블록체인이란 무엇인가 — 아무도 관리하지 않는 장부가 성립하는 이유

침입자가 제일 먼저 하는 일

남의 컴퓨터에 몰래 들어온 사람에게는 들어온 다음에 할 일이 하나 더 있다. 자기가 들어왔다는 흔적을 지우는 것이다.

2020년 논문 한 편은 이것을 침입 이후에 공격자들이 으레 벌이는 일로 적는다. 시스템이 남긴 기록에서 자기 발자국을 덮어, 조사하는 쪽의 일을 어렵게 만든다는 것이다 (DOI: 10.14722/ndss.2020.24065).

여기에 이상한 구석이 있다. 그 기록은 침입당한 바로 그 기계 안에 있다. 기계 안까지 들어온 사람은 기록 안에도 들어올 수 있다. 무슨 일이 있었는지 알려 줄 유일한 물건이 하필 그것을 숨기고 싶은 사람의 손에 놓여 있는 셈이다.

컴퓨터만의 사정은 아니다. 창고의 재고 노트를 창고장이 혼자 쓰고 혼자 보관한다면, 물건이 하나 비었을 때 노트에는 아무 일도 없었던 것으로 적힐 수 있다.

우리는 대개 이런 식으로 무언가를 믿는다. 기록을 맡아 두는 곳이 따로 있고, 우리는 그 곳을 믿는다. 은행 잔고도 등기부도 성적표도 그렇게 굴러간다.

그리고 대부분의 경우 잘 굴러간다. 맡아 두는 곳이 정직하고 유능한 한 이 방식은 싸고 빠르고 충분하다. 이 글의 결론을 미리 말해 두면, 그럴 때는 이 방식이 낫다.

문제는 그 믿음이 어긋난 순간을 우리가 알아챌 방법이 없다는 데 있다. 맡아 둔 쪽이 어제 적은 줄 하나를 오늘 고쳐 놓아도, 우리 눈앞에는 오늘 것만 온다. 어제 것이 어땠는지는 그쪽이 들고 있다.

그래서 이런 물음을 던져 볼 수 있다. 맡아 두는 곳을 아예 없애면 어떻게 되는가. 아무도 관리하지 않는데도 고칠 수도 지울 수도 없는 기록을 만들 수 있는가.

이 물음에는 이미 나와 있는 답이 하나 있다. 그 답에 붙은 이름이 이 글의 제목이고, 답 자체는 한 덩어리가 아니라 세 조각으로 되어 있다. 고치면 표가 나게 만드는 조각, 누가 썼는지를 밝히는 조각, 그리고 무엇이 진짜 기록인지를 여럿이 정하는 조각이다.

고칠 수는 있다, 고친 티가 날 뿐이다

앞의 2020년 논문으로 돌아가자. 그 연구자들이 만든 장치는 기록을 못 고치게 막는 장치가 아니다.

저자들이 적은 결과가 그 차이를 보여 준다. 실제 공격 시나리오에 놓고 보니, 흔적을 지우려는 공격자는 둘 중 하나를 골라야 하는 처지가 된다. 조용히 있으면서 기록을 건드리지 않든가, 그러면 그 기록이 수사에 쓰인다. 아니면 기록을 지우고 대신 들키든가 (DOI: 10.14722/ndss.2020.24065).

고치는 것을 막지는 못하지만 고친 사실이 드러나게 하는 성질, 이것을 변조 탐지라고 한다. 자물쇠가 아니라 봉인이다. 약병 뚜껑의 봉인 띠는 뚜껑이 열리는 것을 막아 주지 않는다. 열렸다는 사실을 남길 뿐이다.

봉인을 만드는 재료가 있다. 아무리 긴 글이든 정해진 길이의 짧은 값 하나로 줄여 놓은 것, 이것을 해시라고 한다. 책 한 권을 통째로 넣으면 짧은 값 하나가 나오고, 같은 책을 다시 넣으면 같은 값이 나온다.

2020년의 한 리뷰는 이 도구를 임의의 길이를 가진 입력을 정해진 길이의 문자열로 압축하는 함수로 적고, 암호학에서 가장 중요한 도구의 하나라고 정리한다. 진본성 확인과 디지털 서명과 디지털 타임스탬프를 그 쓰임으로 든다 (DOI: 10.26483/ijarcs.v11i2.6508).

봉인이 되려면 하나가 더 있어야 한다. 글을 고쳐 놓고도 같은 값이 나오게 만드는 일이 터무니없이 어려워야 한다. 그래야 값이 그대로라는 사실이 글도 그대로라는 뜻이 된다.

여기서 앞 편의 문장이 그대로 되살아난다. 「열쇠와 자물쇠」에서 우리는 오늘날의 암호가 증명된 불가능 위가 아니라 아직 아무도 치를 수 없는 계산 값 위에 서 있다고 했다. 이 재료도 같은 자리에 있다.

방금의 리뷰가 바로 그 점을 적는다. 이 함수들의 안전성이 중요한 주제가 된 것은 거의 매일 새로운 공격이 나오고 있기 때문이며, 같은 리뷰는 특정 함수들에 실제로 통한 공격들도 함께 분류해 정리한다 (DOI: 10.26483/ijarcs.v11i2.6508).

