[코인분석] 헤데라 해시그래프(리몬베어드)의 5가지 블록체인 합의알고리즘 비교

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[코인분석] 헤데라 해시그래프(리몬베어드)의 5가지 블록체인 합의알고리즘 비교

흔남 2019. 1. 30. 19:32

[분석] 헤데라 해시그래프(리몬베어드)의 5가지 블록체인 합의알고리즘 비교

PoW(작업증명방식), PoS(지분증명방식)의 합의알고리즘이 대다수였던 과거에 비해 최근 다양한 블록체인 합의알고리즘이 개발되고 있습니다. DPos, PoI, PoA, BFT 등 정말 많은 합의 알고리즘이 생겨나고 있고 그만큼 블록체인도 기술도 더욱 정교하게 발전하고 있는 것 같습니다.

오늘은 그 중에서도 블록체인 2.0, 차세대 분산 원장 기술이라고 불리는 헤데라 해시그래프 리먼 베어드 박사가 직접 설명하는 합의알고리즘 비교 분석 영상을 간단히 요약해보려고 합니다. 해시그래프는 엄밀하게는 블록체인이 아닌 해시그래프 자체 기술을 개발하여 플랫폼을 만들었기 때문에 독특하면서도 진화한 기술이라고 할 수 있습니다.

해시그래프는 비동기식 비잔틴 장애 허용(ABFT, Asynchronous Byzantine Fault Tolerance)이라는 합의 알고리즘을 통해 ‘가십에 대한 가십'으로 거래를 전달하는데요, 해시그래프 알고리즘을 고안한 리몬베어드 박사가 유튜브를 통해 5가지 합의 알고리즘에 대해 분석한 영상을 정리했습니다.

기술에 대한 상세한 분석 보다는 장단점과 한계 위주로 깔끔하게 정리되어 공부하기도 좋은 영상이라고 생각이 드네요. 아래 링크 통해서 직접 보셔도 좋을 것 같습니다.

헤데라 해시그래프 유튜브: https://www.youtube.com/watch?v=A467am0fw34&list=PLcaTa5RR9SuCQC71q8nqIOAsY8vJssQIY&index=1

The five consensus algorithms #1 : Proof-of-work by Leemon Baird

작업증명방식은 슈퍼컴퓨터나 채굴장치를 사용한 아이디어인데 이 방식은 아주 비쌉니다. 수학문제를 풀기 위한 것인데 이것은 사실 인류에게 전혀 쓸모가 없는 아이디어라고 할 수 있죠. 목적이 바로 속도를 느리게 하기 위한 것이기 때문입니다.

느린 간격으로 채굴자가 문제를 풀 수 있게 하여 체인에 새로운 블록을 추가할 수 있게 만드는 개념인데 블록은 느린 속도로 천천히 추가가 됩니다. 경우에 따라 두명의 채굴자가 동시에 블록을 연결하게 되면 바로 포크(Fork)가 일어나게 됩니다. 이것은 좋지 않은 현상입니다.

커뮤니티가 두개의 블록을 선택해야 하는데 이 결정에 시간이 걸리기 때문에 커뮤니티가 다음 포킹이 일어나기 전에 네트워크 포킹을 다루는 시간을 버는 것이죠. 우리는 그 과정에서 많은 자원을 낭비하고 있습니다. 그리고 그 자원들을 굉장히 비쌉니다.

비싼 기계를 감당하는 몇몇 채굴자들의 단합도 빈번하며 보안문제도 심각합니다. 악의적인 의도를 가진 사람이 방화벽을 정지하고 각각 다른 두개의 체인을 만들어 내거나 혹은 방화벽을 악의적으로 조작하여 일부의 패킷만 허용하고 나머지를 허용하지 않으면 우리는 서로 각자 다른 합의를 거치게 됩니다.

공정성도 비슷한 결함이 있습니다. 채굴자가 자기가 원하는대로 거래를 블록에 넣고 담합한 채굴자와 몇몇 거래를 내버려두거나 버릴 수 있습니다. 채굴자가 블록상에 타임스탬프를 올리지만 그들의 시계가 잘못될 수도 있습니다. 방화벽 공격, 거래순서에 대한 공정성 한계, 타임스탬프, 비효율적인 비용 등의 문제가 있지만 잘 작동하고 있습니다. 이것이 바로 분산원장기술의 작업증명 방식입니다.

헤데라 해시그래프 유튜브 The five consensus algorithms #1: Proof-of-work by Leemon Baird: https://www.youtube.com/watch?v=A467am0fw34&list=PLcaTa5RR9SuCQC71q8nqIOAsY8vJssQIY&index=1

The five consensus algorithms #2: Leader-based by Leemon Baird

리더 기반의 분산 원장 기술은 모든 사람들이 리더 컴퓨터에 트랜잭션을 보내고 리더들은 트렌젝션의 순서를 보내줍니다. 트렌젝션이 순서대로 정렬되어 있는 블록을 체인에 추가될 수 있게 혹은 리더가 블록을 보내기도 합니다. 리더기반 시스템의 문제는 리더 컴퓨터의 보안 문제입니다. 리더 컴퓨터가 디도스 공격을 받을 위험이 있습니다. 리더를 바꿔도 공격자는 새 리더를 빠르게 알아차릴 수 있다는 것도 문제입니다. 쉽게 노출이 되는 것이죠.

