블록체인

정의

 

블록체인은 누구나 열람할 수 있는 디지털 장부에 거래 내역을 투명하게 기록하고, 여러 대의 컴퓨터에 이를 복제해 저장하는 분산형 데이터 저장기술을 의미함. 이를 통해 네트워크 내의 모든 참여자가 공동으로 거래 정보를 검증하고 기록, 보관함으로써 공인된 제3자가 없어도 거래 기록의 무결성 및 신뢰성을 확보하는 기술임.

 

블록체인은 Satoshi Nakamoto가 2008년 발표한 “비트코인 : 개인 대 개인의 전자화폐 시스템”에 처음 등장하였으며 2009년에 블록체인 기술을 적용한 최초의 암호화폐인 비트코인(bitcoin)을 개발하였음.

 

블록체인인 분산처리와 암호화 기술을 동시에 적용하여 높은 보안성을 확보하고 거래과정의 신속성과 투명성을 보장하기에 데이터 원본의 무결성을 보장할 수 있어 이러한 특징을 필요로 하는 다양한 거래 및 계약을 기반으로 한 서비스들에 적용되고 있으며 금융을 비롯해 보험, 교통, 헬스케어, 에너지, 물류와 배송, 음악, 제조, IoT, 소셜 미디어 그리고 공공분야 등 거의 모든 주요 산업 분야에 적용될 예정임.

특히 기술발전 역시 빠른속도로 증가하여 2020년 기준 관련 특허가 국내에만 3천건에 달하고 있음. 주요 분야는 인증/보안 기술, 핀테크 관련 기술, 자산관리 기술, 블록체인기반 기술, 플랫폼응용 기술, 이력관리 기술, IoT적용 기술, 기타 기술 분야이며 2019년까지의 특허 중가 추이는 아래 그림과 같음.

 

블록체인 관련 특허 증가 추이 (특허청, 2020)

분류

블록체인인 사용용도나 접근권한에 따라 다양한 형태로 분류할 수 있는데 일반적으로 공개(Public)방식과 비공개(Private)방식으로 분류할 수 있음. 이는 블록체인의 가장 큰 특성인 분산 원장 기술(DLT)을 토대로 보안과 투명성을 담보할 수 있는 P2P 네트워크를 통해 배포되는 방식에 의한 구분으로써, 블록체인의 참여자들이 원장의 현재 상태에 대한 합의에 도달하는 합의 알고리즘의 차이에 의해 발생하며 작업 증명(PoW)과 지분 증명(PoS)으로 구분할 수 있음. 공개 블록체인을 사용하면 모든 사용자가 의사 익명으로 블록체인 네트워크에 참여할 수 있으며(즉, 네트워크의 "노드"가 됨) 블록체인 네트워크에서 노드의 권한을 제한하지 않게 되며, 반대로 비공개 블록체인은 네트워크에 대한 액세스를 특정 노드로 제한하고 해당 네트워크에서 해당 노드의 권한도 제한할 수 있음. 비공개 블록체인 사용자의 신원은 비공개 블록체인의 다른 사용자에게 공개됨.

 

공개 블록체인은 비공개 블록체인보다 더 안전한 경향이 있는데 이는 거래를 검증하는 노드가 많고 네트워크에서 악의적인 행위를 공모하기 어렵기 때문임. 그러나 이 때문에 노드의 수가 많고 트랜잭션의 크기가 크기에 트랜잭션 처리 시간이 긴 경향이 있으나, 비공개 블록체인은 성능의 경우 더 ​​효율적인데 이는 네트워크에 대한 액세스가 제한되어 있기 때문에 블록체인에 노드가 적어 트랜잭션당 처리 시간이 줄어들기 때문임.

 

분류	특징
공개 블록체인 (Public blockchain)	접근 제한이 전혀 없는 블록체인. 동일한 프로토콜을 지원하는 S/W를 설치하면, 아무나 참여 할 수 있음
비공개 블록체인 (Private blockchains)	특정 권한이 부여된 비공개 블록체인. 하나의 기관에서 독자적으로 운영하며, 기관에 속한자만 참여하는 것으로 제한되어 있음
하이브리드 블록체인 (Hybrid blockchain)	중앙식, 탈중앙식 기능을 모두 갖춘 블록체인.
컨소시엄 블록체인 (Consortium Blockchain	컨소시엄을 이루는 여러 기관이 함께 참여하며, 허가된 기관만 참여하는 것으로 제한되어 있음

 

주요기술

 

ㅇ 기술배경

거래의 최소 단위는 트랜잭션(transaction, 약칭 'Tx')으로 더 이상 쪼갤 수 없는 업무 처리의 최소 단위를 의미하며 트랜잭션을 통해 생성된 다수의 거래내역을 묶어 하나의 블록을 구성하게 되는데 하나의 블록에는 하위 해시들을 다시 해시 함수로 변환한 최종 해시값을 지닌 루트해시가 존재해야 하기 위해 각 거래내역에 1:1로 대응하는 해시값을 생성하고, 두 개의 해시를 합쳐 하나의 상위 해시를 생성하며, 그 상위 해시 2개를 합쳐 다시 더 상위의 해시를 생성함.