1997년의 한 정보용 문서도 같은 조건을 단다. 해시와 비밀 키를 묶어 메시지 인증에 쓰는 방식을 적어 둔 이 문서는 자기가 어떤 종류의 인터넷 표준도 규정하지 않는다고 스스로 밝히면서, 그 방식의 암호학적 세기가 바탕에 깔린 해시 함수의 성질에 달려 있다고 적는다 (DOI: 10.17487/rfc2104, 정보용 RFC).

이제 봉인을 기록에 붙여 보자. 누가 무엇을 언제 했는지를 일어난 순서대로 적어 둔 기록, 이것을 장부라고 한다. 통장 거래 내역이 장부고, 등기부가 장부고, 창고의 재고 노트도 장부다. 해시로 찍은 값은 앞으로 봉인값이라고 부르겠다.

장부의 줄마다 봉인값을 하나씩 달아 두면 될까. 그것만으로는 모자란다. 줄 하나를 통째로 들어내면서 그 줄의 봉인값도 같이 들어내면 아무 흔적이 남지 않는다.

2002년 논문이 이 자리를 겨눴다. 저자들은 시스템이 지나온 상태들을 변조가 드러나는 형태로 남긴 역사 기록을 안전한 시간선이라 부르고, 그것이 시간 순서를 증명 가능한 방식으로 따질 수 있게 해 준다고 적는다 (DOI: 10.48550/arxiv.cs/0202005, 프리프린트).

핵심 장치는 묶기다. 서로를 믿지 않는 여러 서비스의 기록을 이어 붙이되, 한쪽 기록의 과거를 다른 쪽 기록의 미래에 부인할 수 없게 묶는다 (DOI: 10.48550/arxiv.cs/0202005).

우리가 세우려는 장부가 하는 일이 이 묶기다. 다만 한 줄씩이 아니라 한 묶음씩 한다.

요청을 하나씩 이어 붙이는 방식 자체는 새로 나온 것이 아니다. 2006년 논문은 잘 알려진 타임스탬프 시스템들이 요청들을 서로 이어 붙여 상대적인 시간 순서를 주는 이음 방식에 기반한다고 적는다 (DOI: 10.1109/icc.2006.255122).

한 묶음의 기록을 그 앞 묶음의 봉인값과 함께 담아 둔 한 칸, 이것을 블록이라고 한다. 공책의 한 쪽을 떠올리면 된다. 그 쪽 맨 위에는 앞 쪽 전체를 줄여 놓은 값이 적혀 있다.

칸마다 앞 칸의 봉인값을 품고 있어서 맨 처음까지 되짚어 갈 수 있게 이어진 줄, 이것을 사슬이라고 한다. 가운데 한 쪽의 글자를 고치면 그 쪽의 값이 달라지고, 그 값을 적어 둔 다음 쪽이 맞지 않게 되고, 그다음 쪽도 맞지 않게 된다.

앞의 두 정의는 어느 초록에서 그대로 옮겨 온 문장이 아니라, 지금까지 인용한 조각들을 접어 놓은 것이다. 봉인은 리뷰가, 과거를 미래에 묶는 구조는 2002년 논문이, 요청을 이어 시간 순서를 준다는 방식은 2006년 논문이 맡았다. 묶는 단위를 한 묶음으로 잡은 것까지가 우리 구성이다.

그래서 한 줄을 고치려면 그 뒤에 붙은 것을 전부 다시 만들어야 한다. 블록을 이렇게 사슬로 엮어 놓은 장부가 블록체인이고, 이 성질이 첫 번째 조각이다.

누가 썼는지는 앞 편이 답했다

봉인은 기록이 바뀌지 않았다는 것까지만 말해 준다. 그 줄을 애초에 누가 적었는지는 말해 주지 않는다.

이 자리는 앞 편에서 끝냈다. 「열쇠와 자물쇠」에서 우리는 개인키를 쥔 사람만 만들 수 있고 그 짝인 공개키만 있으면 누구나 확인할 수 있는 표식을 봤다. 장부의 줄마다 그 표식이 붙어 있으면 누가 적었는지는 각자 확인할 수 있다.

그런데 서명이 붙어도 남는 문제가 있다. 이것이 세 번째 조각이 필요한 이유다.

2007년 논문은 그 문제를 이렇게 적는다. 고장 난 쪽이 서로 다른 상대에게 서로 다른 방식으로 거짓말을 할 수 있다는 것, 이것이 비잔틴 계열 골칫거리의 흔한 원인이라는 것이다 (DOI: 10.1145/1294261.1294280).

같은 그림 한 장을 두 사람에게 각각 팔고, 각각에게 서명된 종이를 한 장씩 준다고 해 보자. 두 종이 모두 진짜 내 서명이 붙어 있다. 서명을 확인하는 쪽에서는 둘 다 통과한다.

같은 것을 두 번 쓰는 일, 이것을 이중지불이라고 한다. 2015년 논문이 이 둘의 관계를 한 줄로 정리한다. 비트코인에서의 이중지불은 서로 다른 상대에게 서로 다른 말을 하는 일의 특수한 경우라는 것이다 (DOI: 10.1145/2810103.2813686).

