지분증명

지분증명, 어렵지 않아요 코인을 맡기면 블록을 만드는 방식이에요

1. 지분증명이 뭐예요?

지분증명(Proof of Stake, PoS)은 블록체인 네트워크에서 '누가 다음 블록을 만들고 거래를 검증할지'를 정하는 합의 알고리즘(여러 컴퓨터가 무엇이 맞는지 서로 맞춰 보는 방법) 중 하나예요. 작업증명(Proof of Work)에서는 채굴자들이 엄청난 계산 능력을 서로 겨루면서 블록 만들 권한을 따내는데, 지분증명은 그렇게 하지 않아요. 대신 네트워크의 코인을 맡겨(예치·스테이킹) 담보로 걸어 둔 참여자들 중에서 블록 만들 사람을 뽑아요.

블록 만드는 사람으로 뽑힐 확률은 대체로 맡긴 코인(지분)이 많을수록 높아져요. 그런데 많이 맡겼다고 마음대로 부정하게 굴 수는 없어요. 검증자가 부정하게 행동하면 맡긴 자산의 일부나 전부를 빼앗기는 슬래싱(slashing) 처벌을 받거든요. 그래서 정직하게 참여하게 되는 거예요. 정직하게 일한 검증자는 그 대가로 블록 보상과 거래 수수료를 받아요.

지분증명의 가장 큰 장점은 에너지를 적게 쓴다는 점이에요. 작업증명처럼 많은 전기와 전용 장비가 필요 없거든요. 반면 단점도 있어요. 코인을 많이 가진 소수에게 권한이 몰릴 수 있다는 중앙화 걱정, 그리고 맨 처음 검증자를 어떻게 정하느냐를 둘러싼 논쟁 같은 것들이에요. 사람들이 흔히 '지분증명'이나 '지분증명(PoS)'이라고 부르는 게 바로 이 방식이고, 오늘날 많은 알트코인 플랫폼과 이더리움이 이 방식으로 돌아가요.

이렇게 보면 쉬워요 · 힘이 센 사람(계산력)한테 일을 맡기는 게 아니라, 보증금을 많이 건 사람한테 맡기는 방식이에요.

2. 어떻게 생겨나서 퍼졌나요?

지분증명은 작업증명이 전기를 너무 많이 쓰고 장비 경쟁이 심하다는 문제를 대신 풀어 보려는 시도에서 나왔어요.

먼저 피어코인(Peercoin, 2012)이 지분증명을 실제 화폐에 처음으로 넣은 사례로 꼽혀요. 초기에는 개발자가 자기 개인키로 서명한 '체크포인트'(중앙에서 찍어 주는 확인 지점)를 두어서, 마지막으로 확인된 체크포인트 이전으로는 블록체인을 다시 짜지 못하게 막았어요. 이후 버전 0.6에서는 이 체크포인트를 원하는 사람만 쓰는 옵트인(opt-in) 방식으로 느슨하게 바꿨어요.

Nxt(2013)는 채굴 없이 오직 지분만으로 블록 만들 사람을 정하는 '순수 지분증명' 체인으로 나왔어요.

이더리움은 2015년 메인넷(실제로 돌아가는 진짜 네트워크)을 처음 열 때는 이더해시(Ethash)라는 작업증명 방식을 썼어요. 사실 이더리움은 일찍부터 부정한 검증자를 벌주는 '슬래셔(Slasher)'라는 방식을 구상은 했지만 실제로 넣지는 않았어요. 개발진이 지분증명을 만드는 게 어렵다고 판단해서, 일단 작업증명으로 출발한 다음 나중에 '캐스퍼(Casper)'로 바꾸는 길을 택했거든요.

그 뒤로 카르다노, 코스모스, 테조스 같은 체인들이 저마다 다른 변형을 적용하면서 지분증명 계열이 널리 퍼졌고, 2022년 이더리움이 지분증명으로 갈아타면서 대표성이 크게 높아졌어요.

