1.1 블록체인의 정의와 기원

학습 목표: 블록체인의 근본적인 정의와 역사적 뿌리, 비트코인과 밀접한 연관성을 이해합니다.

정의:

블록체인은 데이터를 '블록'이라는 단위로 구성 및 저장하고 암호화 원리를 사용하여 이러한 블록을 순차적으로 연결하여 '체인'을 형성하는 고급 디지털 원장 기술입니다. 이 체인은 여러 컴퓨터 노드에 걸쳐 유지되는 분산되고 투명하며(퍼블릭 블록체인의 경우) 변조 방지 공유 데이터베이스를 생성합니다. 각 블록은 특정 기간 내에 일련의 트랜잭션을 기록하고 타임스탬프를 포함하므로 시간 순서와 추적성을 보장합니다.

출처:

블록체인 기술의 개념은 스튜어트 하버와 W. 스콧 스토네타가 디지털 문서 타임스탬프 문제를 해결하기 위한 시스템을 제안한 1991년으로 거슬러 올라갑니다. 그러나 블록체인은 2008년 '사토시 나카모토'라는 가명으로 활동하는 미지의 개인 또는 그룹이 획기적인 백서를 발표하면서 광범위한 관심을 받고 실제 적용되기 시작했습니다. "비트코인: P2P 전자 현금 시스템". 비트코인은 세계 최초의 성공적인 암호화폐이자 블록체인 기술의 첫 번째 킬러 애플리케이션으로, 중앙화된 기관 없이도 안전하고 신뢰할 수 있는 가치 교환을 가능하게 하는 것을 목표로 합니다.

1.2 블록체인의 작동 방식

학습 목표: 블록이 생성되고 검증되는 방식, 데이터 무결성을 보장하기 위해 체인이 형성되는 방식, 네트워크 합의를 달성하는 데 있어 채굴자(또는 검증자)의 중요한 역할에 대해 깊이 있게 이해합니다.

블록체인의 작동은 다음과 같은 주기적인 과정으로 요약할 수 있습니다. "트랜잭션을 블록으로 패키징 → 블록을 체인으로 연결 → 네트워크 합의 보장".

워크플로:

1. 트랜잭션 생성 및 브로드캐스팅:
   사용자가 거래를 시작하면(예: 디지털 자산 전송 또는 스마트 컨트랙트 실행) 거래가 서명되고 전체 블록체인 네트워크에 브로드캐스트됩니다.
2. 트랜잭션 검증 및 블록 생성:
   네트워크의 특정 노드(작업 증명(PoW)에서는 "채굴자", 지분 증명(PoS)에서는 "검증자"라고 함)가 이러한 보류 중인 트랜잭션을 수집합니다. 이들은 거래의 적법성(예: 발신자의 잔액 및 서명 유효성 확인)을 확인한 다음, 확인된 거래 배치를 새로운 '블록'으로 패키징합니다. 각각의 새 블록에는 이전 블록의 고유 식별자(해시)가 포함되어 있어 끊을 수 없는 체인이 만들어집니다.
3. 체인 형성 및 불변성:
   합의 메커니즘을 통해 새 블록이 확인되면 기존 블록체인에 추가됩니다. 각 블록은 이전 블록의 해시를 참조하기 때문에 이전 블록을 수정하려고 시도하면 모든 후속 블록이 연쇄적으로 변경되므로 변조가 계산적으로 불가능하고 쉽게 탐지할 수 있습니다. 이러한 설계는 데이터 무결성과 불변성을 보장합니다.
4. 합의 메커니즘 및 기록 보관 권한:
   네트워크의 모든 참여자가 블록체인의 상태에 동의하도록 하기 위해 합의 메커니즘이 사용됩니다. 예를 들어, 비트코인의 작업 증명에서는 채굴자가 새 블록을 생성할 권리("기록 보관 권한")를 얻고 블록 보상(새로 발행된 코인 및 거래 수수료)을 얻기 위해 상당한 연산 자원을 사용하여 복잡한 수학적 퍼즐을 풀어야 합니다. 지분 증명(PoS) 및 위임 지분 증명(DPoS)과 같은 다른 합의 메커니즘은 서로 다르게 작동하지만 공정하고 안전하며 효율적인 네트워크 운영을 보장한다는 목표를 공유합니다.