그러니 서명으로 풀리지 않는 물음이 남는다. 두 종이가 다 진짜일 때, 무엇이 진짜 기록인가.

이것은 진위의 물음이 아니라 순서의 물음이다. 누구의 것이 먼저이며, 우리 모두가 그 순서에 대해 같은 답을 들고 있는가.

무엇이 진짜 기록인지 여럿이 정한다

맡아 두는 한 곳을 없애기로 했으니 장부는 여러 곳에 있어야 한다.

같은 장부를 여러 곳이 각자 통째로 하나씩 들고 있는 상태, 이것을 분산이라고 한다. 한 곳이 불타도 나머지가 들고 있고, 한 곳이 거짓말을 해도 나머지와 대 보면 된다.

그 사본 하나를 통째로 들고서 다른 참여자와 주고받는 컴퓨터 한 대, 이것을 노드라고 한다. 누구의 지시도 받지 않고 각자 돌아가며, 새 기록을 받으면 자기 사본에 붙인다.

서로를 특별히 믿지 않는 여럿이 지금 장부에 무엇이 적혀 있는가에 하나의 답을 정하는 일, 이것을 합의라고 한다. 사본이 서로 어긋났을 때 누가 옳은지 판정할 심판이 없으니, 판정 자체를 규칙으로 대신하는 것이다.

2018년의 한 비교 연구가 이 그림을 그대로 적는다. 장부 안의 거래는 서로 대등하게 연결된 망 안의 여러 검증자가 확인하며, 그 확인은 믿을 수 없는 노드가 여럿 섞인 망에서 신뢰성 문제를 푸는 여러 합의 알고리즘 가운데 하나로 이뤄진다는 것이다 (DOI: 10.23919/mipro.2018.8400278).

2017년 서베이의 요약이 짧다. 블록체인은 분산되어 있고 투명하며 고칠 수 없는 장부이고, 합의 규약이 그 핵심을 이룬다 (DOI: 10.1109/icaccs.2017.8014672).

여기서 어려움이 시작된다. 참여자가 고장 나는 방식이 한 가지가 아니기 때문이다.

참여자가 그냥 멈추는 것이 아니라 거짓을 말하는 것까지 포함해 무엇이든 할 수 있는 고장, 이것을 비잔틴 결함이라고 한다. 이름은 1982년 논문에서 왔다.

그 논문은 적의 도시를 둘러싸고 진을 친 장군들의 이야기로 문제를 세운다. 전령으로만 연락할 수 있는데 그중 하나 이상이 배신자라서 남들을 헷갈리게 하려 든다. 충직한 장군들이 하나의 작전에 합의하도록 보장하는 방법이 있는가 (DOI: 10.1145/357172.357176).

답이 두 갈래라는 점이 중요하다. 구두 메시지만 쓰면 전체의 3분의 2를 넘는 장군이 충직할 때에만 풀린다. 배신자 하나가 충직한 장군 둘을 헷갈리게 할 수 있다 (DOI: 10.1145/357172.357176).

그런데 같은 논문은 반대쪽도 함께 적는다. 위조할 수 없는 서명된 문서를 쓰면 장군이 몇이고 배신자가 몇이든 풀린다 (DOI: 10.1145/357172.357176).

이 「풀린다」에는 조건이 하나 붙어 있다. 1985년 논문은 메시지가 언제 도착할지 보장이 없는 환경이라면 고장 난 참여자가 단 하나뿐이어도 모든 합의 규약이 끝나지 않을 가능성을 갖는다는 것을 보였다 (DOI: 10.1145/3149.214121).

같은 초록의 마지막 문장이 대비를 적는다. 메시지가 제때 도착하는 환경에 대해서는 해답이 알려져 있고, 그 환경의 문제가 바로 방금 본 비잔틴 장군 문제라는 것이다 (DOI: 10.1145/3149.214121).

그러니 앞 편의 장치가 값을 하는 것도 그 조건 위에서다. 서명은 무엇이 진짜 기록인지까지 정해 주지 못하고, 정하는 문제를 다루기 쉬운 쪽으로 옮겨 줄 뿐이다.

그래도 한계는 남는다. 2007년 논문은 전적으로 믿을 수 없는 부품들만으로 할 수 있는 일에 단단한 한계가 있다고 적는다. 복제된 상태 기계는 복제본 집단의 3분의 1을 넘는 비잔틴 참여자를 견디지 못한다 (DOI: 10.1145/1294261.1294280). 비잔틴 결함을 일으키는 쪽이 3분의 1을 넘으면 안 된다는 뜻이다.

같은 논문의 뒤쪽 절반을 빼면 안 된다. 저자들은 고쳐 쓸 수 없는 기록 장치라는 아주 작은 신뢰 부품 하나를 들여오면 그 한계를 절반까지 밀 수 있음을 보이고, 그 대가가 넓은 범위의 쓰임에서 값어치를 한다고 주장한다 (DOI: 10.1145/1294261.1294280).

그렇다면 머릿수로 세면 되지 않나. 여기서 마지막 함정이 나온다.