만약 해시의 개수가 홀수이면 맨 마지막 하나의 해시는 자기 자신과 해시 연산을 수행하는 과정을 계속 반복하면, 최종적으로 트리의 최상위 지점에 하나의 루트해시가 생성되고, 이러한 해시값의 구조를 해시트리라고 하는데. 하나의 블록에는 반드시 하나의 루트해시가 존재해야 함.

거래내역 중 하나라도 위변조할 경우 해당 해시값과 그 상위의 모든 해시값이 변경되어 결과적으로 루트해시가 달라지게 되므로 블록의 루트해시만 비교해 보면 그 하위에 있는 해시를 일일이 비교 검사하지 않더라도 데이터가 위변조되었는지 즉시 확인할 수 있기에 거래의 무결성을 보장하게 됨.

 

블록체인 구조 (hash.kr)

  ㅇ 적용기술

- P2P(Peer-to-Peer) 네트워크

P2P 네트워크 및 시스템의 사전적 정의는 물리적 네트워크 위에 존재하는 다수 노드들 간의 연결과 상호 작용을 통해 구성된 네트워크 및 시스템으로 인터넷에서 개인과 개인이 직접 연결되어 파일을 공유하는 방식으로 컴퓨터(peer)와 컴퓨터를 직접 연결해 서버 없이도 인터넷 등을 통해 각자의 컴퓨터 안에 있는 다양한 자원 (파일이나 하드웨어 등)을 공유할 수 있게 하는 기술로써, 이를 통해 기존의 서버와 클라이언트 개념이나 공급자와 소비자 개념에서 벗어나 개인 컴퓨터끼리 직접 연결하고 검색함으로써 모든 참여자가 공급자인 동시에 수요자가 되는 형태를 의미함.

 

- 합의 알고리즘

P2P 네트워크에서는 데이터의 지연도달과 미도달을 피할 수 없기 때문에 모든 노드가 정확하게 데이터를 공유하는 것은 어려운 일로. P2P 네트워크에 참여한 각 노드들이 동일한 내용으로 데이터 블록을 생성하기 위해서는 참여 노드들 간의 합의 과정이 필요함. 대표적인 합의 알고리즘에는 PoW (Proof of Work), PoS (Proof of Stake), DPoS (Delegated PoS), PBFT (Practical Byzantine Fault Tolerance) 등이 있음.

 

합의 알고리즘 특징 (https://medium.com/)

  - 전자서명

전자서명은 전자문서의 무결성을 증명하기 위해 전자문서에 첨부되는 전자적 형태의 정보로써, 전자 데이터의 타당성을 증명하는 것으로, 전자 데이터를 보내는 사람이 서명을 생성하고 받는 사람은 그 서명을 검증해 타인에 의한 위조나 변조가 이루어졌는지를 확인할 수 있음. 전자서명은 공개키 암호화 방식의 구조를 응용하여 구현되는데 공개키 암호화 방식은 타인에게 공개되지 않는 비밀키와 타인에게 공개되는 공개키 등 두 개의 키가 사용되며 비밀키로 암호화한 것은 공개키로 복호화가 가능하며 그 반대도 가능한데, 전자서명은 공개키 암호화 방식의 이러한 특징을 이용하여 비밀키로 문서를 암호화하여 서명을 생성하고, 공개키로 복호화하여 서명을 검증함.

 

- 스마트 계약

스마트 계약 또는 스마트 컨트랙트(smart contract)는 1990년대 중반 닉 재보(Nick Szabo)가 고안한 개념으로서, 계약 당사자가 사전에 협의한 내용을 미리 프로그래밍하여 전자 계약서 문서 안에 넣어두고, 이 계약 조건이 모두 충족되면 자동으로 계약 내용이 실행되도록 하는 시스템으로, 스마트 컨트랙트는 입력 매개변수 외에는 블록체인에 기록된 데이터만을 사용하기 때문에 블록체인 시스템 내 어떤 참여 개체가 실행하더라도 같은 결과를 얻을 수 있으며, 누구나 결과를 검증할 수 있는 특성을 지님.