또한, 공정하지 않습니다. 리더가 트랜잭션 순서를 정하는 권한을 가지고 순서를 정하기 때문에 어떤 일이 일어날지 모릅니다. 누군가 리더를 현혹하여 당신의 트랜젝션을 블록에 넣지 못하게 할 수 있습니다. 그러면 새로운 리더가 필요하겠죠. 이렇듯 공정성에 문제가 생기면 순서, 타임스탬프 등등 하나하나 신경써야합니다.

공정한 시스템을 설계하려면 커뮤니티가 함께 타임스탬프를 정하고 모두가 의견을 제시하여 트랜젝션을 발을 때마다 결합된 하나의 타임스탬프를 제공해야합니다. 리더 기반 시스템에서는 불가능합니다. 디도스 공격, 서비스 거부 공격의 위험성, 리더의 공정성 등 한계가 있습니다.

헤데라 해시그래프 유튜브 The five consensus algorithms #2: Leader-based by Leemon Baird

https://www.youtube.com/watch?v=WoIgvnzTVRg&index=2&list=PLcaTa5RR9SuCQC71q8nqIOAsY8vJssQIY

The five consensus algorithms #3: Economy-based by Leemon Baird

-> 경제 기반 알고리즘은 예시를 위주로 설명하고 있기 때문에 동영상을 직접 보시는 것을 추천합니다.

헤데라 해시그래프 유튜브 The five consensus algorithms #3: Economy-based by Leemon Baird

https://www.youtube.com/watch?v=JkByucMeoLI&index=3&list=PLcaTa5RR9SuCQC71q8nqIOAsY8vJssQIY

The five consensus algorithms #4: Voting-based by Leemon Baird

투표기반 분산원장기술은 학계에서 오랜 시간동안 알려져 있었으며 강력한 수학적 증거를 가지고 있습니다. 대부분 비동기식 비잔틴 장애 허용입니다. 하지만 그에 비해 이 기술을 효율적으로 사용하지 못했는데, 대부분 다른 알고리즘과 결합하여 사용되었습니다. 투표기반과 리더기반의 결합, 혹은 해시그래프의 가상투표처럼요.

순수하게 투표기반시스템만 사용하지 않는 이유는 비효율성때문입니다. 매라운드마다 모든 노드들에게 투표를 보내고 결과를 전달받고 결정을 해야하는데, ‘예’,’아니오'와 같이 간단한 것에도 시간이 오래 걸립니다. 트랜젝션이 많이 발생했다면 순서도 결정해야하는데 선거에서 이긴 누군가가 원하는대로 조절한다면 공정성도 위배되겠죠. 또한 공정한 타임스탬프인지도 모릅니다. 순수한 투표기반 시스템은 이처럼 많은 한계가 있습니다. 하지만 이 기술은 수학적으로 증명되었으며 학문적으로 유용합니다.

헤데라 해시그래프 유튜브 The five consensus algorithms #4: Voting-based by Leemon Baird

https://www.youtube.com/watch?v=HgaG6Vtv1zc&list=PLcaTa5RR9SuCQC71q8nqIOAsY8vJssQIY&index=4

The five consensus algorithms #5: Virtual-voting by Leemon Baird

분산원장기술에 쓰이는 것 중 하나가 가상투표인데, 바로 해시그래프입니다. 가상 투표 시스템은 순수 투표 시스템에서 시작했습니다. 비동기식 비잔틴 장애허용은 수학적으로 증명이 가능하지만 비효율적입니다. 너무 느리기 때문이죠. 그래서 해시그래프는 이렇게 생각했습니다. “투표 없이 투표를 할 수 있을까 그 모든 수학적 증명이 포함된 투표기반의 시스템을 투표 없이 개발하자"라고 말이죠.

트렌잭셔을 아주 빠르게 네트워크상에 퍼뜨려 네트워크 상의 사람들에게 전달하기 위해서는 가십 알고리즘을 사용해야 합니다. 랜덤하게 전달하고 랜덤하게 전달해서 이 트랜잭션이 기하급수적으로 널리 빨리 퍼지게 되고 모든 사람이 트랜잭션을 알게 됩니다.

리더를 정하지 않고 차례도 정하지 않으며 모두가 동등한 자격을 지니게 됩니다. 악의적인 노드가 나쁜 행위를 할 방법도 없습니다. 트랜젝션마다 디지털 서명을 하여 위조할 수 없기 때문이죠. 하지만 아직 문제가 남았습니다. 합의나 순서가 없죠. 그래서 여기에 작은 바이트(byte)를 추가하여 전달합니다. 대화에 대한 대화 즉 가십에 대한 가십을 추가시키는 것이죠. 가십을 전달할 때 누구에게 비롯되었는지, 언제 얘기를 했는지, 누구와 했는지 모든 정보를 전달합니다. 단지 트랜잭션이 아니라 대화에 대한 대화인 것이죠.

공정성이 수학적으로 증명됩니다. 속도는 얼마일까요? 가십에 대한 가십 그리고 가상투표의 속도는

여러분이 사용하는 인터넷 속도와 비등합니다. 여러분 인터넷 대역폭의 한계가 무엇이든 그것이 바로 여러분의 초당 거래 속도가 (TPS) 됩니다. 이보다 빠를 수는 없죠. 얼마나 안전할까요? 비잔틴장애허용과 비동기식비잔틴장애허용입니다. 가능한 가장 강력한 보안입니다