BlackCoin), 쿼라(Qora), 누쉐어(NuShares), 나브코인(Nav Coin), 쉐도우캐시(ShadowCash) 등의 암호화폐가 이 행렬에 합류했습니다. 이더리움은 네트워크의 높은 거래량을 처리하기 위해 장기적 관점에서 지분 증명으로 전환할 것임을 공개적으로 밝혔습니다. 카르다노(Cardano)는 우로보로스(Ouroboros) 프로토콜을 통해 지분 증명에 대한 작업을 진행 중에 있습니다. 메타해시는 코인을 50대 40대 10으로 나누는 방식을 채택하고 있습니다. 이 방식을 통해 코인의 50퍼센트는 코인의 소유주에게, 40퍼센트는 네트워크 서버의 소유주에게, 그리고 나머지 10퍼센트는 활동적인 지갑 소유주에게 돌아가게 됩니다. 앤액스티의 경우 최소 1000개의 앤엑스티를 갖기 위해서는 단조자를 필요로 합니다. 잔고가 높을수록 확인에 소요되는 시간은 줄어듭니다. 하지만 이러한 접근법들은 비효율적입니다. 이오스(EOS)는 ‘위임 지분 증명’이라는 방식을 활용하고 있습니다.

기존 지분 증명의 단점

작업 증명의 단점은 지분 증명의 도입만으로는 극복할 수 없습니다. 금융 자산을 기반으로 한 시스템에서는 원천적으로 가장 큰 규모의 지갑을 가진 자가 유리한 고지를 차지합니다. 이와 같은 시스템의 내재적 특성은 규모가 작은 참가자에게 불리하게 작용합니다.

또한 지분 증명 네트워크는  “51% 공격”이라는 현상에 취약점을 가지게 됩니다. 만약 한 사람 또는 단일 연합체가 특정 토큰의 대부분을 통제한다면 네트워크는 탈중앙화의 특성을 완전히 잃게 됩니다.

거버넌스와 블록 형성은 보통 하나의 기관이 통제합니다. 이와 같은 내재적인 취약점은 보다 진화된 형태의 지분 증명 철학에 대한 필요성을 촉발했습니다.

위임 지분 증명(DPoS)

위임 지분 증명에서는 블록을 단조하고 시스템을 운영할 수 있는 능력이 각 개체에게 할당됩니다. 사용자는 ‘증인(witnesses)’을 선출하여 블록을 생성하게 하고, 가장 많이 선택된 증인은 엘리트 블록 단조자 위원회에 속하게 됩니다. 또한 선택 그룹이 투표를 받고 선출되어 시스템을 운영하고 규칙 변경을 제안하게 됩니다. 해당 그룹은 ‘위임자’로 구성됩니다.

위임 지분 증명 시스템의 예로 리스크(Lisk), 스팀(Steem), 비트쉐어(bitShares), 아크(Ark.io)를 들 수 있습니다. 트론(Tron)은 2018년 8월에 일반 지분 증명에서 위임 지분 증명으로 옮겨갈 것임을 공표하였습니다. 하지만 가장 유명한 위임 지분 증명 도입 암호화폐는 이오스입니다.

이오스의 한계는 탈중앙화와 보안에 있습니다. 이오스 시스템에서 자격을 갖춘 단조자는 랭킹이 매겨집니다. 평판을 기준으로 랭킹이 매겨지고 나면, 가장 윗선의 21명은 정해진 시간에 새로운 블록을 만드는 위원회에 자리를 얻게 됩니다. 그리고 21명 중 한 명이 블록의 리더가 됩니다.

이러한 방식은 네트워크의 전체적인 참여자 수가 너무 적기 때문에 내재적으로 이오스의 탈중앙화 특성을 제한합니다. 또한 비트코인이나 이더리움에 존재하는 노드가 부재하기 때문에 네트워크의 보안을 취약하게 하고 노드가 공격에 훨씬 쉽게 노출되게 됩니다.

새로운 기준: 무작위 지분 증명(RPoS)이란?

rPoS

지분에 대한 오브의 접근법은 광범위하며, 다음과 같은 세 가지 긍정적인 요소를 평가합니다.

  1. 지분
  2. 평판
  3. 규정 준수 수준

여기에서 지분이란 단어는 ‘최소 스테이킹 예치금(minimum staking deposit)’이라는 엄격한 정의를 따릅니다. 평판은 다른 노드들에 따른 노드의 신뢰성을 기반으로 하는데, 이는 네트워크의 다른 구성원들이 해당 노드에 대한 신뢰성을 보증한다는 뜻입니다. 그리고 규정 준수 수준은 노드의 행동을 추적하여 필요한 업데이트가 이루어지고 있는지, 공정한 정책을 유지하고 있는지 등을 파악합니다.

오브는 거래를 승인함에 있어 단순히 한 명의 블록 리더가 아닌 위원회 전체를 채택하는 방식을 활용합니다. 또한 총 예금 액수나 오브 토큰 보유량보다는 평판 점수를 통해 누가 위원회에 참여할 자격이 있는지를 판단합니다. 평판 점수는 제 시간에 거래를 처리할 수 있는지, 또는 주어진 노드가 다른 행동 강령을 위반하는지 등에 대한 신뢰성에 따라 변동될 수 있습니다.

노드는 검증 가능한 ‘무작위화 비콘’을 활용하여 무작위로 선택되고, 블록을 제안하게 됩니다. 제안된 블록은 무작위로 선택된 위원회에 의해 검증되는데, 여기서 위원회의 총 구성원 수는 미리 설정할 수 있습니다. 오브는 네트워크 상 분산화 앱의 위원회가 적어도 22개의 노드를 보유할 것을 권장합니다.

오브는 네트워크 상의1000개가 넘는 노드 전체가 언제 어느 때나 블록 검증 작업에 참여할 수 있도록 함으로써 오브나 이더리움처럼 규모가 큰 네트워크가 기본적으로 갖춘 보안성을 유지합니다. 또한 이오스처럼 에너지를 효율 있게 사용하고 적은 수의 노드로도 빠른 네트워크 처리 속도를 유지합니다.

정리: 지분 증명, 위임 지분 증명, 무작위 지분 증명

기본적인 지분 증명 프레임워크에서는 단일 노드/단조자가 선택되어 새로운 블록을 생성합니다. 위임 지분 증명에서는 사용자가 ‘증인’을 투표로 선출하고, 순위가 높은 증인은 블록 생성에 대한 보상을 받게 됩니다. 무작위 지분 증명에서는 네트워크 상의 모든 노드 중에서 위원회가 무작위 방식으로 선정됩니다. 위임 지분 증명은 일반 지분 증명보다 속도와 효율성 면에서 앞서지만, 위원회를 구성할 잠재적인 노드 풀의 규모가 더 크기 때문에 보안성과 탈중앙화 특성을 잃는 문제가 따르게 됩니다.