 

순서	방법
1	스마트 컨트랙트를 실행하려는 개체는 해당 스마트 컨트랙트의 이름과 실행에 필요한 입력 매개변수를 트랜잭션을 생성할 수 있는 개체에게 전달한다.
2	트랜잭션을 생성할 수 있는 개체는 전달받은 내용을 기반으로 트랜잭션을 생성하고, 스마트 컨트랙트를 실행할 수 있는 개체에게 전달한다.
3	스마트 컨트랙트를 실행할 수 있는 개체는 자신의 현재 상태 DB를 참고하여 스마트 컨트랙트를 실행하고 실행 결과를 전달받은 트랜잭션에 덧붙인 후, 블록 생성 노드에게 전달한다.
4	블록 생성 노드는 전달받은 트랜잭션을 블록에 포함하고, 전달받은 실행 결과에 따라 자신의 원장과 상태 DB를 업데이트한 후 생성된 블록을 전파한다.
5	블록을 전달받은 개체들은 각자 자신의 원장과 상태 DB를 업데이트한다. 위의 과정에서 블록체인 네트워크에 스마트 컨트랙트의 실행 결과가 포함된 트랜잭션이 공유되므로 블록체인 시스템 내 모든 개체는 자신의 상태 DB를 활용하여 스마트 컨트랙트가 올바르게 실행되었는지 검증할 수 있다.

 

주요동향

 

ㅇ 해외 동향

 

- 국가별 동향

미국 정부는 블록체인을 산업 전반에 적용하기 위해 다양한 법률 제정을 추진하고, 다수의 부처가 적극적으로 시범사업과 연구를 추진 중으로 서비스를 위한 규제 연구를 강화하고 있음. 주정부 및 지방정부는 지방 경제 활성화, 투표, 의료 서비스, 공공 서비스 향상을 위해 블록체인 기술을 도입하여 산업경쟁력을 강화하고 있음. 미국의 글로벌 기업들인 아마존, 구글, IBM 등은 물류 및 유통, 은행, 의료, 금융 및 보안 분야 등에 블록체인 사업을 추진하고 있음.

중국은 2016년부터 본격적으로 블록체인 연구와 지원을 하고 있음. 2015년 13차 5개년계획(2016~2020년)에서 블록체인을 “전략적 최선진기술”로 규정하여 진흥을 추진하기로 하였으며, 2019년 “블록체인 핵심 기술을 인공지능, 빅데이터, 사물인터넷 등 첨단정보 기술과 융합하고 각종 산업부분에 적용”을 목표로 정하여 블록체인 핵심기술을 선점하고, 블록체인 생태계 안에서 블록체인을 적극적으로 육성하는 동시에 관련 기술에 대한 개입과 통제력을 강화하는 방법을 추진하고 있음(국경완, 2020)(정기수, 김대원, 2019).

영국은 블록체인 기술 분야의 선두주자로서 혁신적인 얼리어답터가 되기 위해 다양한 디지털 정책 전략을 펼치고 있음. 특히 영국 과학부에서 발간한“분산원장 기술: 블록체인을 넘어(Distributed Ledger Technology: beyond blockchain)”에는 블록체인 기술에 대해 구체적인 8가지 사항을 권고하고 있으며 이 분야의 선두주자를 선점하기 위해 발 빠르게 블록체인 기술 도입을 위한 전략을 발표한 것으로 해석될 수 있음. 해당 보고서에는 특히 블록체인 기술의 효용성 평가 및 실증사업 추진, 규제 개선, 실제 적용 가능 수준으로 기술력 확보를 추진하고, 정부의 탑다운 방식뿐만 아니라 민간 협력을 추진하여 블록체인 역량을 축적해야 한다고 권고하고 있음.

 

ㅇ 국내 동향

 

2018년 5월 대한민국 행정안전부는 향후 3년간에 걸쳐 블록체인 기반의 전자증명서 발급·유통 플랫폼 구축에 나서겠다고 밝혔다. 공공기관에서 발급하는 약 2,700여종의 증명서에 대해 연간 3억 7천만 건의 종이 증명서가 발급되고 있는데, 국민과 기업의 불편 및 사회적 비용을 줄이기 위해 블록체인 기술을 도입함으로써 개인 모바일 기기를 활용해 전자문서 형태로 발급받을 수 있게 하는 계획을 수립함.