분산원장

분산원장, 어렵지 않아요 여러 컴퓨터가 함께 쓰는 장부 이야기

1. 분산원장이 뭐예요?

분산원장(Distributed Ledger, DLT)은 거래 기록을 한 곳의 중앙 서버에만 두지 않고, 네트워크에 참여하는 여러 컴퓨터에 똑같이 복사해서 저장하는 기록 시스템이에요. 그리고 참여자들이 서로 내용을 맞춰 보는 합의 과정을 거쳐, 모든 사본이 같은 내용을 갖도록 동기화(같은 상태로 맞추는 것)해요. 여기서 원장(ledger)이란 자산이 오가거나 거래한 내역을 순서대로 적어 두는 장부를 말해요. 이 장부를 여러 곳에 나눠 뒀다는 뜻에서 '분산원장'이라고 부르죠. 여러 참여자가 똑같은 장부를 함께 쓴다는 점에서 공유원장(shared ledger)이라고도 해요.

지금까지의 전통적인 장부는 은행이나 기관처럼 하나의 주체가 관리했어요. 그래서 그 주체를 믿어야만 기록이 정확하다고 안심할 수 있었죠. 반면 분산원장에서는 똑같은 사본이 여러 노드(네트워크에 연결된 각각의 컴퓨터)에 존재해요. 그리고 각 노드는 P2P(중앙 서버 없이 컴퓨터끼리 직접 연결되는 방식) 네트워크로 서로 이어져서, 새 거래가 들어오면 확인하고 이웃에 퍼뜨려요.

어느 한 곳에서 기록을 몰래 바꿔도, 나머지 대다수 사본과 내용이 안 맞으면 인정되지 않아요. 그래서 중앙 관리자가 없어도 함부로 위조하거나 변조하기 어려운 신뢰 구조를 만들 수 있어요. 이때 데이터는 여러 지역이나 국가, 여러 기관에 흩어져 있을 수 있고, 한곳에 모아 두는 중앙 저장소가 없어도 시스템이 잘 돌아가요.

이렇게 보면 쉬워요 · 한 사람만 장부를 갖고 있으면 몰래 고칠 수 있지만, 반 친구 모두가 똑같은 장부를 한 권씩 갖고 있으면 혼자 고쳐 봐야 소용이 없는 것과 같아요.

2. 어떻게 작동하나요?

분산원장이 여러 사본을 서로 어긋나지 않게 유지하려면, '어떤 거래를 장부에 넣을지'를 참여자들이 똑같이 판단하는 규칙이 필요해요. 대략 이런 흐름으로 움직여요.

먼저, 어떤 노드가 새 거래를 만들면 그걸 P2P 네트워크를 통해 이웃 노드들에게 퍼뜨려요. 그러면 각 노드는 이 거래의 형식과 서명이 제대로 됐는지, 그리고 이미 써 버린 자산을 또 쓰려는 이중지불(같은 돈을 두 번 쓰려는 부정행위)은 아닌지 등을 확인해요. 이렇게 검증이 끝나면, 참여자들이 합의 알고리즘(여러 컴퓨터가 무엇이 맞는지 서로 맞춰 보는 방법)에 따라 어떤 기록을 확정할지 정하고, 확정된 내용을 각자의 사본에 반영해요.

이 과정에서 일부 노드가 고장 나거나 나쁜 마음으로 엉뚱하게 행동할 수도 있어요. 그래도 정직한 다수의 노드가 올바른 상태에 도달할 수 있어야 하는데, 이런 성질을 비잔틴 장애 허용(일부가 배신하거나 망가져도 전체가 옳은 결론에 이르는 능력)이라고 불러요.

기록이 함부로 바뀌지 않도록 뒷받침해 주는 건 암호학(정보를 안전하게 지키는 수학 기술)이에요. 각 거래는 전자서명(이 거래가 진짜 주인이 한 것임을 증명하는 디지털 도장)으로 소유권을 증명해요. 또 기록들은 해싱(데이터를 고정된 길이의 요약값으로 바꾸는 것)으로 서로 연결돼 있어서, 과거의 항목 하나만 바꿔도 그 이후 값이 전부 달라지도록 설계돼 있어요. 그래서 과거를 몰래 고치기가 아주 어려워요.

이렇게 보면 쉬워요 · 앞장의 요약을 뒷장이 물고 있는 공책이라, 앞장 한 줄만 고쳐도 뒷장 요약이 전부 어긋나 티가 나요.