가짜 신원을 대량으로 만들어 머릿수를 부풀리는 공격, 이것을 시빌 공격이라고 한다. 한 사람이 계정 만 개를 만들어 만 표를 던지는 것인데, 얼굴을 보지 않는 자리에서는 막을 방법이 마땅치 않다.

2021년 논문은 시빌 공격과 이중지불을 블록체인에서 가장 우려되는 두 위험으로 꼽고, 공격자가 시빌 공격으로 촉발할 수 있는 위협과 그 가운데 이중지불로 이어지는 것을 갈라 정리한다 (DOI: 10.1109/access.2021.3081998).

그래서 표를 셀 수 없다. 표는 공짜로 만들 수 있기 때문이다. 공짜가 아닌 무언가로 세야 한다.

다음 칸을 사슬에 붙이려면 되돌릴 수 없이 많은 계산을 먼저 치르게 하는 방식, 이것을 작업증명이라고 한다. 머릿수 대신 치른 계산의 양으로 센다. 계산은 공짜로 늘릴 수 없으니 신원처럼 부풀리기 어렵다.

2018년 서베이는 비트코인의 안전이 이 방식에 기반한 분산 합의 규약에 크게 기대고 있다고 적는다. 모든 거래를 분산된 추가 전용 공개 장부에 기록한다는 설명도 같은 자리에 있다 (DOI: 10.1109/comst.2018.2842460).

계산을 치르는 쪽이 왜 그 값을 치르는지, 그 자리를 사는 값이 어떻게 정해지는지는 이 글의 물음이 아니다. 다음 편이 그것만 다룬다.

되돌릴 수 없다는 말은 확률이다

사슬이 어느 칸 뒤에서 두 갈래로 갈라지는 것, 이것을 포크라고 한다. 같은 자리까지는 두 갈래가 똑같고, 그 뒤부터 서로 다른 기록이 붙는다. 갈라진 두 갈래 가운데 하나가 버려지면, 버려진 쪽에 적혀 있던 기록도 함께 없던 일이 된다.

2019년 논문은 이 갈라놓기를 노리는 공격을 다룬다. 전체 계산력의 절반을 넘게 쥔 쪽은 포크를 일으켜 이중지불을 할 수 있다는 것이다 (DOI: 10.3390/app9091788).

같은 논문의 두 문장을 함께 읽어야 한다. 공격에 드는 비용이 막대해서 오랫동안 매우 일어나기 어려운 일로 여겨졌다. 그런데 최근에는 잦은 빈도로 실제로 벌어졌고, 여러 암호자산에 수백만 달러의 손실을 입혔다 (DOI: 10.3390/app9091788).

같은 논문은 어디가 위태로운지도 적는다. 해시 계산력이 낮은 암호자산은 그 계산력을 쉽게 구할 수 있어 늘 51% 공격에 위태롭다는 것이다 (DOI: 10.3390/app9091788).

같은 논문의 결론은 더 무겁다. 가장 앞선 보호 기법 다섯 가지를 검토한 끝에, 대부분의 경우 이 기법들이 실질적인 보호를 제공하지 못한다고 적는다. 약점이 합의 규약 자체에서 물려받은 것이기 때문이다 (DOI: 10.3390/app9091788).

비용도 생각만큼 크지 않을 수 있다. 2019년의 다른 논문은 계산력을 넉넉히 구할 수 있는 상황이라면 이 공격을 만드는 비용이 놀라울 만큼 낮다고 적는다. 저자들은 참여자의 과거 이력을 함께 반영하는 기법을 제안하고, 그러면 기존 방식의 공격 비용이 백 배 규모로 오른다고 분석한다 (DOI: 10.1109/blockchain.2019.00041).

한 번 적힌 기록이 이제는 되돌려지지 않는다고 볼 수 있는 상태, 이것을 확정성이라고 한다. 물건을 건네도 되는 시점이 언제인가라는 물음이 곧 이 물음이다.

그리고 확정성은 켜짐과 꺼짐 사이의 스위치가 아니다.

2014년 논문은 이 자리를 확률로 다룬다. 저자들은 전형적인 공격의 바탕에 있는 확률 과정을 들여다보고 그 성공 확률을 구하는데, 이 체계의 성질이 질적으로는 잘 알려져 있으면서 양적인 측면에서는 널리 퍼진 혼동이 있다는 것이 그 동기였다 (DOI: 10.48550/arxiv.1402.2009, 프리프린트).

2012년 논문은 시간을 잰다. 비트코인의 결제 검증 방식은 이중지불을 막도록 설계되었지만, 한 건의 거래를 검증하는 데 수십 분이 걸려 빠른 결제에는 적합하지 않다는 것이다.

적절한 탐지 기법이 당시 구현에 들어가 있지 않다면, 몇 초 만에 물건과 돈이 오가는 자리에서는 이중지불 공격이 압도적인 확률로 성공하고 비용도 낮았다 (DOI: 10.1145/2382196.2382292).

같은 논문의 뒷부분도 그대로 옮긴다. 저자들은 당시 개발자들이 권고하던 대응책이 언제나 효과적이지는 않다는 것을 보였고, 그 권고가 앞으로 구현에 반영되더라도 이 공격이 여전히 가능하다고 적었다. 그래서 저자들은 빠른 결제에 대한 이중지불 공격의 탐지를 보장하는 수정안을 직접 제안하고 구현했다 (DOI: 10.1145/2382196.2382292).

