안녕하세요,

우리가 흔히 비트코인 채굴하면 어떤 수학문제, 또는 퍼즐을 푸느라 전기를 많이 잡아먹는다고들 하는데, 

과연 그게 어떤 행위를 한다는 것인지에 대해 알아보고자 합니다.

문송하지만, 암호학이나 프로그래밍에 대한 배경지식이 없다 보니 채굴이라는 과정을 기술적으로 이해하고 싶었습니다. 

그래야 추상적으로만 들리던 블록체인 탈중앙화의 원리를 알 수 있겠다고 생각했기 때문입니다. 

그래서 최대한 쉽게 이해되실 수 있도록 한번 설명해 보겠습니다.

먼저 채굴이라는 작업증명방식(Proof of Work, POW)을 이해하기 위해 가장 먼저 이해해야 하는 개념은 ‘해시’ 와 ‘블록’ 입니다.

1. 해시

간단합니다. 해시란 어떠한 Input 값을 넣으면 16진수의 64자리 숫자 배열이 나오는 함수입니다 

(16진수는 0~9, a~f 까지의 16가지 숫자를 말함).

즉, 제가 Input 값으로 ‘홍길동’을 넣으면 9C6B9B1B1.... 라는16진수의 64자리 고유한 숫자를 뱉어냅니다. 

[그림 1]

여기서 중요한 부분은

• 누구나, 언제나, 어디서나 홍길동의 해시값을 구해도 9C6B… 값이 나온다는 점 (홍길동의 디지털 지문이라고 볼수있음) 
• 한 글자만 달라도, 예를들어 ‘홍길동전’을 넣는다면 B8BA08B069B…로 전혀 다른 아웃풋이 나온다는 점 (아웃풋은 랜덤임)
• 홍길동이 아니라 100페이지짜리 홍길동전을 다 넣는다고 해도 아웃풋은 64자리 숫자로 일정하다는 점 
  (이 개념을 응용한다면 디지털화 된 사진, 동영상 등도 64자리 숫자로 해시화 가능)
• 해시값을 가지고 인풋값을 역으로 유추할 수는 없다는점. ( X->Y값은 고정, but Y -> X 값 찾는 것은 불가능, 역상저항성이라고 함)

입니다.

2. 블록

해시의 원리를 이해했다면 블록으로 넘어가 봅시다. 비트코인 네트워크에 있는 하나의 블록 구성은 간단하게 아래와 같습니다.

[그림 2]

실제 블록안에 포함된 정보는 훨씬 더 다양하지만 (난이도, 타임스탬프, 코인베이스 등등), 채굴의 개념을 이해하기 위해서 중요한 부분만 크게 4가지를 말씀드리면,

① 블록넘버: 블록체인의 번호. 1번이면 첫번째 블록을 의미

② 난스: 채굴에 사용될 가장 중요한 숫자 (가장 중요)

③ 자료: 거래장부 내역이 작성되는 곳. 실제 트랜젝션이 일어난 내역을 여기에 담아서 블록화 함

④ 해시:  ①+ ②+ ③을 인풋으로 한 해시값

입니다.

자 여기서 채굴이란 무엇인지를 말씀드리겠습니다.

채굴자는 먼저 약 10분동안 발생한 여러 거래 내용들을 모읍니다.

그러면 ① 번의 블록번호와 ③ 번의 거래내용들은 변하지 않는 상수가 되겠죠,

그리고 난스값을 1,2,3,4,5,6,….. 이렇게 하나씩 무차별 대입을 시도합니다.

그럼 난스값을 1씩 증가시킬 때마다 ④ 번 해시값은 계속해서 변화하겠죠?

그러다가, 우연히 해시값이 0000 으로 시작하는 난스값을 먼저 찾게된다면, 바로 그게 채굴에 성공했다라고 보는 겁니다.

이해되셨나요?

예를 들어보겠습니다.

현재까지 100개의 블록들이 연결되있다면, 다음번에 채굴할 블록의 번호는 101이겠죠 (상수)

다음 A가 B에게 1비트코인, C가 D에게 3비트코인을 준 두개의 거래 기록을 블록에 담는다고 하면 (상수)

여기서 논스를 무차별 대입합니다

[그림 3]

여기서 난스가 0일때는 블록+난스+자료의 해시값이 6993f….입니다

[그림 4]

그런데 어떤 채굴자가 31489라는 난스를 대입했더니 블록+난스+자료의 값이 00003d… 이렇게 시작을 합니다.

그러면 이 31489 난스값을 가장 먼저 찾은 채굴자가 채굴에 성공을 하게 되는 것이고, 보상으로 비트코인을 받게 되는 겁니다.

여기서 0000..으로 시작하는 난스 31489를 찾기위해서는 0부터 무차별 대입을 해나가야 하지만, 반대로 난스값을 알고 0000..으로 시작하는지 검증하는 것은 누구나 금방 대입해보면 알 수 있습니다.

이 방식은 내가 에너지를 쏟아서 난스를 찾았다는 사실, 즉 내 작업을 남들에게 증명할 수 있는 방식이라고 해서 작업증명방식(Proof of Work)이라고 하는 겁니다.

0이 4개로 시작하는 난스값을 찾는 것은 제 PC로도 할수있을 정도로 크게 어렵지는 않습니다. 그러나 0의 자리수가 점점 늘어난다면?? 난이도는 기하급수적으로 올라가겠죠?

현재 이 시점에서 비트코인의 난이도는 어느정도일까요? 한번 직접 찾아봅시다.

먼저 https://www.blockchain.com/explorer 사이트로 접속하면 Latest Block의 내용을 볼 수 있습니다.

현재 12월 22일 저녁 9시 50분 시점, 블록넘버는 715244번 입니다 (Height, 높이라고 표현함)

해시값은 000000000000000000092d5eba73c2454ef4ccf72b55ac50e312bf31d056a537 이네요. 즉 첫 19자리 숫자가 0으로 시작해야 하는 난이도 입니다. 이건 제 PC로는 찾기가 어려울 것입니다.

밑으로 내려가면 난스값은 3,967,710,241이라고 나와있습니다.

채굴기에 GPU같은 것들이 쓰이는 이유도 이렇습니다. 난스값을 병렬로 빠르게 때려 넣어서 빨리 0으로 19자리 시작하는 해시값을 찾아내야하기 때문이죠.

우선 이번 글에서는 여기까지 설명 드리도록 하겠습니다

궁금하신 부분 있으시면 댓글 남겨 주시고, 이 내용은 https://youtu.be/zmG380S2_N0 영상을 기반으로 작성했습니다

감사합니다