3. 누구 기록을 넣을지는 어떻게 정하나요?

합의 알고리즘은 중앙 관리자 없이 '누구의 기록을 장부에 반영할지'를 정하는 규칙이에요. 이 규칙이 분산원장이 얼마나 믿을 만한지를 좌우하는 핵심이죠. 대표적인 방식은 이래요.

작업증명(PoW)은 계산 문제를 서로 풀어서, 먼저 답을 찾은 참여자가 기록할 권한을 얻는 방식이에요. 비트코인이 쓰는 방식인데, 답을 찾으려면 많은 연산 자원을 쏟아부어야 해서 공격하기엔 비용이 아주 높아요. 대신 그만큼 에너지를 많이 써요.

지분증명(PoS)은 가진 지분(자산의 몫)에 비례해서 기록 권한을 주는 방식이에요. 계산 경쟁이 없어서 에너지 효율이 좋아요.

위임 지분증명(DPoS)은 참여자들이 소수의 대표 노드를 뽑아서 기록을 맡기는 방식이에요. 처리 속도를 빠르게 하는 데 초점을 둬요.

이 밖에도 참여 환경에 따라 여러 합의 규칙이 쓰여요. 어떤 알고리즘을 고르느냐에 따라 처리 속도, 확장성(참여자가 늘어도 잘 버티는 정도), 탈중앙화 수준(권한이 얼마나 골고루 나뉘어 있는지), 에너지 소비가 달라져요.

이렇게 보면 쉬워요 · 반장을 정하는 방식이 여러 가지인 것과 비슷해요. 문제를 먼저 푼 사람, 지분이 많은 사람, 투표로 뽑은 대표 중 누구에게 맡기느냐에 따라 반의 분위기가 달라지죠.

4. 분산원장은 다 블록체인인가요?

블록체인은 분산원장을 구현하는 가장 널리 알려진 방식이에요. 거래 기록을 '블록'이라는 덩어리로 묶어서, 시간 순서대로 사슬처럼 이어 붙여요. 앞 블록의 요약값(해시)을 다음 블록이 담고 있어서, 과거 기록을 마음대로 고치기가 어려워요.

그런데 모든 분산원장이 블록체인 형태인 건 아니에요. 블록을 사슬로 잇는 건 분산원장을 만드는 하나의 데이터 구조일 뿐이고, 블록 대신 다른 방식으로 기록을 연결하는 분산원장도 있어요. 예를 들어 아이오타는 블록과 사슬 대신 방향성 비순환 그래프(DAG)라는 구조를 써요. 이건 화살표가 한 방향으로만 뻗어 나가고 다시 되돌아오지 않는 연결 방식이에요. 또 헤데라는 해시그래프라는 방식을 써요. 즉 분산원장이 더 넓은 개념이고, 블록체인은 그 안에 속한 한 종류인 셈이에요.

또 일부 분산원장은 스마트 컨트랙트(정해 둔 조건이 맞으면 자동으로 실행되는 프로그램)를 지원해요. 그래서 단순히 거래를 기록하는 데서 그치지 않고, 프로그래밍으로 다양한 응용을 만들 수 있어요.

이렇게 보면 쉬워요 · '분산원장'은 '탈것' 같은 넓은 말이고, '블록체인'은 그중 '자동차' 한 종류예요. 자전거나 기차 같은 다른 탈것도 있듯이, 블록체인이 아닌 분산원장도 있어요.

5. 아무나 참여할 수 있나요?

분산원장은 '누가 참여할 수 있는지'를 어떻게 정하느냐에 따라 크게 두 갈래로 나뉘어요.

공개형(퍼블릭·비허가형)은 누구나 노드로 참여해서 기록을 검증하고 열어 볼 수 있는 방식이에요. 비트코인이나 이더리움처럼 활짝 열린 네트워크가 여기에 해당해요. 권한이 골고루 나뉘어 탈중앙화 수준이 높은 대신, 여럿이 합의하느라 시간이 더 걸릴 수 있어요.

허가형(프라이빗)은 미리 승인받은 참여자만 기록에 관여할 수 있는 방식이에요. 기업이나 기관끼리 협업할 때 쓰여요. 참여자가 제한돼 있어서 처리 속도가 빠르고 관리하기 편한 대신, 개방성은 낮아요.

같은 블록체인 기술이라도 공개적인 형태로도, 사적인 형태로도 운영할 수 있어요. 목적에 따라 두 성격을 적당히 절충한 형태를 쓰기도 해요.

