블록체인 작동 원리 이해하기: 기본 개념

블록체인 작동 원리 

1.  블록체인이란 무엇인가?

최근 Blockchains 인기는 믿기 힘들 정도로  커져가고 있습니다. 그렇다면 과연  blockchain은 무엇일까요? 어떻게 작동되며, 어떤 문제들을  해결하는 데 사용할 수 있을까요? 말 그대로, 블록체인은 각 블록마다 정보가 포함되어 있고 이러한 여러 블록들을 하나의 사슬에 연결한 것입니다. 이 기술은  1991 년에 한 연구진에 의해 최초로 발표되었습니다. 원래는 디지털 문서에 타임스탬프를 찍어서 소급 변경이나 무단 변경을 불가능하게 하는 것이었습니다. 일종의 공증 기능이지요. 그러나 이 기술은 2009 년 사토시 나카모토가 디지털 암호 화폐인 비트 코인에 사용하기까지는 큰 주목을 받지 못했습니다. 앞으로 이 블록체인기술이 세상의 많은 것을 변화시킬 것이기에 알아두면 좋을 거 같같아 포스팅합니다. 

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2.  블록체인의 주요 구성 요소

1️⃣ 블록(Block):
블록은 데이터를 저장하는 단위입니다. 각 블록은 다음의 데이터를 포함합니다:

• 거래 내역: 사용자 간 거래 기록.
• 이전 블록의 해시 값: 연결성을 유지하고 위변조를 방지합니다.
• 타임스탬프: 거래 발생 시간.

블록체인은 분산 장부로써  모든 사람들에게 완전히 개방되어 있습니다. 흥미로운 속성중 하나는 어떤 데이터가 블록체인 안에 일단 기록되면 그것을 변경하는 것이 매우 어렵다는 것입니다. 그럼 어떻게 그것이 가능할까요? 먼저 블록이 무엇인지에 대해  좀 더 자세히 살펴보겠습니다. 각 블록은 데이터, 그 데이터의 해시 값, 그리고 해당 블록 바로 이전 블록의 해시  값을 포함합니다. 한 개의 블록 내에 저장된 데이터는  블록체인의 종류에 따라서 다릅니다. 예를 들면 비트 코인의 블록체인은  비트코인 거래의 세부 내용인 코인의 발송자, 수신자 및 금액을 포함합니다.

2️⃣ 해시(Hash):
해시는 데이터를 고정된 길이의 암호화된 값으로 변환하는 알고리즘입니다.

• 새로운 데이터가 추가될 때마다 고유한 해시 값이 생성됩니다.
• 이를 통해 데이터의 위조나 변경을 방지할 수 있습니다.

블록은 또한 해시값을 포함합니다. 해시는 사람 손의 지문과 같은역할을 합니다. 해시는 어떤 블록을 고유 식별하는 값으로  해당 블록과 그 안에 있는 내용의 고윳값입니다.  마치 사람 손가락의 지문처럼,   각 블록은 자신의 고윳값을 가집니다. 매 생성된 블록마다 그 블록의 해시값이 계산됩니다. 그래서 블록 안에 있는 최소한의 데이터라도 변경되면  해시값도 완전히 다른 값으로 변경됩니다. 그래서 해시는 주어진 블록의 데이터가 변경되었는지  여부를 감지하는데 아주 좋은 방법입니다. 만약 블록의 지문인 해시값이 변경되면,  그것은 더 이상 같은 블록이 될 수없습니다.

3️⃣ 체인(Chain):
블록들이 순차적으로 연결되어 체인을 형성합니다. 이 연결은 암호학적 해시를 사용하여 무결성을 유지하며, 블록 하나가 변경되면 전체 체인이 영향을 받도록 설계되어 보안성이 강화됩니다.

각 블록 안의 세 번째 요소는 직전 블록의 해시값입니다. 이것은 결과적으로 이전의 모든블록들을  하나의 사슬로 묶는 것이 되어서 블록체인을 아주 안전하게 만들게 됩니다. 예를 들어 보죠. 여기에 3 개의 블록이 연결된 블록체인이 있습니다. 보시다시피, 각 블록은 각 블록 자체의해시값와 아울러 이전 블록의 해시값을 가지고 있습니다. 그래서 3번 블록은 2번 블록을 가리키고  2번 블록은 1번 블록을 가리킵니다. 1번 블록은 좀 특별한 것으로 이전 블록을 가리킬 수없습니다. 왜냐하면 그것이 최초의 블록이기 때문입니다. 우리는 이 것을 최초 블록이라고 부릅니다.

여기서 두 번째 블록의 데이타를  임의로 변경했다고 가정해 봅시다. 이 변경은  블록의 해시값을 변경하게 됩니다. 따라서 3번 블록과 그다음 블록들은  직전 블록인 2번 블록의 해시값이 유효하지 않기 때문에 자동으로 무효가 됩니다. 그래서 하나의 블록을 변경하면  이어서 나오는 모든 블록들을 무효화시킵니다. 그러나 해시값만으로는  변조를 방지하는데 충분하지 않습니다. 요즘의 컴퓨터는 아주 빨라서 초당 수십만 개의 해시값을 계산할 수 있습니다. 그래서 블록을 조작한 후 다른 블록의 모든 해시를 재빨리 재계산하여서 손쉽게 전체 블록체인을 유효하게 조작할 수 있습니다.