2020년 서베이는 이것을 사용자가 직접 고르는 저울로 정리한다. 자기들의 결과가 이중지불 시도의 위험과 거래 지연 시간 사이에서 무엇을 맞바꿀지 정하는 데 도움이 될 수 있다는 것이다 (DOI: 10.1109/jiot.2020.3004273).

그러니까 되돌릴 수 없다는 성질은 장부가 처음부터 갖고 있는 성질이 아니라, 기다린 시간만큼 붙는 성질이다.

저울이 흔들릴 수도 있다. 2019년 논문은 이중지불 공격이 본래 막대한 계산력 없이는 성공시키기 어렵다는 점을 먼저 적은 뒤, 가짜 신원을 대량으로 세워 블록이 퍼지는 것을 늦추면 다음 칸을 붙이는 경쟁에서 이길 확률이 올라가고 그만큼 이중지불도 성공하기 쉬워진다고 분석한다 (DOI: 10.1109/tii.2019.2921566).

그런데 이것은 공짜가 아니다

값부터 보자. 2020년 서베이는 비트코인이 낮은 처리량과 높은 거래 지연이라는 성능 문제에 부딪혔고, 작업증명에 기반한 다른 암호자산들도 같은 결함을 물려받았다고 적는다 (DOI: 10.1109/access.2020.2967218).

이음 방식 자체에도 값이 붙는다. 방금의 2006년 논문은 잘 알려진 타임스탬프 시스템들의 이음 방식이 요청이 많아지면 잘 확장되지 않고, 알갱이가 굵고 지연이 크다고 적는다. 저자들은 그래서 그 결점을 넘는 다른 방식을 제안한다 (DOI: 10.1109/icc.2006.255122).

2019년 논문은 또 다른 값을 적는다. 대부분의 블록체인 망이 채택한 작업증명은 계산을 집중적으로 쏟아붓는 과정을 거쳐 합의에 이르는데, 에너지 비효율과 지연과 보안 위협에 대한 취약성 같은 여러 한계를 갖는다는 것이다 (DOI: 10.1109/access.2019.2925010).

2020년의 한 경제학 논문도 같은 자리를 짚는다. 허가 없이 누구나 참여하는 블록체인에는 합의를 만들어 낼 규약이 필요한데, 이름난 것들 다수가 쓰는 작업증명에 상당한 결점이 있어 여러 대안이 제안되어 왔다는 것이다 (DOI: 10.1093/rfs/hhaa075).

다만 그 논문이 문제만 적은 것은 아니다. 저자들은 가장 이름난 대안 하나에 대한 형식 경제 모형을 처음으로 내놓고, 그 방식으로 합의가 이뤄지는 조건을 세운다. 그 조건이 무엇을 맞바꾸는지는 다음 편의 몫이다.

실제로 재 본 결과도 있다. 2018년 논문은 세 개의 주요 블록체인 시스템을 데이터 처리 부하로 견주어 보고, 설계 공간의 여러 맞바꿈과 함께 블록체인과 데이터베이스 시스템 사이의 큰 성능 격차를 확인했다 (DOI: 10.1109/tkde.2017.2781227).

여기서 갈래가 하나 생긴다. 아무나 참여할 수 있는 장부를 퍼블릭, 참여자가 미리 확인된 사람들로 제한된 장부를 프라이빗이라고 한다. 방금의 2018년 논문도 자기가 참여자를 인증하는 쪽에 초점을 맞춘다고 밝힌다 (DOI: 10.1109/tkde.2017.2781227).

앞 절의 어려움은 두 종류였다. 3분의 1 한계는 복제본 집단이 정해져 있다는 전제 위의 결과이고, 끝나지 않을 가능성은 메시지가 언제 올지 모른다는 가정에서 나온다. 이 둘은 참여를 막아도 남는다.

아무나 들어올 수 있다는 퍼블릭 쪽 조건에서 나오는 것은 나머지 둘이다. 가짜 신원을 얼마든지 세울 수 있다는 것, 그래서 계산의 양으로 세야 한다는 것.

프라이빗 쪽은 뒤엣것을 덜어 낸다. 값도 줄지만, 대신 확인해 주는 곳이 다시 필요해진다. 앞서 인용한 2021년 논문도 산업 현장에 등장하는 허가형 블록체인이 이런 난점들을 통제한다고 적는다 (DOI: 10.1109/access.2021.3081998).

값과 별개로, 이 장치가 애초에 보증하지 않는 것이 있다. 2019년의 한 개관 논문은 강점 다섯과 그에 대응하는 약점 다섯을 나란히 놓는다. 강점은 가시성, 집계, 검증, 자동화, 복원력이고 약점은 사생활 부재, 표준 부재, 쓰레기가 들어가면 쓰레기가 나오는 것, 블랙박스 효과, 비효율이다 (DOI: 10.1287/msom.2018.0752).