이렇게 보면 쉬워요 · 누구나 드나드는 동네 공원(공개형)과, 회원만 들어가는 회원제 클럽(허가형)의 차이와 비슷해요.

6. 언제, 어떻게 생겨났나요?

분산 시스템과 암호학에 대한 연구는 아주 오래전부터 이어져 왔어요. 하지만 신뢰할 주체 없이도 여러 사본을 한결같이 유지하는 '실용적인' 분산원장은, 2009년 비트코인 네트워크가 처음 가동되면서 현실이 됐어요. 그 바탕이 된 설계는 2008년 사토시 나카모토라는 이름으로 공개된 백서(기술을 설명한 공식 문서)에 담겨 있었어요.

2015년에는 이더리움이 등장했어요. 이더리움은 장부 위에서 스마트 컨트랙트를 실행할 수 있게 해서, 프로그래밍이 가능한 분산원장의 문을 열었죠. 같은 해에 리눅스 재단은 기업용 분산원장을 개발하려고 하이퍼레저 프로젝트를 시작했어요.

2016년에는 여러 은행이 국가 간 지불(다른 나라로 돈을 보내는 일)에 분산원장 기술을 시험해 봤어요. 비용을 줄이고 운영 위험을 낮추려는 목적으로, 금융권의 투자와 실험이 계속 이어졌죠. 같은 시기에 블록체인이 아닌 구조를 쓰는 아이오타가 가동됐고, 2019년에는 해시그래프 방식의 헤데라 메인넷(실제로 운영되는 네트워크)이 일반에 공개되는 등, 구현 방식도 점점 다양해졌어요.

7. 어디에 쓰이나요?

분산원장은 암호화폐를 떠받치는 바탕 기술일 뿐만 아니라, 믿을 수 있는 '공유 기록'이 필요한 여러 분야에서 쓰임새가 검토되고 있어요.

금융 분야에서는 은행들이 국가 간 지불에 드는 비용과 시간을 줄이고 운영 위험을 낮추려고, 분산원장 기술에 큰 관심을 기울여 왔어요.

공급망·무역 분야에서는 상품이 만들어져서 유통되기까지의 과정을 여러 당사자가 함께 보는 장부에 기록해요. 이렇게 하면 추적성(어디를 거쳐 왔는지 따라가는 것)이 좋아지고, 무역에 필요한 서류 처리도 간단해져요.

자산 등록 분야에서는 부동산이나 증권 같은 것의 소유권과 거래 이력을 여럿이 함께 관리하는 등록부로 쓰는 방안이 논의돼요.

사물인터넷 분야에서는 '프로그래밍 가능한 경제'라는 관점에서, 사물인터넷 기기들끼리 자동으로 거래하고 정산하는 수단으로 분산원장을 쓰자는 아이디어가 나와요.

이렇게 다양하지만, 활용되는 공통 조건은 하나예요. 바로 여러 주체가 하나의 신뢰 주체 없이 같은 기록을 함께 써야 하는 상황이라는 점이에요.

이렇게 보면 쉬워요 · 여러 사람이 함께 쓰는 공동 가계부처럼, 서로 다 믿기는 어려운 사이일수록 똑같은 장부를 나눠 갖는 게 유용해요.

8. 아직 남은 숙제는 뭔가요?

분산원장은 중앙 관리자 없이도 믿을 수 있다는 장점이 있지만, 동시에 여러 제약도 안고 있어요.

먼저 확장성 문제예요. 모든 노드가 똑같은 기록을 검증하고 보관하는 구조라서, 참여자가 늘어날수록 처리량과 저장 부담이 커질 수 있어요.

에너지와 비용도 과제예요. 작업증명처럼 연산을 많이 쓰는 방식은 에너지를 크게 소비해요.

보안 문제도 있어요. '정직한 참여자가 다수'라는 전제가 무너지면 기록이 위협받을 수 있어요. 예를 들어 소수가 네트워크의 절반이 넘는 힘을 장악하는 51% 공격 같은 위험이 논의돼요.

마지막으로 상호운용성과 규제예요. 서로 다른 분산원장끼리 어떻게 연결할지, 그리고 법·제도와 어떻게 어긋나지 않게 맞출지는 실제로 도입할 때 계속 다뤄지는 숙제예요.

관련 개념으로는 합의 알고리즘, 작업증명, 지분증명, 노드, P2P, 이중지불 등이 있어요.