3. 실제로 어떻게 돌아가나요?

지분증명 네트워크에 참여하려면, 정해진 최소 수량의 코인을 맡겨서 검증자(validator)가 되어야 해요. 그러면 프로토콜(규칙)이 블록마다 맡긴 지분, 맡긴 기간, 무작위 요소 같은 걸 섞어서 이번 블록을 제안할 사람과 검증 위원회를 뽑아요. 뽑힌 검증자가 새 블록을 내놓으면, 다른 검증자들이 그 블록이 제대로 됐는지 투표해서 합의를 이뤄요.

뽑는 방식은 체인마다 달라요. 어떤 체인은 맡긴 지분에다가 '가장 낮은 해시값을 찾는' 무작위 공식을 결합해서 다음 생성자를 정해요(예: Nxt, 블랙코인). 또 어떤 방식은 한 명의 리더 대신 위원회 전체를 뽑는데, 이때 토큰을 얼마나 가졌느냐가 아니라 노드의 평판을 기준으로 자격을 주고, '검증 가능한 무작위 비콘'으로 위원을 뽑기도 해요(예: 오브스의 임의 지분증명).

'지분'을 무엇으로 볼지도 통일돼 있지 않아요. 그냥 토큰 개수를 쓰는 체인이 있는가 하면, 가진 수량에 가진 기간을 곱한 코인 나이(coin age)라는 개념을 쓰는 체인도 있어요. 코인 나이 방식에서는 일정 기간(예: 한 달) 넘게 코인을 가지고 있어야 블록 생성 경쟁에 낄 수 있고, 그 코인이 실제로 블록 만드는 데 쓰이면 보유 기간이 처음부터 다시 0으로 돌아가요.

지분증명은 스마트 컨트랙트(조건이 맞으면 자동으로 실행되는 계약 프로그램) 기반 플랫폼의 확장성(더 많은 거래를 빠르게 처리하는 능력) 개선 기술과도 함께 이야기돼요. 데이터를 여러 조각으로 나눠 나란히 처리하는 샤딩이나 레이어 2 확장 방법이 지분증명 합의 위에서 설계되는 경우가 많거든요.

4. 지분증명에는 어떤 종류가 있나요?

지분증명은 정해진 한 가지 규격이 아니라, 여러 갈래의 변형으로 구현돼요.

체인 기반 지분증명은 작업증명 구조를 살짝 바꾼 방식이에요. 무조건 다 대입해서 퍼즐을 푸는 대신, 참여자가 가진 지분에 따라 퍼즐 난이도를 조절해요. 지분이 클수록 필요한 계산량이 줄어서 과한 장비 없이도 참여할 수 있어요.

BFT 기반 지분증명은, 무작위로 뽑힌 제안자가 블록을 임시 보관함에 올리면 검증자들이 이를 확인하고 투표한 뒤 비잔틴 장애 허용(BFT, 일부 참여자가 거짓말을 하거나 고장 나도 전체 합의는 제대로 이뤄지게 하는 성질)으로 최종 블록을 확정하는 방식이에요. 검증자 중 부정직한 사람이 3분의 1 미만일 때 제대로 작동해요. 텐더민트(Tendermint)와 캐스퍼 FFG(Casper FFG)가 이 방식을 써요.

지명 지분증명(NPoS)은 '위원회 기반'이라고도 불러요. 검증 가능한 무작위 함수(VRF)로 검증인 위원회를 뽑되, 지분이 클수록 뽑힐 확률이 높아져요. 뽑힌 검증인들은 무작위로 교대하면서 블록을 만들어요. 우로보로스 프라오스(Ouroboros Praos)와 BABE에서 이 방식을 써요.

