Proof-of-Work (PoW) vs. Proof-of-Stake (PoS)

Name: Cryptomus
Author: Cryptomus

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Proof-of-Work와 Proof-of-Stake는 암호화폐 세계에서 가장 유명한 합의 알고리즘입니다. 주요 암호화폐는 성능을 향상시키고 네트워크 무결성을 유지하기 위해 이를 사용합니다. 이 기사에서는 두 알고리즘이 어떻게 작동하는지 설명하고, 그들의 장단점을 다룰 것입니다.

Proof-of-Work (PoW)란 무엇인가?

Proof-of-Work (PoW)는 채굴자(검증자)가 거래를 확인하고 이를 새 블록에 추가하는 합의 알고리즘입니다. 이를 위해 복잡한 수학적 작업을 해결하고, 그 대가로 보상을 받습니다. 이 시스템은 전체 네트워크가 블록체인의 상태와 모든 거래에 대해 합의하는 투명하고 신뢰할 수 있는 방법을 제공하며, 가장 안전한 방법으로 간주됩니다. 유효한 블록을 생성하려면 채굴자들은 수조 개의 숫자 조합을 시도해야 합니다.

PoW는 어떻게 작동하는가?

Proof-of-Work 알고리즘은 다음과 같이 작동합니다: 채굴자들은 복잡한 암호학적 문제를 더 빨리 해결하기 위해 경쟁합니다. 그들의 목표는 올바른 논스(nonce)를 찾는 것입니다. 논스는 블록의 해시가 특정 조건을 충족하도록 하는 고유한 숫자입니다. 채굴자가 이를 풀면, 새로운 블록을 네트워크의 다른 참가자들에게 방송합니다. 다른 참가자들이 이를 검증하면 블록은 체인의 일부가 되고, 채굴자는 보상을 받습니다.

이 접근 방식의 가장 큰 혁신 중 하나는 이중 지출 문제를 해결한 것입니다. 이중 지출이란 누군가 동일한 암호화폐를 여러 번 사용하려는 시도를 말합니다. PoW 시스템에서 채굴자는 새로운 블록을 생성하기 위해 실제로 시간과 컴퓨팅 파워를 사용했다는 것을 증명해야 합니다. 바로 이 부분에서 "작업이 수행되었다"는 증거가 됩니다.

PoW 기반 코인의 예

다음은 PoW 합의 알고리즘을 사용하는 몇 가지 암호화폐입니다:

Bitcoin (BTC): PoW를 채택한 최초의 암호화폐로, SHA-256 알고리즘을 사용합니다. 모든 PoW 네트워크와 마찬가지로 비트코인은 강력한 보안을 제공하지만 엄청난 에너지 소비를 요구합니다. 속도 측면에서는 블록이 10분마다 생성되거나 피크 시간대에는 더 오래 걸리기도 하며, 이는 거래 속도를 제한합니다. 그럼에도 불구하고 비트코인은 탈중앙화의 기준을 설정하며 암호화폐 시장에서 "디지털 금"으로 명성을 얻고 있습니다.
Kaspa (KAS): GHOSTDAG 프로토콜과 kHeavyHash 알고리즘을 사용하는 차세대 PoW 코인입니다. Kaspa는 병렬 블록 처리를 지원하고, 적은 에너지 소비로 빠른 속도를 제공합니다. GPU 채굴을 최적화하며 확장성에 대한 혁신적인 접근 방식으로 주목받고 있습니다.
Litecoin (LTC): 비트코인의 "은"이라고 불리는 라이트코인은 PoW와 Scrypt 알고리즘을 사용합니다. 블록은 2.5분마다 생성되며, BTC에 비해 더 빠르고 저렴한 거래를 제공합니다. 가벼운 구조로 일상적인 결제에 많이 사용됩니다.
Dogecoin (DOGE): 첫 번째 밈 코인으로, Scrypt 알고리즘을 사용하고 블록은 1분마다 생성됩니다. BTC보다 에너지 효율이 더 높고, 채굴자들은 풀에 참여할 수 있어 채굴을 시작하기가 더 쉽습니다. 각 블록은 고정 보상인 10,000 DOGE를 제공합니다 — 이로 인해 DOGE는 충성도 높은 커뮤니티를 형성하게 되었습니다.

이제 가장 오래되고 입증된 합의 모델인 PoW를 다뤘으니, 그 주요 대안인 Proof-of-Stake로 넘어가겠습니다.

Proof-of-Work vs Proof-of-Stake

Proof-of-Stake (PoS)란 무엇인가?

Proof-of-Stake (PoS)는 대체 합의 알고리즘으로, 암호화폐에서 가장 인기 있는 알고리즘 중 하나입니다. 여기서 검증자는 거래를 확인하고 네트워크 안정성을 유지하는 데 큰 역할을 합니다. PoS는 엄청난 컴퓨팅 파워 없이도 작동합니다.

