작업 증명(PoW)과 지분 증명(PoS)의 개념 및 차이점 비교

작업 증명(PoW)과 지분 증명(PoS)은 블록체인에서 가장 많이 사용되는 합의 알고리즘입니다. 대부분의 블록체인에서 네트워크 보안을 위해 이를 채택하고 있는데요. 이번 글에서는 작업 증명 및 지분 증명의 개념과 장단점에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다.

작업 증명(PoW)과 지분 증명(PoS)의 개념 및 차이점 비교

들어가며

블록체인은 트랜잭션의 유효성을 검증하기 위해 다양한 네트워크 합의 메커니즘을 사용합니다. 작업 증명은 가장 오래된 방식이며 비트코인에서 사용되고 있습니다. 지분 증명은 작업 증명의 대안으로 등장했으며 이더리움, 솔라나, 바이낸스 코인과 같은 메이저 블록체인에서 사용되고 있습니다.

작업 증명(PoW)의 개념과 작동 방식

작업 증명은 2008년 사토시 나카모토가 작성한 비트코인 백서에서 처음으로 언급되었습니다. 작업 증명은 신뢰가 필요없는 방식으로 분산화된 합의를 달성하는 방법을 제공합니다. 그렇다면 작업 증명이란 정확하게 무엇일까요?

 

작업 증명이란 '작업을 완료하고 보상을 받는 방식'이라고 간단하게 이해하셔도 무방합니다. 일례로, 비트코인과 같은 작업 증명 네트워크에서는 채굴자가 트랜잭션을 검증하는 일을 합니다. 채굴자는 네트워크가 안전하게 운영될 수 있도록 상당한 자원을 투입하게 되는데요. 이를 통해 복잡한 수학 문제의 해답을 찾게 됩니다. 여러 채굴자들 중에서 이 문제에 대한 해답을 가장 먼저 찾아낸 채굴자에게는 비트코인 블록체인에 트랜잭션을 추가하고 보상을 받을 수 있는 권리가 주어집니다.

이것이 바로 작업 증명(Proof of Work)이라는 명칭의 유래입니다. 채굴자는 작업을 성공적으로 완료하여 블록 추가 및 네트워크 보호라는 임무를 수행하고 보상을 받습니다.

블록 보상은 새롭게 생성된 비트코인과 트랜잭션 수수료로 구성됩니다. 비트코인의 경우 약 6.25 BTC의 블록 보상을 지급하고 있으며, 이는 반감기를 거치며 약 4년마다 50%씩 감소하게 됩니다.

 

일부 채굴자들은 보상을 받을 수 있는 확률을 높이기 위해 마이닝 풀에 참여하기도 합니다. 마이닝 풀이란 채굴자들이 해시레이트를 모아 하나의 블록을 함께 채굴하고, 보상을 나누어 받는 방식을 택한 집단이라고 할 수 있습니다. 일부 대형 마이닝 풀은 수백만 달러를 투자하여 수천대의 ASIC 하드웨어를 도입하고 있습니다.

 

그러나 작업 증명을 사용하는 비트코인 네트워크에서 한 가지 우려되는 점은 현재 상위 4개의 마이닝 풀에서 해시 파워의 약 50%를 통제하고 있다는 점입니다. 이처럼 완벽하게 탈중앙화되지 못한 마이닝 풀은 51% 공격의 가능성을 여전히 열어두고 있습니다. 특정 지역, 채굴 장비 생산업체, 에너지 공급자가 채굴의 상당 부분을 통제하고 있으며, 비트코인 블록체인의 탈중앙성을 위협하고 있습니다.

 

물론, 현재까지는 비트코인의 네트워크 규모 때문에 이런 일이 발생할 가능성은 거의 없다고 할 수 있습니다. 그러나 채굴 보상 메커니즘의 특성상 개별 참여자가 비트코인을 채굴하기는 점차 어려워지고 있습니다.

 

또한 작업 증명 블록체인에서는 고성능 하드웨어 장비를 사용하여 채굴을 진행하게 됩니다. 이로 인해 시간이 지남에 따라 비트코인의 채굴 난이도는 더욱 높아지고 있고, 상당한 전력이 필요하게 됩니다.

 

작업 증명 알고리즘은 비트코인에서 사용되는 훌륭한 합의 알고리즘이지만 몇 가지 단점이 존재합니다. 이러한 단점을 극복하기 위해 등장한 대안적인 합의 알고리즘이 바로 지분 증명입니다.

