비트코인등 “블록체인 플랫폼에서의 합의 알고리즘”이란 논문을 보면 도편추방제는 아니지만 합의 매커니즘에 증명을 하는 방식이 작업증명과 지분증명의 두가지가 있다.
PoW (Proof of Work, 작업 증명): PoW [2]는 가장 보편적으로 알려진 합의 알고리즘이다. 비트코인에서는 10 분 단위로 발생한 모든 거래를 하나의 블록으로 묶어 시간 순서에 따라 하나의 체인처럼 연결하여 전체 P2P 네트워크 상에 공유한다. 네트워크 내의 노드들은 이전
블록 헤더의 해시값과 nonce 를 연접한 값을 해시 연산하여 특정한 값 를 찾는 연산을 수행하게 된다.
nonce 는 최초 0 부터 시작하여 조건을 만족하는 해시값을 찾을 때까지 1 씩 증가하는 32-bits 의 수이고, 는 몇 개의 0 으로 시작되는 256-bits의 수이다. 해시 연산의 특성 상 역연산이 어렵기 때문에 X를 찾기 위해서는 nonce 를 변화시키면서 순차적으로 대입하여
연산하는 과정이 필수적으로 요구된다. 이러한 과정 때문에 컴퓨팅 파워가 높은 노드일 수록 블록 생성에 걸리는 시간은 줄어든다. 해시 연산을 ℎ(. )로 표시할 때 (1)과 같은 조건을 만족한다면 번 째 블록에 대한 증명작업이 완료된다.
ℎ(ℎ( − 1 ℎ ℎ )|| )
<
PoS (Proof of Stake, 지분 증명): PoW 의 대안으로 제안되어 개발된 PoS [3]에서는 계산능력이 아닌 화폐의 보유량에 따라 각 노드의 합의 결정권이 달라진다. 만약 노드 A 가 가진 화폐 보유량이 (), 를 타임스탬프, 를 난이도 조정값이라고 하면 (2)와 같은 조건을
만족할 때 블록 n 에 대한 합의 권한이 노드 A에게 주어진다.
ℎ(ℎ( − 1 ℎ ℎ ), )≤ ℎ( (), ) (2)
일반적으로 블록체인을 공격하기 위해서는 공격자가 네트워크의 51% 이상을 점령해야 하는데 PoS를 사용하면 총 화폐 보유량 중 51% 이상을 가지고 있어야 공격이 가능하므로, PoW 를 사용할 때보다 해커 입장에서 공격에 드는 비용이 매우 증가하여 보안성이 같이 높아진다는 장점을 가진다. 이러한 특징 때문에 최근 이더리움에서는 합의 알고리즘을 PoW에서 PoS 로 바꾸려는 움직임이 나타나고 있다.
암호화 화폐등에 많이 쓰이는 영지식 증명이란 것이 있다.
영지식 증명(零知識 證明, 영어: zero-knowledge proof) 또는 제로 널리지 프로토콜(영어: zero-knowledge protocol)은 암호학에서 누군가가 상대방에게 어떤 사항(statement)이 참이라는 것을 증명할 때, 그 문장의 참 거짓 여부를 제외한 어떤 것도 노출되지 않는 interactive한 절차를 뜻한다.
어떤 문장이 참이라는 것을 증명하려는 쪽을 증명자(證明者, prover)라 하고, 증명 과정에 참여하여 증명자와 정보를 주고 받는 쪽을 검증자 (檢證者, verifier)라고 한다. 영지식 증명에 참여하는 당사자들이 상대방을 속이려는 목적으로 프로토콜을 임의로 변경하는 경우, 당사자들이 부정직하다 또는 정직하지 않다 (dishonest, 혹은 cheating)고 한다. 그 외의 경우에는, 정직하다고 한다.
영지식 증명은 다음과 같은 세가지 성질을 만족시켜야 한다.
완전성(完全性, completeness): 어떤 문장이 참이면, 정직한 증명자는 정직한 검증자에게 이 사실을 납득시킬 수 있어야 한다.
건실성(健實性, soundness): 어떤 문장이 거짓이면, 어떠한 부정직한 증명자라도 정직한 검증자에게 이 문장이 사실이라고 납득시킬 수 없어야 한다.
영지식성 (零知識性, zero-knowledgeness): 어떤 문장이 참이면, 검증자는 문장의 참 거짓 이외에는 아무것도 알 수 없어야 한다.