위임 지분증명(DPoS)은 위임 지분증명이라고 하는데, 이해관계자가 자기 지분에 비례해서 투표로 검증 위원(증인)을 뽑고, 그 증인들이 라운드 로빈(정해진 순서대로 돌아가며)으로 교대하면서 블록을 제안하고 투표하는 2단계 방식이에요. 검증인 수가 적어서 합의가 빠른 편이고, EOS·리스크·트론 등이 써요.

유동적 지분증명(LPoS)은 지분을 가진 누구나 스스로 검증인이 되겠다고 나설 수 있는 방식이에요. 다만 조금만 가진 사람은 정기 배당 같은 대가를 받고 자기 투표권을 큰 검증인에게 위임할 수 있어요. 토큰을 가진 사람은 언제든 지지하는 검증인을 다른 사람으로 바꿀 수 있고요. 테조스가 이 방식을 써요.

5. 나쁜 짓을 하면 어떻게 되나요?

지분증명의 안전함은 계산력이 아니라 '돈으로 걸린 유인'에 기대요. 검증자가 서로 다른 두 블록에 동시에 서명하거나, 오랫동안 응답하지 않는 식으로 규칙을 어기면 맡긴 자산이 깎여요(슬래싱). 이 처벌 구조 덕분에, 네트워크를 공격하려는 사람은 엄청난 지분을 확보한 다음 '그 지분을 스스로 잃을 각오'까지 해야 해요. 그러니 공격할 마음이 크게 줄어들죠.

유인 구조가 작업증명과는 다르게 작동해요. 작업증명에서는 채굴자가 자기가 캐는 화폐를 하나도 안 가진 채 단기 이익만 노릴 수도 있어요. 반면 지분증명에서는 네트워크를 지키는 사람이 항상 그 코인을 담보로 붙들고 있게 돼요. 그래서 네트워크가 잘못되면 자기도 손해를 봐요. 다만 일부 체인은 다른 노드에 스테이킹 권한을 위임하거나 빌려주는 것을 허용해요.

이렇게 보면 쉬워요 · 보증금을 걸고 일하는 셈이라, 사고를 치면 그 보증금부터 날아가요.

6. 이더리움은 어떻게 바꿨나요?

가장 대표적인 사례가 이더리움이에요. 이더리움은 처음 만들어진 뒤로 오랫동안 작업증명을 썼어요. 그러다 2020년에 지분증명 검증 계층인 '비콘 체인'을 먼저 가동했고, 이어 2022년 9월 '더 머지(The Merge)'라는 업그레이드로 메인넷의 합의 방식을 지분증명으로 바꿨어요. 이 전환으로 네트워크가 쓰는 에너지가 99% 넘게 줄어든 것으로 평가돼요.

이더리움에서는 32 ETH를 맡기면 혼자서도 검증자가 될 수 있어요. 그보다 적은 금액이면 여럿이 돈을 모으는 스테이킹 풀을 통해 참여할 수 있고요. 검증자는 블록을 제안하고 검증한 대가로 보상을 받지만, 이중 서명을 하거나 오래 멈춰 있으면 슬래싱 대상이 돼요.

7. 어떤 코인들이 쓰고 있나요?

지분증명이나 그 변형은 오늘날 많은 알트코인 플랫폼이 쓰고 있어요.

카르다노는 우로보로스 계열 프로토콜(NPoS 성격의 지명 방식)을 쓰고, 2020년 셸리 업그레이드로 스테이킹과 위임을 들여왔어요. 코스모스는 텐더민트 BFT 기반 지분증명을 써요. 테조스는 유동적 지분증명(LPoS)을 적용하고요. EOS·리스크·트론은 위임 지분증명(DPoS)을 써요. 이 밖에도 솔라나, 폴카닷 같은 여러 주요 체인이 지분증명이나 그 변형(DPoS, NPoS 등)을 기반으로 돌아가요.

이처럼 지분증명은 레이어 1 플랫폼의 표준적인 합의 방식 중 하나로 자리 잡았고, 그 위에서 탈중앙화 금융을 비롯한 다양한 응용이 돌아가고 있어요.