지분 증명(PoS)의 개념 및 작동 방식

지분 증명은 작업 증명의 대안으로 도입되었습니다. 지분 증명은 작업 증명 네트워크의 단점과 확장성 한계를 극복하는 것을 목표로 합니다. 오늘날 지분 증명은 작업 증명 다음으로 가장 많이 사용되는 알고리즘으로 이더리움, 솔라나, 바이낸스 코인, 에이다 등에서 사용되고 있습니다.

 

작업 증명과 지분 증명은 블록을 검증하고 블록체인을 안전하게 보호한다는 동일한 목적을 갖고 있습니다. 그러나 지분 증명에서는 채굴자가 없습니다. 그 대신 이더리움과 같은 코인을 스테이킹한 검증자가 채굴자의 역할을 대신합니다. 지분 증명 합의 메커니즘은 채굴이 아니라 스테이킹을 통해 블록체인의 합의를 달성하고, 개인 검증자의 참여를 독려합니다.

 

또한 지분 증명에서는 작업 증명처럼 복잡한 문제를 풀지 않습니다. 그 대신 스테이킹 비율에 따라 블록 검증 권한을 받고, 이를 정확하게 검증하면 보상을 받고 그렇지 않으면 자산을 잃게 되는 패널티 메커니즘을 구현하고 있습니다.

 

지분 증명 지지자들은 지분 증명이 확장성과 트랜잭션 속도 측면에서 작업 증명에 비해 상당한 장점이 있다고 주장합니다. 또한 지분 증명 코인은 작업 증명에 비해 연산 자원을 낭비하지 않아 친환경적이라고 할 수 있습니다.

 

또한 지분 증명 알고리즘에서는 51% 공격이 상당히 어렵습니다. 그 이유는 지분 증명 블록체인을 공격하려면 네트워크에 있는 코인의 50% 이상을 소유해야 하기 때문입니다. 이로 인해 코인 가격이 상승하여 수백억 달러의 비용이 발생할 수도 있습니다. 이후 51% 공격을 감행하더라도 네트워크가 손상되면 스테이킹한 코인의 가치가 급격히 하락하게 되어 손해를 볼 가능성이 높아집니다. 따라서 지분 증명 합의를 사용하는 블록체인의 51% 공격이 발생할 가능성은 상당히 낮다고 볼 수 있습니다.

 

지분 증명을 사용하는 가장 잘 알려진 블록체인은 이더리움입니다. 이더리움 네트워크는 최근 이더리움 2.0 업그레이드를 통해 작업 증명에서 지분 증명으로 전환을 완료했습니다. 이제 이더리움 네트워크에서 누구나 32 ETH 이상을 스테이킹하면 검증자가 되어 네트워크를 보호하고 이더리움 보상을 받을 수 있습니다.

작업 증명과 지분 증명 차이점 정리

작업 증명과 지분 증명은 모두 블록체인 네트워크를 보호하는 합의 메커니즘이지만, 둘 사이에는 차이점이 있습니다. 가장 큰 차이점은 작업 증명과 지분 증명에서 새로운 트랜잭션의 유효성을 검증하는 참여자를 결정하는 방식입니다. 보다 명확한 이해를 위하여 아래 표를 참조해주시기 바랍니다.

	작업 증명(PoW)	지분 증명(PoS)
블록 채굴 자격	연산 능력이 높을수록 블록을 채굴할 확률이 높아짐	더 많은 코인을 스테이킹할수록 새로운 블록을 검증할 가능성이 높아짐
블록 검증 방법	채굴자는 연산 자원을 사용하여 수학 문제를 풀기 위해 경쟁	코인을 스테이킹하고 수량에 비례하여 검증자 선별
채굴 장비	ASIC, CPU, GPU와 같은 전문 채굴 하드웨어	인터넷 연결이 가능한 모바일 및 컴퓨터
보상 분배 방법	블록을 가장 먼저 채굴한 이에게 보상 지급	검증자는 자신이 검증한 블록에서 발생한 트랜잭션 수수료의 일부를 수령
네트워크 보안 유지 메커니즘	채굴에 참여하는 채굴자가 많아져 해시가 커질수록 네트워크가 더 안전하게 보호됨	스테이킹 인센티브 및 패널티 메커니즘을 통해 네트워크를 보호

마치며

이상으로 작업 증명 및 지분 증명에 대해 알아봤습니다. 작업 증명과 지분 증명은 현재 블록체인 네트워크에서 가장 많이 사용되고 있는 합의 알고리즘입니다. 각 알고리즘에는 장단점이 존재하지만, 전반적으로 지분 증명이 작업 증명에 비해 비용이 적게 들고 친환경적이며 안전한 것으로 알려져 있습니다.