 그래서 이 문제를 해결하기 위해서 블록체인 작업증명(proof-of-work)의 개념을 사용합니다. 그것은 새로운 블록을 만드는 데 걸리는 시간을 지연시키는 것입니다. Bitcoins의 경우에는 새 블록을 추가하기 위해서  필요한 증명 작업을 계산하는데 약 10 분 소요가 됩니다. 이 방법은 블록을 변조하는 것을 매우 어렵게 만듭니다. 왜냐하면 만약 1개 블록을 무단으로 변조하면 같은 블록체인상의 나머지 블록도  작업 증명을 다시 해야 하기 때문입니다. 그래서 블록체인의 보안은 해시값과  작업 증명을 절묘하게 사용하여 나타내는 방법입니다. 여기에다 블록체인에 분산시스템을 사용하여서  보안을 더욱 강화합니다.

4️⃣ 분산 네트워크:
블록체인은 중앙 서버가 아닌 네트워크 참여자(노드)가 거래를 검증하고 저장합니다.

• 네트워크의 모든 참여자가 동일한 원장 사본을 보유합니다.
• 블록 추가 시 모든 노드가 이를 검증하여 합의합니다.

하나의 중앙관리자를 통해서 체인을 유지를 하지 않고 블록체인은 동등계층통신(peer-to-peer) 네트워크를 통해서 누구든지 가입할 수 있게 했습니다. 이 네트워크에 참여하는 자마다 전체 블록체인을 복사해 옵니다. 각 노드는 이와 같은 방식으로  각 자의 블록체인 전체가 유효한지를 검증합니다. 그럼 이제 새로운 블록이 만들어질 때 어떤 일이 일어나는지 살펴보겠습니다. 새로 만들어진 블록은  네트워크에 있는 모든 사람에게 전송됩니다. 그리고 각 노드는  각자 받은 블록이 변조되지 않았는지 확인합니다. 각 노드는 새 블록의 모든 점을 확인한 후에  이 블록을 자기가 소요하고 있는  블록체인에 첨가합니다.

네트워크 상의 모든 노드가 같이 합의에 도달하게 됩니다. 모든 노드들은 각 블록의 유효 여부를 결정합니다. 한 노드에 변조된 블록이 있더라도 그 블록은  네트워크의 다른 노드들에 의해서 거부됩니다. 그래서 한 블록체인을 성공적으로 조작하기 위해서는  체인에 있는 모든 블록을 동시에 조작해야 할 뿐만 아니라 각각의 블록에 대한 작업 증명을 재실행하여서   P2P 네트워크상의 50% 보다 많은 노드로부터 동의를 받아야 합니다. 그런 다음에야 그 변조된 블록이  모도는 사람에 의해 받아들여지게 됩니다. 하지만, 그것은 거의 불가능합니다! 블록체인 은 지속적으로 진화하고 있습니다.

 최근에 발전된 것 중 하나는  스마트 계약을 생성하는 것(이더리움이 이것으로 유명해졌음)입니다. 이 계약들은 블록체인에 저장된 간단한 프로그램으로서 일정한 조건이 충족될 때에 따라  자동으로 코인 거래가 이루어질 것입니다. 스마트 계약에 대해 더 자세한 것은 나중에 다른 비디오에서 다루겠습니다. 요즘 블록체인 기술에 대해서 점점 더 많은 사람들이 관심을 보이고 있습니다. 머지않아 이 테크놀로지가 다양한 분야에  적용될 수 있음을 깨닫고 있습니다. 의료 진료자료의 저장, 디지털 공증,  심지어는 세금 징수에도 사용될 것으로 보고 있습니다. 지금까지 아주 기초적인 수준에서 블록체인이 무엇인지,  그리고 어떻게 작동되는지, 어떤 문제를 해결할 수 있는지를 보셨습니다.

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3.  블록체인 기술의 특징

1️⃣ 탈중앙화:

중앙 기관 없이도 신뢰를 보장합니다. 모든 데이터는 네트워크 참여자들에 의해 관리됩니다.

2️⃣ 보안성:

암호학적 기술과 분산 구조 덕분에 데이터 위조나 해킹 가능성이 낮습니다.

3️⃣ 투명성:

모든 거래는 공개되어 누구나 확인할 수 있으며, 위변조가 불가능합니다.

4️⃣ 확장성:

블록체인은 금융, 물류, 의료, 교육 등 다양한 산업에서 활용 가능하며, 혁신을 가져오고 있습니다.

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4.  블록체인의 활용 사례

1️⃣ 금융:

암호화폐(비트코인, 이더리움) 기반 거래 및 스마트 계약.

2️⃣ 물류:

상품 이동 경로를 실시간으로 추적하여 신뢰성과 효율성 증대.

3️⃣ 의료:

환자 데이터를 안전하게 공유하고, 의료 기록을 관리.

4️⃣ 교육:

블록체인 기반 학위 및 자격 증명 관리.

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결론:

블록체인은 데이터 관리 방식에 혁신을 가져온 기술입니다. 보안성, 투명성, 탈중앙화를 바탕으로 금융, 물류, 의료 등 다양한 분야에서 활용되고 있으며, 앞으로도 더 큰 발전 가능성을 가지고 있습니다. 블록체인의 작동 원리를 이해하고 기술적 구조를 탐구하면, 미래 산업의 변화를 선도할 수 있는 중요한 인사이트를 얻을 수 있습니다. 모두 같이 세상의 빠른 변화에 적응해 봐요!

 

📚소스

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