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비트코인과 블록체인(Bitcoin & Blockchain)

비트코인과 블록체인(Bitcoin & Blockchain)¶

1절. 비트코인

2절. 트랜잭션(Transactions)

3절. 블록체인과 채굴(BlockChain & Mining)

1절. 비트코인¶

비트코인(Bitcoin) ?¶

사토시 나카모토(Satoshi Nakamoto)에 의해 발명된 암호화폐(cryptocurrency)
사토시 나카모토에 대한 정보는 존재하지 않음
실존 인물인지도 모호함

비트코인의 특징¶

분산화(비중앙화)¶

중앙 기관이나 은행 필요 X
Peer-to-Peer(P2P) 기술 이용

프라이버시¶

수도니머스(Pseudonymous)
어나니머스(Ananymous)의 반대어로, 가명 시스템을 의미
가명을 사용하기에 자금은 실제 세계의 개체가 아닌 비트코인 주소로 알려짐
계좌 번호가 생성한 사람의 정보를 알려주진 않음
하지만 해당 계좌의 비트코인 수에 대한 정보는 제공

2절. 트랜잭션(Transactions)¶

비트코인 시스템¶

지갑 : 사용자들의 키 포함
거래 : 네트워크를 통해 전파
채굴자 : 경쟁적인 계산을 통해 합의 블록체인을 생성
합의 블록체인 : 모든 거래의 권위 있는 원장 역할

디지털 서명과 비트코인 주소(Digital Signature and Bitcoin Address)¶

DSBA

비트코인 키¶

공개 키 암호화 사용
비트코인에 대한 접근을 제어하는 키 쌍 생성
키 쌍 : 개인 키 + 그로부터 파생된 고유한 공개 키 구성
- 공개 키 : 비트코인을 받을 때 사용
- 개인 키 : 비트코인을 사용하기 위해 거래에 서명할 때 사용

개인 키(Private Key)¶

거래에서 자금 소유를 증명하는 서명 생성에 사용
백업하고 우발적인 손실로부터 보호할 필요 존재
개인 키를 잃으면 복구가 불가
비트코인 계좌에 보호된 자금 손실
비트코인 키 생성 == "1과 \(2^{256}\) 사이의 숫자 선택"
비트코인 소프트웨어 : 기본 운영 체제의 난수 생성기로 256비트의 엔트로피(Randomness) 생성

비트코인 주소와 Base 58¶

BA2

Base 58 인코딩¶

Base64의 하위 집합
Base64와 마찬가지로 대소문자 알파벳과 숫자를 사용
허나, 서로 혼동될 수 있는 문자들을 제외
0(숫자), O(대문자), l(소문자), I(대문자), +(기호), /(기호) 제외
비트코인에서 사용하기 위해 개발된 텍스트 기반 이진 인코딩 형식
다른 암호화폐에서도 사용
Base58Check
비트코인에서 자주 사용되는 Base58 인코딩 형식
내장된 오류 검증 코드가 포함되어 오타나 필사 오류를 방지

비트코인 트랜잭션(Transactions)¶

TRAC

트랜잭션 순환구조¶

일반적인 트랜잭션 형태¶

CTF

트랜잭션 입-출력¶

Input

TIP

Output

TOP

스트립트 구성(Lock + Unlock)¶

비트코인의 트랜잭션 검증 엔진 스크립트
잠금 스크립트
잠금 해제 스크립트

LUL

스크립트 언어(Script Language)¶

SL2

개인 키 저장 방법¶

브레인 월렛(Brain Wallet)
사용자가 기억하는 암호문구로 키 암호화
위변조 방지 장치(Tamperproof Device)
장치는 키를 공개하지 않고 서명 대신 수행
페이퍼 월렛(Paper Wallet)
키를 종이에 출력하여 보관

맞춤형 주소 (Vanity Addresses)¶

사람이 읽을 수 있는 메시지를 포함하는 주소
예시 : 1LoveBPzzD72PUXLzCkYAtGFYmK5vYNR33
"1Kids"로 시작하는 맞춤형 주소의 범위
- 시작 : 1Kids11111111111111111111111111111
- 끝 : 1Kidszzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzzz

맞춤형 풀 (Vanity Pool)
맞춤형 마이너 풀에 작업 위임
보안
보안 조치를 강화하거나 무력화하는 데 사용
진정한 양날의 검

3절. 블록체인과 채굴(BlockChain & Mining)¶

비트코인 채굴(Bitcoin Mining)¶

트랜잭션은 비트코인 네트워크에 전파되며 채굴을 통해 확인
블록에 포함되기 전까지 공유 원장(블록체인)의 일부 X
채굴의 두 가지 목적
새로운 비트코인을 생성 => 중앙은행의 새 돈 발행
해당 블록에 충분한 계산 능력이 투입된 경우만 트랜잭션 확인 보장 => 신뢰 형성

블록체인(Blockchain)¶

BlockChain

블록 보상(Block Reward)¶

블록을 성공적으로 채굴할 경우 받는 비트코인의 수
보상 => 50 BTC (2009), …, 3.125 BTC (2024), 1.5625 BTC (2028), 0.78125 BTC (2032), 0.390625 BTC (2036), …
목표 : 10분 블록 간격
보상은 매 210,000 블록, 즉 약 4년마다 반감
총 발행될 비트코인의 양 : 21,000,000 BTC
약 2140년경에 0에 도달할 것으로 예상

채굴(Mining)¶

작업 증명(Proof of Work)
생성하기 어렵고(비용 및 시간 소모) 다른 사람이 검증하기는 쉬움
특정 요구 사항을 충족하는 데이터
작업 증명 생성은 확률이 낮은 무작위 과정
유효한 작업 증명 생성을 위해 평균적으로 많은 시행착오 필요
비트코인은 Hashcash 작업 증명 시스템 사용
블록이 유효하려면 해당 블록의 해시 값이 현재 목표값보다 작아야 함
- 예 : 0000000000000000029AB900000…0000000000000000