PoS의 주요 목표는 높은 에너지 효율성을 유지하면서 네트워크 보안을 제공하는 것입니다. PoW와는 달리, PoS 참가자는 블록을 생성하는 경쟁적인 경쟁 대신, 자신의 토큰 일부를 스테이킹하여 네트워크의 공정한 운영에 대한 관심을 증명합니다. 최소한의 수량의 암호화폐를 가진 사용자는 검증자가 되거나 스테이킹 풀에 자금을 위임할 수 있습니다.

이것은 네트워크를 지원하는 참여를 더 많은 사용자에게 개방하고, PoW에서 요구되는 고가의 하드웨어나 저렴한 전기를 없애며 진입 장벽을 크게 낮춥니다.

PoS는 어떻게 작동하는가?

PoS는 무작위 프로세스를 사용하여 다음 블록 검증자를 선택합니다. 이 선택은 스테이킹 연령, 무작위화 및 노드의 부(스테이킹된 토큰 수)와 같은 여러 요소를 기반으로 합니다. 원래 PoS 개념에 따르면, 블록체인에 대한 제어는 각 참가자가 보유한 코인의 수에 비례하여 분배됩니다. 사용자는 네트워크에 일정량의 암호화폐를 잠가서 검증자가 됩니다.

새로운 블록을 생성하는 과정은 포징(forging)이라고 하며, 검증자의 보상은 일반적으로 거래 수수료에서 발생합니다. 포징 과정에 참여하고자 하는 사용자는 일정량의 토큰을 네트워크에 스테이킹해야 합니다. 스테이크의 크기는 검증자가 선택될 확률에 영향을 미칩니다. 스테이크가 클수록 선택될 가능성이 높습니다. 검증자가 다음 블록을 포징하면, 거래를 확인하고 새로운 블록을 블록체인에 추가합니다.

가장 부유한 노드가 검증 과정에서 지배하지 않도록 PoS 네트워크는 종종 무작위 블록 선택과 코인 나이 선택과 같은 추가적인 메커니즘을 사용합니다. 알고리즘은 각 스테이커가 블록된 자금에서 차지하는 비율에 따라 로터리 방식을 사용해 스테이커를 선택합니다. 예를 들어, 한 스테이커가 특정 네트워크에서 스테이킹된 자금의 30%를 제어하고 있다면, 그 스테이커는 다음 블록을 채굴할 확률이 30%입니다.

PoS 기반 코인의 예

이제 일부 암호화폐가 Proof-of-Stake를 기반으로 작동하는 것을 알게 되었습니다. 네트워크는 초기 개발 단계나 초기 토큰 판매에서 PoS를 채택할 수 있습니다. 일부 경우, 블록체인이 처음에는 Proof-of-Work 알고리즘을 사용하고 나중에 Proof-of-Stake로 전환하기도 합니다. 예를 들어, 이더리움이 그렇습니다.

이제 PoS 기반의 몇 가지 암호화폐를 자세히 살펴보겠습니다:

Ethereum (ETH): 이더리움 블록체인은 처음에는 PoW (Ethash) 알고리즘을 사용했지만, 높은 수수료와 느린 전송 처리 속도 등의 심각한 제한에 직면했습니다. Ethereum 2.0으로의 전환과 Proof-of-Stake의 도입으로 네트워크는 채굴에서 벗어나 검증자 기반 보안으로 전환되었습니다. 이제 사용자는 32 ETH를 스테이킹하여 검증자가 될 수 있습니다. PoS 덕분에 이더리움은 전력 소비를 99.95% 이상 줄였고, 향후 업그레이드 및 샤딩을 포함한 확장성을 크게 증가시킬 기반을 마련했습니다.
Avalanche (AVAX): Avalanche Consensus 프로토콜 내에서 고속 및 병렬 처리를 특징으로 하는 PoS 변형을 사용합니다. 검증자들은 글로벌 수준에서가 아니라 로컬 서브샘플링을 통해 의사결정에 참여하며, 이를 통해 1초 이내에 합의에 도달할 수 있습니다. 스테이킹에 참여하려면 최소 2000 AVAX를 스테이킹해야 합니다. 중요한 차이점은 검증자가 무작위로 선택되는 것이 아니라 모든 블록의 검증에 참여하여 공격 확률을 줄이고 결함 내성을 높인다는 것입니다.
Cardano (ADA): 과학적 연구를 바탕으로 개발된 최초의 공식적으로 검증된 PoS 메커니즘인 Ouroboros 알고리즘을 사용합니다. 시스템은 Epoch과 Slot으로 구성되어 있으며, 검증자들은 지정된 시간에 블록을 생성하도록 선택됩니다. 사용자는 ADA를 스테이킹 풀에 위임하여 보상의 일부를 받을 수 있습니다. 참여는 블록체인 자금이 필요하지 않으며, 스테이커는 토큰을 유동적으로 유지합니다. Cardano는 지속 가능한 탈중앙화, 포괄적인 참여, 수학적으로 안전한 보안을 강조합니다.
Algorand (ALGO): Pure Proof-of-Stake (PPoS) 모델을 구현하여, 보안과 합의가 모든 ALGO 토큰 보유자들 중에서 무작위로 선택된 위원회를 통해 이루어집니다. 최소 지갑 잔액만으로 참여할 수 있으며, PPos 알고리즘은 자금을 차단할 필요가 없습니다. 경량화된 알고리즘 덕분에 Algorand는 5초 이내에 거래를 처리하고 즉시 최종화 보장을 제공합니다 — 블록은 취소되거나 다시 쓰일 수 없습니다.