세 번째 약점이 봉인의 한계를 정확히 말한다. 봉인은 적힌 것이 사실임을 보증하지 않는다. 거짓말을 적어 봉인하면 고치는 값이 똑같이 비싼 거짓말이 된다.

2017년 논문은 그 한계가 어디서 터지는지를 한 분야에서 따져 본다. 블록체인이 지금의 회계 장부보다 안전한 대안이 될 수 있느냐는 물음을 세우고, 실현 가능하지 않다고 답한다 (DOI: 10.2308/jeta-51910).

이유가 정확하다. 블록체인 기반 디지털 화폐는 그 장부 안에서만 존재하지만 경제적 거래는 회계 기록 바깥에 존재하며, 이 차이 때문에 받아들일 만한 수준의 거래 검증이 되지 않는다는 것이다. 겉보기에 고칠 수 없게 만들어 주는 그 이점들도 회계 환경에서는 온전히 쓸 수 없거나 믿을 수 없다고 저자들은 적는다 (DOI: 10.2308/jeta-51910).

공개 장부에는 대가도 따른다. 2018년 서베이는 비트코인이 가명을 쓰기 때문에 익명성을 준다고 여겨지지만 실제로는 모든 거래가 공개되는 가장 투명한 결제망 중 하나라고 적는다. 장부의 데이터로 자금 흐름을 관찰하고 사용자의 활동을 좇을 수 있으며, 바깥 데이터와 결합하면 신원이 드러날 수 있다 (DOI: 10.1109/comst.2018.2818623).

정부 업무에 이 기술을 검토한 2017년 논문의 태도가 이 절의 요약에 가깝다. 저자들은 문헌에서 흔히 과장되는 이득을 비판적으로 평가하고, 기술이 끌고 가는 접근에서 필요가 끌고 가는 접근으로 옮겨 갈 것을 호소한다. 건전한 거버넌스 모형을 갖추는 것이 이득 실현의 조건이었다고도 적는다 (DOI: 10.1016/j.giq.2017.09.007).

믿을 만한 기관이 이미 있고 그 기관이 실제로 정직하게 굴러가고 있다면, 이 장치는 굳이 쓸 이유가 없다. 이 장치가 값을 하는 자리는 믿을 곳이 아예 없거나, 믿을 곳이 있어도 그 믿음을 확인할 방법이 없는 자리다.

그런 자리가 실제로 있다. 그리고 그 예를 앞 편이 남겨 두었다.

2020년 논문은 인증기관이 공격당해 부정한 인증서에 서명할 수 있다는 최근의 보안 사고들을 근거로, 인증서와 그 폐기 상태를 공개 장부에 올려 인증기관의 절대적 권한을 견제하자고 제안한다. 그 장부는 인증기관의 서명과 폐기 작업을 감시하는 추가 전용 공개 기록으로 동작한다 (DOI: 10.1109/tdsc.2020.2983022).

앞 편이 답하지 못하고 남긴 물음이 이것이었다. 이름표를 발급한 곳은 누가 지키는가. 이 편의 장치가 그 자리에 들어간다.

세 조각을 다시 포개면

처음의 물음으로 돌아가자. 아무도 관리하지 않는 기록을 어떻게 고칠 수도 지울 수도 없게 만드는가.

첫 조각은 봉인이다. 해시로 줄여 앞 칸에 묶어 두면, 뒤늦게 고치는 일이 불가능해지지는 않아도 반드시 표가 난다. 앞에서 변조 탐지라고 부른 그 성질이다.

둘째 조각은 열쇠다. 앞 편의 서명이 누가 적었는지를 각자 확인할 수 있게 해 주고, 1982년 논문이 보인 대로 그 서명이 합의 문제를 다루기 쉬운 쪽으로 옮겨 놓는다. 다만 그 「풀린다」는 메시지가 제때 도착하는 환경을 전제로 한 것이다.

셋째 조각은 증인이다. 같은 장부를 여럿이 각자 들고 규칙으로 판정을 대신하면, 맡아 두는 한 곳 없이도 무엇이 진짜 기록인지 정해진다.

그리고 세 조각을 다 포개도 남는 것이 있다. 이 장부는 고칠 수 없게 만들어진 것이 아니라, 고치는 값이 대개 치를 수 없을 만큼 비싸게 만들어진 것이다. 앞 편의 마지막 문장과 같은 모양이고, 같은 이유로 그렇다.

그 값이 실제로 싸질 때가 있다는 것을 우리는 앞에서 봤다. 계산력이 한쪽으로 쏠리면 포크가 가능해지고, 실제로 그런 일이 잦은 빈도로 벌어졌으며, 앞선 보호 기법들이 대부분 막지 못했다. 계산력이 낮은 장부는 늘 그 공격에 위태롭다 (DOI: 10.3390/app9091788).

그러니 이 글의 답은 둘 중 하나가 아니다. 이 장치는 맡아 두는 곳 없이도 기록을 지킬 수 있게 해 주고, 동시에 그 지킴은 조건부이며 값이 비싸다. 두 문장은 함께 참이다.

남은 물음은 그래서 이것이다. 이 장부에 한 줄을 적을 권리는 어떻게 사고, 그 값은 누가 정하는가.

