블록체인 합의 알고리즘(Consensus Algorithm)

문제2) 블록체인 합의 알고리즘알고리즘(Consensus Algorithm) 에 대하여 다음을 설명하시오설명하시오.

가. 합의 알고리즘의 목적

나. 합의 알고리즘의 원리

다. 합의 알고리즘의 종류 및 특징

 

답)

 

 

1. 블록 정당성 부여부여, 합의 알고리즘의 목적

정의	블록체인과 같이 다수 참여자들로 구성된 P2P 네트워크에서 하나의 결과에 대하여 참여자 전체 합의기반의 타당성 검증하는 알고리즘알고리즘
목적	신뢰성	P2P 등 정보도달 시간차 발생 네트워크의 신뢰성 보장
		이중송신에 따른 처리중복처리중복, 잘못된 정보 오작동 방지
		채굴자와 Fork 발생시발생시, 유효한 체인 결정방법 제공
	보안성	트랜잭션 암호화암호화(단방향 해시암호해시암호) 무결성 보장
		서비스거부공격, 스팸 등으로부터 공격 방지
합의 알고리즘을 통하여 블록체인 네트워크내 트랜잭션간의 정당성정당성, 진위판단진위판단

 

2. 합의 알고리즘의 원리 및 상세내용

가. 합의 알고리즘의 원리

브로드캐스트된 블록체인은 합의알고리즘을 통하여 발행발행,검증과정을 거침거침

 

나. 합의 알고리즘의 원리 상세내용

구분	합의생성과정	상세내용
Pow		특정조건 만족하는 해시값 찾아낸 노드에게보상하는 합의 알고리즘 새로운 블록을 추가하여 브랜치를 형성 Fork 발생시 가장 긴 블록체인 선택 과반수이상의 노드가 합의한 거래가 원본으로 채택
PoS		지분을 많이 가진 노드에 블록을 생성할 수 있는 권한을 부여 PoS는 여러시나리오(독점독점,과점과점,비이성비이성,공격등등)에서 안정적인 블록체인으로 수렴
DPoS		모든 노드가 합의에 참여하는 대신 모든 노드의 투표로 선출된 노드에게 권한을 위임해 합의 위임받은 노드는 생성과 관련된 모든 권한을 받아 블럭생성
PBFT		리더의 메시지를 받은 노드들은 메시지를 확인하고 다른 노드들에 전파 모든 노드는 다른 노드에서 가장 많이 받은 메시지(승인 메시지) 확인하고 전파 각 노드들은 각자 승인한 메시지를 모두 수신하고 정족수(혹은 과반수) 이상이 승인한 메시지가 무엇인지 확인함으로써 합의.
기타 흐름증명흐름증명, 저장증명저장증명, 용량증명 등 다양한 원리가 적용되고 있음있음

 

3. 합의 알고리즘의 종류 및 특징

가. 합의 알고리즘의 종류

원리	합의 알고리즘 종류	요구사항
계산량	Proof of Work(PoW),	막대한 자원 소비
지분	Proof of Stake(PoS)	보유 지분율 비례
위임지분	Delegated Proof of Stake(DPoS)	지분율 비례 투표권 행상
경과시간	Proof of Elapsed Time(PoET)	대기시간, SGX
다수결	Practical Byzantine Fault Tolerance(PBFT)	다수결, 비잔틴 장애 허용
퍼블릭, 프라이빗 블록체인상에서 자원자원,지분지분,시간시간,투표 원리를 이용한 합의알고리즘으로 PoW, PoS, DPoS, PoET, PBFT 가 주로 사용되고 있음있음

 

나. 합의 알고리즘의 특징

구분	PoW	PoS	DPoS	PoET	PBFT
설명	연산능력증명 안정성검증원 단점도 존재	소유지분 비례 지분기반 이론적 우수 검증사례 부족	위임된 PoS 트랜잭션속도 우수 Validator 신뢰도 종속	에너지 절약 작업증명유사 인텔SGX기반	리더선정 송신,집계,블록확정
장점	오랜기간 검증	51% 공격내성 빠른 트랜잭션 에너지 절약	빠른 트랜잭션 에너지 절약	검증된 방법의 개선 에너지 절약	완결성 문제 해결 빠른 트랜잭션
단점	51%공격 완결성 문제 느린 트랜잭션 에너지 낭비	완결성 문제 검증 부족	완전성 문제 검증 부족 탈중앙성 부족 보안 취약	특정 HW 종속	참여자 사전 파악 필요 참가자 증가시 성능 하락
적용	비트코인 라이트코인	퀀텀 네오 스트라디스	스팀 이오스 아크	쏘투스	Hyperledger Fabric
합의 알고리즘별 원리에 따른 방식방식, 공정성공정성, 에너지소비에너지소비, 확장확장, 보안특징을 가짐가짐

 

4. 합의 알고리즘 선택 고려사항

블록체인 응답속도와 트랜잭션 처리속도, 노드운영 보상방법, 발행법칙 을 고려한 선택 블록체인 트릴레마 확장성, 탈중앙화, 보안성 요소 고려한 최적 알고리즘선택 필요 단일 방식의 합의 알고리즘을 보완하기 위한 해결책으로 둘 이상의 알고리즘을 조합한 하이브리드 알고리즘이 최근 검토됨

 

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