PoW와 PoS의 완전 비교

Proof-of-Work와 Proof-of-Stake는 암호화폐 거래를 검증하는 두 가지 주요 방법입니다. PoW와 PoS의 주요 차이점은 PoS가 거래 승인을 위해 암호화폐를 담보로 제공하는 반면, PoW는 채굴자들이 복잡한 수학적 계산을 통해 거래를 검증한다는 것입니다. 그럼 어떤 방식이 더 효율적일까요? 주요 기준에 따라 두 알고리즘을 자세히 비교해 보겠습니다.

전력 소비

PoW는 많은 전력을 소비합니다. 이 높은 전력 소비는 블록체인의 보안을 보장하지만 거래 검증 프로세스를 느리게 만들며 채굴자에게는 비용이 많이 듭니다. Proof-of-Stake는 PoW 프로토콜의 높은 계산 비용에 대응하기 위해 개발되었습니다. PoS 네트워크는 에너지 소비가 훨씬 적고, PoW에서 발생하는 환경적 영향을 줄여줍니다. 채굴은 고가의 하드웨어를 필요로 하지만, 스테이킹은 네트워크에서 일정량의 코인만 잠그면 되므로 상대적으로 저렴합니다.

지속 가능성 측면에서, PoW는 환경에 부정적인 영향을 미칩니다. 네트워크를 운영하기 위해 더 많은 컴퓨터가 필요할수록 에너지가 더 많이 소비됩니다. PoW는 전자 폐기물 문제를 일으킬 수 있어, PoS는 더 나은 "친환경적" 옵션입니다. PoS는 그렇게 많은 에너지나 고급 하드웨어를 필요로 하지 않습니다.

보안

PoW는 채굴을 통한 복잡한 암호화 문제 해결을 요구함으로써 블록체인 네트워크 보안을 위한 신뢰할 수 있는 알고리즘으로 입증되었습니다. 채굴자가 잘못된 블록을 검증하거나 암호화폐를 이중으로 지출하는 것을 방지하기 어렵게 만듭니다. 따라서 블록체인의 진위를 위조하는 것은 불가능에 가까워집니다.

반면 PoS는 검증자가 경제적 인센티브를 통해 블록체인의 보안과 무결성을 유지합니다. 잘못된 거래나 블록을 "검증"하면, 검증자는 "처벌"을 받게 됩니다. 일부 시스템에서는 가장 많은 자금을 가진 검증자를 선택하는 경향이 있습니다. 이는 PoS가 PoW보다 민주적이지 않은 경우가 많다는 것을 의미합니다.

확장성

PoS는 PoW보다 더 빠른 거래 승인과 블록 생성을 통해 더 큰 확장성과 처리량을 약속합니다. 이론적으로, PoS는 더 효율적일 수 있습니다. 그러나 PoS는 더 최근의 알고리즘이기 때문에 PoW의 규모에서 테스트된 적이 없습니다.

두 알고리즘의 차이점을 명확히 보여주기 위해 비교 표를 준비했습니다:

특징	Proof-of-Work	Proof-of-Stake
전력 소비	Proof-of-Work매우 높음. 채굴을 위한 강력한 하드웨어가 필요.	Proof-of-Stake낮음. 컴퓨팅 파워 대신 토큰을 스테이킹함.
보안	Proof-of-Work오랜 시간 검증된 안전성. 매우 비싸고 공격하기 어려움.	Proof-of-Stake높은 보안, 하지만 스테이크 분포에 따라 다름. 중앙 집중화 위험 있음.
확장성	Proof-of-Work제한적. 낮은 처리량과 느린 거래 속도.	Proof-of-Stake더 나은 확장성. 더 빠른 거래 속도와 낮은 수수료.