어디를 더 볼까

이 글에서 가장 짧게 지나간 조각이 세 번째 조각이다. 「신뢰 없이 합의하기」가 그 자리를 통째로 맡는다. 서로 믿지 못하는 참여자들이 하나의 장부에 동의하는 방법이 왜 하나로 수렴하지 않는지를 다룬다.

여럿이 정한다는 말이 실제로 지켜지는지 의심스럽다면 「블록체인은 정말 탈중앙인가」로 간다. 계산력과 지분이 실제로 어떻게 쏠려 있는지를 재 본 편이다.

고칠 수 없는 장부로 투표를 하자는 제안은 오래됐다. 「블록체인으로 투표하면 조작할 수 없지 않나」가 그 제안을 선거의 요구조건과 하나씩 맞춰 본다.

앞 편의 인증서 이야기를 더 따라가고 싶다면 「주소창의 자물쇠는 무엇을 보증하나」가 다음 칸이다. 이 글 끝에서 잠깐 본 공개 장부 위의 인증서가 그 편의 주제다.

그리고 이 클러스터의 마지막 편이 남아 있다. 장부에 한 줄을 적을 권리를 무엇으로 사는지, 그 값이 비싸지면 사람들이 어떻게 모이는지를 다음 편에서 다룬다.

근거 논문

정보용 RFC와 프리프린트는 본문에서 등급을 표기했다.