난이도 목표(Difficulty Target)¶

난이도 목표와 재조정(Retargeting)
블록을 찾는 난이도
- 네트워크 전체가 처리하는 데 약 10분 소요
- 2,016블록(약 2주)마다 조정
새로운 목표 = 이전 목표 × (마지막 2,016블록 처리 시간 / 20,160분)

블록체인 포크(Blockchain Forks)¶

트랜잭션 수수료(Transaction Fees)¶

입력 값의 합에서 출력 값의 합을 뺀 나머지
수수료 = Sum(Inputs) – Sum(Outputs)
해당 트랜잭션을 블록체인에 기록하는 블록을 채굴한 마이너가 수집

두 가지 주요 목적¶

거래를 다음 블록에 포함/채굴하는 인센티브
모든 거래에 소액의 비용을 부과함으로써 "스팸" 거래 또는 시스템 남용을 방지

발행 코인 vs 트랜잭션 수수료(Minted Coins vs Transaction Fee)¶

트랜잭션 수수료기 더 중요한 요소
현재 블록 보상은 대부분 마이너 수익의 대부분을 차지
트랜잭션 수수료가 지배적인 역할

MCTF

채굴 하드웨어 비교¶

가격당 해시와 전기 효율성을 기준 비교

MHC

채굴 풀(Mining Pools)¶

아이디어
근사 유효 블록"을 통한 작업 증명
장점(Pros)
채굴을 예측 가능하도록 만듦
작은 마이너들의 참여할 수 있도록 만듦
더 많은 마이너들이 업데이트된 검증 소프트웨어를 사용하도록 유도
단점(Cons)
중앙화로 이어짐
마이너들의 전체 노드 운영을 방해
공격(Attacks)
51% 공격, 포크 공격, 블랙리스트 및 처벌적 포킹
블록 폐기 공격

해시레이트 분포(Hashrate Distribution)¶

ASIC-저항 퍼즐 (ASIC-Resistant Puzzles)¶

ASIC-저항 (ASIC-resistance)¶

비트코인 선언문 : ONE CPU ONE VOTE
목표 : 맞춤형 하드웨어를 사용한 채굴 억제 목적
현실 : 가장 비용 효율적인 맞춤형 하드웨어와 일반 목적 컴퓨터가 할 수 있는 작업 간의 격차를 줄이는 퍼즐 개발
ASIC-저항에 대한 반론 (Arguments against ASIC-resistance)
SHA-256 채굴 : 네트워크에 가장 큰 안정성 제공
많은 수의 ASIC을 사용하는 것보다 일반적인 컴퓨팅 파워를 임시로 대여하는 것이 더 효율적

메모리-하드 퍼즐 (Memory-hard puzzles)¶

가장 널리 사용되는 ASIC-저항 퍼즐
많은 메모리를 필요로 하는 퍼즐
스크립트(Scrypt)
라이트코인과 다양한 다른 알트코인에서 이미 사용되고 있는 가장 인기 있는 메모리-하드 퍼즐

MHPS

현실 응용

MHPS2

유용한 작업 증명(Proof of “Useful” Work)¶

자원봉사 컴퓨팅 프로젝트 (Volunteer computing project)¶

SETI@home, Folding@home, 등 BOINC (Berkeley Open Infrastructure for Network Computing): 자원봉사자가 자신의 컴퓨터 자원을 제공하여 다양한 과학적 계산을 수행하는 시스템

Primecoin 도전 과제 (Challenge of Primecoin)¶

Cunningham 체인 (Cunningham chain)을 찾는 것
\(k\)개의 소수 \(p_1, p_2, ..., p_k\)로 구성
각 소수는 \(p_i = 2p_{i-1} + 1\) 만족
Primecoin의 퍼즐은 Cunningham 체인에서 가장 큰 소수를 찾는 것
여러 \(k\) 값에 대해 가장 큰 소수들 생성
현재 Cunningham 체인에는 알려진 실용적인 응용 프로그램 없음

비트코인 채굴의 전력 소비 현황¶

아일랜드를 포함한 159개국보다 더 많은 전력 소비(2017/11/20)

BMC

비트코인 채굴과 지속 가능성¶

BMS

암호화 히터¶

작업 증명과 지분 증명(Proof of Work vs Proof of Stake)¶

PWPS

암호화폐(Cryptocurrencies)¶

추가 전용 로그(Append-only Log)¶

연결된 타임스탬프¶

인증된 데이터 구조(예: 해시 체인)에 얽혀 서로 의존하는 타임스탬프 토큰 생성
ISO 18014
ANSI ASC X9.95
IETF RFC 4998

AOL

스마트 자산(Smart Property)¶

물리적 및 지적 자산은 블록체인에 등록
블록체인은 재고, 추적 및 교환 메커니즘
컬러 코인은 블록체인 위에서 자산을 표현하고 관리하는 방법의 클래스

스마트 계약(Smart Contact)¶

계약 조건을 실행하는 컴퓨터화된 거래 프로토콜
일반적인 목표
공통 계약 조건 충족
악의적이거나 우발적인 예외를 최소화
신뢰할 수 있는 중개자의 필요성 최소화

이더리움(Ethereum)¶

스마트 계약(스크립팅) 기능을 갖춘 오픈 소스, 공개, 블록체인 기반 분산 컴퓨팅 플랫폼
2013년 비탈릭 부테린 작성
프로그래밍 언어가 내장된 블록체인
합의 기반 전역적으로 실행되는 가상 머신
튜링 완전성
에테르
가스