8. 작업증명과 뭐가 다른가요?

지분증명은 흔히 채굴에 기반한 작업증명과 비교돼요.

먼저 쓰는 자원이 달라요. 작업증명은 계산력(해시 경쟁)과 전용 장비·전기를 소모하지만, 지분증명은 맡긴 코인의 양을 기준으로 삼아요. 그래서 지분증명이 에너지를 훨씬 적게 써요.

'채굴'의 뜻도 달라져요. 작업증명에서 채굴은 복잡한 문제를 풀어 새 화폐를 발행하고 거래를 검증하는 일이지만, 지분증명에서는 장비 경쟁 대신 가진 지분을 따져서 생성자를 정하니 물리적인 채굴이 사라져요.

보안을 바라보는 전제도 달라요. 작업증명은 공격자가 계산력(해시레이트)을 절반 넘게 확보해서 공격을 노리지만(예: 51% 공격), 지분증명은 공격에 필요한 지분 자체가 슬래싱으로 불타 없어질 위험을 안고 있어요.

다만 어느 쪽이 근본적으로 더 안전한지는 아직 확실하게 결론이 난 문제가 아니에요. 유인 구조의 차이가 보안에 어떤 영향을 주는지는 여전히 연구하고 있는 주제예요.

9. 어떤 약점과 논란이 있나요?

지분증명이 탈중앙화 합의에 정말 이상적인 방식인지에 대해서는 의견이 갈려요.

첫째는 '위험성 제로(nothing-at-stake) 문제'예요. 블록 생성자가 여러 갈래로 갈라진 블록체인 역사에 동시에 투표해도 잃을 게 거의 없어서, 하나로 합의가 모이지 않는 상황이 생길 수 있다는 지적이에요. 작업증명과 달리 여러 체인에서 동시에 일하는 비용이 작기 때문이죠. 이를 줄이려는 시도로 이더리움의 슬래셔 제안(이중 서명 처벌)이나 하이브리드 방식(예: 디크레드의 작업증명·지분증명 결합) 등이 있었어요.

둘째는 '장거리 공격(long-range attack)'이에요. 아주 과거 시점부터 대체 체인을 길게 새로 짜서 바꿔치기하려는 공격을 이론적으로 이야기해요. 일부 체인은 다시 짤 수 있는 블록 수를 제한해서(예: Nxt는 최근 720개 블록까지만 다시 짜기를 허용) 대응하지만, 이 제한만으로는 갈라진 체인을 따라가다 합의가 실패할 가능성을 완전히 없애지 못한다는 비판도 있어요.

셋째는 '중앙화 걱정'이에요. 블록 생성자를 단순히 계좌 잔고에 비례해서 뽑으면, 가장 많이 가진 소수가 계속 유리해져서 시스템이 한쪽으로 쏠릴 수 있어요. 이를 막으려고 무작위화, 코인 나이, 위원회 선출 같은 여러 선별 방법이 고안됐어요. 다만 지분증명을 지지하는 쪽에서는, 자주 거론되는 공격 시나리오 상당수가 실제로 일어날 가능성이 아주 낮은 이론적 걱정에 그친다고 봐요.

10. 함께 알아 두면 좋은 개념은?

지분증명은 여러 합의 알고리즘 중 하나예요. 저장 공간을 담보로 삼는 용량 증명은 계산이 아니라 디스크 용량을 자원으로 쓴다는 점에서 지분증명과 자주 비교돼요.

새로운 검증 방식은 진짜 메인넷에 넣기 전에 테스트넷(시험용 네트워크)에서 충분히 검증해 보는 게 보통이에요. 그리고 많은 체인이 규칙 변경을 하드 포크 형태로 반영해요. 지분증명이 막으려는 대표적인 위협으로는 같은 자산을 두 번 쓰려는 이중지불 시도가 있고, 여러 변형은 비잔틴 장애 허용 성질을 갖추려고 애써요.