• "Custos: Practical Tamper-Evident Auditing of Operating Systems Using Trusted Execution" (2020) — DOI: 10.14722/ndss.2020.24065 — 침입 후 공격자는 로그에서 흔적을 지운다. 변조가 드러나는 로깅은 공격자를 숨거나 들키거나의 갈림길로 몬다.
• "Cryptographic Hash Functions and Attacks – A Detailed Study" (2020) — DOI: 10.26483/ijarcs.v11i2.6508 — 해시 함수는 임의 길이 입력을 고정 길이 문자열로 압축한다. 진본성·서명·타임스탬프에 쓰이며, 거의 매일 새로운 공격에 부딪힌다.
• "HMAC: Keyed-Hashing for Message Authentication" (1997, 정보용 RFC — 초록이 "어떤 종류의 인터넷 표준도 규정하지 않는다"고 명시) — DOI: 10.17487/rfc2104 — 해시 함수와 비밀 키를 묶은 메시지 인증 방식. 암호학적 세기는 바탕 해시 함수의 성질에 달려 있다.
• "A Scalable and Intrusion-tolerant Digital Time-stamping System" (2006) — DOI: 10.1109/icc.2006.255122 — 잘 알려진 타임스탬프 시스템들은 요청들을 서로 이어 붙여 상대적 시간 순서를 주는 이음 방식에 기반한다. 다만 요청이 많아지면 잘 확장되지 않고 알갱이가 굵으며 지연이 크다.
• "Secure History Preservation Through Timeline Entanglement" (2002, 프리프린트) — DOI: 10.48550/arxiv.cs/0202005 — 안전한 시간선은 시스템이 지나온 상태들의 변조가 드러나는 역사 기록. 한쪽 기록의 과거를 다른 쪽의 미래에 부인할 수 없게 묶는다.
• "Attested append-only memory" (2007) — DOI: 10.1145/1294261.1294280 — 고장 난 쪽이 상대마다 다르게 거짓말하는 것이 비잔틴 문제의 흔한 원인. 전적으로 믿을 수 없는 부품만으로는 3분의 1 한계, 최소 신뢰 부품을 넣으면 절반까지.
• "Liar, Liar, Coins on Fire!" (2015) — DOI: 10.1145/2810103.2813686 — 비트코인의 이중지불은 상대마다 다른 말을 하는 일의 특수한 경우. 그 행위에 금전적 벌칙을 거는 계약 설계.
• "The Byzantine Generals Problem" (1982) — DOI: 10.1145/357172.357176 — 구두 메시지만으로는 3분의 2 초과가 충직해야 풀리고, 위조 불가능한 서명된 문서를 쓰면 장군과 배신자가 몇이든 풀린다.
• "Impossibility of distributed consensus with one faulty process" (1985) — DOI: 10.1145/3149.214121 — 비동기 환경에서는 고장 난 참여자가 하나뿐이어도 모든 합의 규약이 끝나지 않을 가능성을 갖는다.
• "Comparative analysis of blockchain consensus algorithms" (2018) — DOI: 10.23919/mipro.2018.8400278 — 장부의 거래는 대등 연결망의 여러 검증자가 확인하며, 믿을 수 없는 노드가 섞인 망의 신뢰성 문제를 합의 알고리즘으로 푼다.
• "Survey of consensus protocols on blockchain applications" (2017) — DOI: 10.1109/icaccs.2017.8014672 — 블록체인은 분산되고 투명하며 고칠 수 없는 장부이고, 합의 규약이 그 핵심이다.
• "Untangling Blockchain: A Data Processing View of Blockchain Systems" (2018) — DOI: 10.1109/tkde.2017.2781227 — 서로 완전히 믿지 못하는 당사자들이 전역 상태를 함께 유지하는 분산 장부. 참여자가 인증되는 프라이빗 블록체인 중심. 데이터베이스와 큰 성능 격차.
• "Exploring Sybil and Double-Spending Risks in Blockchain Systems" (2021) — DOI: 10.1109/access.2021.3081998 — 시빌과 이중지불을 가장 우려되는 두 위험으로 보고 위협·취약점·대응을 정리. 허가형 블록체인이 이런 난점을 통제한다.
• "A Survey on Security and Privacy Issues of Bitcoin" (2018) — DOI: 10.1109/comst.2018.2842460 — 비트코인은 모든 거래를 분산된 추가 전용 공개 장부에 기록하며, 그 안전은 작업증명 기반 분산 합의 규약에 크게 기댄다.
• "Assessing Blockchain Consensus and Security Mechanisms against the 51% Attack" (2019) — DOI: 10.3390/app9091788 — 절반 초과 계산력이면 사슬을 갈라 이중지불이 가능. 비용 때문에 오래 희박하다 여겨졌으나 최근 잦게 발생. 보호 기법 다섯은 대부분 실질적 보호를 못 준다.
• "Effective Scheme against 51% Attack on Proof-of-Work Blockchain with History Weighted Information" (2019) — DOI: 10.1109/blockchain.2019.00041 — 계산력이 넉넉하면 51% 공격 비용은 놀랍도록 낮다. 과거 이력을 반영하면 기존 공격 비용이 백 배 규모로 오른다.
• "Analysis of Hashrate-Based Double Spending" (2014, 프리프린트) — DOI: 10.48550/arxiv.1402.2009 — 전형적 공격의 확률 과정과 성공 확률. 질적 이해는 있으나 양적 측면에 널리 퍼진 혼동이 있다.
• "Double-spending fast payments in bitcoin" (2012) — DOI: 10.1145/2382196.2382292 — 검증에 수십 분이 걸려 빠른 결제에 부적합. 빠른 결제에서는 공격이 압도적 확률로 성공. 당시 권고 대응책은 항상 효과적이지 않고, 반영되더라도 공격은 가능.
• "Bitcoin and Blockchain: Security and Privacy" (2020) — DOI: 10.1109/jiot.2020.3004273 — 이중지불 성공 확률과 수익성 분석. 결과는 이중지불 위험과 거래 지연 시간 사이의 맞바꿈을 정하는 데 쓸 수 있다.
• "Double-Spending With a Sybil Attack in the Bitcoin Decentralized Network" (2019) — DOI: 10.1109/tii.2019.2921566 — 이중지불은 본래 막대한 계산력 없이는 어렵지만, 시빌 공격으로 블록 전파를 늦추면 경쟁에서 이길 확률이 올라간다.
• "Solutions to Scalability of Blockchain: A Survey" (2020) — DOI: 10.1109/access.2020.2967218 — 비트코인의 낮은 처리량과 높은 거래 지연. 작업증명 기반의 다른 것들도 같은 결함을 물려받았다.
• "Proof-of-Stake Consensus Mechanisms for Future Blockchain Networks" (2019) — DOI: 10.1109/access.2019.2925010 — 작업증명은 계산을 집중적으로 쏟아붓는 과정으로 합의에 이르며 에너지 비효율·지연·보안 취약성의 한계를 갖는다.
• "Blockchain without Waste: Proof-of-Stake" (2020) — DOI: 10.1093/rfs/hhaa075 — 허가 없는 블록체인은 합의 규약이 필요하고, 다수가 쓰는 작업증명에는 상당한 결점이 있어 여러 대안이 제안되었다.
• "OM Forum—Distributed Ledgers and Operations" (2019) — DOI: 10.1287/msom.2018.0752 — 강점 다섯(가시성·집계·검증·자동화·복원력)과 대응하는 약점 다섯(사생활 부재·표준 부재·쓰레기가 들어가면 쓰레기가 나옴·블랙박스 효과·비효율).
• "Can Blockchains Serve an Accounting Purpose?" (2017) — DOI: 10.2308/jeta-51910 — 회계 장부의 대안으로는 실현 가능하지 않다. 디지털 화폐는 장부 안에만 있으나 경제적 거래는 기록 바깥에 있고, 겉보기의 불변성도 회계 환경에서는 온전히 쓸 수 없다.
• "A Survey on Anonymity and Privacy in Bitcoin-Like Digital Cash Systems" (2018) — DOI: 10.1109/comst.2018.2818623 — 가명을 쓰므로 익명으로 인식되지만 모든 거래가 공개되는 가장 투명한 결제망 중 하나. 외부 데이터와 결합하면 신원이 드러날 수 있다.
• "Blockchain in government" (2017) — DOI: 10.1016/j.giq.2017.09.007 — 문헌의 과장된 이득에 대한 비판적 평가. 기술 주도에서 필요 주도로의 전환을 호소하고, 건전한 거버넌스를 이득 실현의 조건으로 확인.
• "Blockchain-Based Certificate Transparency and Revocation Transparency" (2020) — DOI: 10.1109/tdsc.2020.2983022 — 인증기관이 부정한 인증서에 서명할 수 있다는 사고들을 근거로, 인증서와 폐기 상태를 공개 장부에 올려 인증기관의 절대적 권한을 견제.