빅터가 밖에서 기다리는 동안, 페기는 A나 B 중 아무 방향을 골라 동굴에 들어간다
빅터가 A나 B 중 아무 출구를 골라 페기에게 외친다
페기는 빅터가 말한 출구로 나온다
영지식 증명을 쉽게 이해하기 위해 다음과 같은 비유를 들 수 있다. 이 비유는 장 자크 키스케다가 "어린이를 위한 영지식 증명"이라는 논문에서 사용한 것이다.
증명자 페기는 어떤 동굴 안에 있는 비밀 문의 열쇠를 갖고 있다고 하자. 동굴은 그림과 같이 고리 모양으로 되어 있고, 그 한가운데를 비밀 문이 막고 있다. 비밀 문의 반대편에는 동굴의 입구가 있고, 입구에서는 비밀 문의 모습이 보이지 않는다. 페기는 빅터에게 자기가 정말로 열쇠를 갖고 있다는 것을 알려줘야 하지만, 다른 사람에게 자신에 관한 비밀이 알려지는 것은 싫어한다.
다음과 같은 방법으로, 다른 사람에게 어떤 정보도 주지 않으면서 페기가 비밀 문의 열쇠를 갖고 있다는 것을 증명할 수 있다.
먼저 페기가 A와 B 가운데 아무 통로나 골라 동굴로 들어간다. 이때 빅터는 입구 밖에 서 있어서 페기가 어떤 통로로 들어갔는지 볼 수 없다. 그 다음 빅터가 입구로 들어와 A나 B 가운데 아무 통로나 골라 페기에게 외친다. 페기는 그 말을 듣고 빅터가 고른 통로로 나타난다.
만약 페기에게 비밀 문의 열쇠가 있다면, 빅터가 어떤 통로를 골라도 페기는 그 통로로 나올 수 있다. 그러나 페기에게 비밀 문의 열쇠가 없다면 페기는 처음 골랐던 통로로만 나올 수 있으므로, 50% 확률로 빅터의 요구를 만족할 수 없다. 만약 위와 같은 실험을 여러번 반복한다면 페기가 빅터의 요구를 전부 만족할 수 있을 확률은 매우 낮다. 예를 들어 위와 같이 20번만 반복해도, 페기가 열쇠를 갖고 있지 않으면서 빅터의 답을 모두 맞출 수 있는 확률은 100만분의 1 이하가 된다.
그러나 이런 실험을 아무리 반복해도, 페기는 빅터 외의 다른 사람에게 어떤 정보도 주지 않는 셈이 된다. 예를 들어 빅터가 페기와의 실험을 전부 캠코더로 녹화해 다른 사람에게 보여준다고 해도, 빅터가 아닌 다른 이들에게는 어떤 증명도 될 수 없다. 빅터와 페기가 사전에 어떤 통로로 나올지를 약속한 다음 캠코더로 녹화했다면 열쇠가 없더라도 통로를 전부 맞추는 영상을 찍을 수 있기 때문이다. 반면 빅터는 자신이 임의의 통로를 불러줬다는 사실을 알고 있으므로, 이 증명은 빅터에게만 유효한 증명이 된다.
도편 추방(陶片 追放, 그리스어 οστρακισμός ostrakismos, ostracism)는 고대 아테나이 민주정에서 참주가 될 위험이 있는 인물의 이름을 도자기 조각에 적는 방법의 투표로 국외로 10년간 추방하는 제도이다. 아테나이 시민들은 도자기 조각에 체제에 위협이 될 만한 사람이나 독재자가 될 위험이 있는 인물의 이름을 쓰고 그 인물을 추방했다.
이 제도는 정치가들이 정적을 끌어내는 수단이기도 하였다. 기소나 변론할 기회가 없었고, 추방하는 것도 사실은 벌이 아니라 아테나이 시민들의 명령일 뿐이었다.
이 용어는 도자기 깨진 조각을 뜻하는 오스트라콘(ὄστρακον)에서 유래했다. 주변에서 흔히 구할 수 있는 도자기 조각은 마구 갈겨 적을 수 있는 종이의 역할을 했다. 이는 이집트에서 수입되던 고급 매체인 파피루스와 대비된다.
메디블록이란 환자 의료기록을 블록체인으로 구현한 플랫폼이 있는데 환자 메디컬 레코드를 의료인이 접근해야 한다. 그렇다면 이 사람이 돌팔이가 아닌 의사임을 증명해야 하는데 이런 기술들이 필요하다고 본다. 유튜브를 보니 의사 4명의 동의가 있어야 이 사람이 의사임을 인정해준다고 한다.
즉 암호화 화폐에서 작업증명이나 지분증명시에 악의적인 인물을 도편 추방제처럼 몰아내는 시스템이 구축해야 한다.