1.3 블록체인의 핵심 특성

학습 목표: 탈중앙화, 투명성, 불변성, 보안, 가명성 등 블록체인의 주요 특징을 이해합니다.

주요 기능:

1. 탈중앙화:
   데이터는 하나의 중앙 집중식 서버에 저장되지 않고 네트워크에 있는 수천 개의 노드에서 유지 관리 및 저장됩니다. 이러한 분산 아키텍처는 단일 장애 지점을 없애고 중앙 집중식 엔티티의 제어를 크게 줄입니다.
2. 투명성:
   퍼블릭 블록체인에서는 모든 거래 기록(일반적으로 실제 신원과 연결되지 않은 가명)에 공개적으로 액세스할 수 있습니다. 누구나 블록체인 탐색기를 통해 거래 내역을 조회하고 확인할 수 있으므로 운영 투명성이 보장됩니다.
3. 불변성:
   데이터가 블록체인에 기록되고 다수의 노드에 의해 확인되면 데이터를 일방적으로 변경하거나 삭제하는 것이 거의 불가능해집니다. 이는 암호화 해시 링크와 합의 메커니즘을 통해 보장되며, 높은 수준의 신뢰성을 제공합니다.
4. 보안:
   블록체인은 암호화(예: 디지털 서명 및 해시 알고리즘), 탈중앙화된 아키텍처, 합의 메커니즘을 결합하여 다양한 공격(예: 데이터 변조 및 이중 지출)에 효과적으로 저항하고 강력한 보안을 제공합니다.
5. 익명성:
   블록체인상의 사용자는 실제 신원이 아닌 (공개 키에서 파생된) 암호화 주소로 표시됩니다. 거래 데이터는 공개되지만 블록체인 주소를 현실 세계의 신원에 매핑하려면 추가 정보가 필요하므로 어느 정도의 개인정보 보호가 필요합니다.
6. 합의 기반:
   블록체인의 모든 변경 사항(예: 새 블록 추가)은 합의 메커니즘을 통해 확인되어야 데이터 일관성과 질서 있는 시스템 운영을 보장할 수 있습니다.

1.4 블록체인 아키텍처 및 유형

학습 목표: 블록체인 기술의 일반적인 계층 구조를 이해하고 퍼블릭, 프라이빗, 컨소시엄 블록체인을 구분합니다.

기술 아키텍처(일반 모델):

1. 데이터 레이어:
   거래 세부 정보, 계정 잔액, 디지털 서명, 타임스탬프, 블록을 연결하는 해시 포인터 등 원시 데이터를 저장하는 블록체인의 기초입니다.
2. 네트워크 레이어(P2P 레이어):
   피어 투 피어 통신 네트워크를 구축합니다. 트랜잭션 브로드캐스팅, 블록 동기화, 노드 검색과 같은 노드 간 데이터 전파를 처리합니다.
3. 합의 계층:
   블록체인의 상태에 대한 네트워크 전체의 합의를 달성하기 위한 규칙과 알고리즘(예: 작업 증명, 지분 증명)을 정의합니다. 이 계층은 공정하고 안전한 기록 보관 및 트랜잭션 검증을 보장합니다.
4. 인센티브 계층:
   주로 퍼블릭 블록체인에 존재하는 이 계층은 채굴자/검증자가 네트워크 유지에 정직하게 참여하도록 인센티브를 제공하는 경제 모델(예: 블록 보상 및 트랜잭션 수수료)을 설계합니다.
5. 계약 계층:
   계약 조건을 자동으로 시행하는 미리 작성된 코드인 스마트 컨트랙트를 배포하고 실행할 수 있습니다. 이는 블록체인의 기능을 단순한 원장을 넘어 확장합니다.
6. 애플리케이션 계층:
   블록체인 기술과 최종 사용자 사이의 인터페이스로, 지갑, 탈중앙화 금융(DeFi), 공급망 시스템과 같은 탈중앙화 애플리케이션(DApp)과 솔루션을 포괄합니다.

블록체인 유형:

1. 퍼블릭 블록체인:
   완전 개방형으로 누구나 가입하고, 데이터를 읽고, 트랜잭션을 전송하고, 합의에 참여할 수 있습니다(예: 비트코인, 이더리움). 최고의 탈중앙화와 투명성을 제공합니다.
2. 프라이빗 블록체인:
   액세스는 단일 조직에 의해 제한되고 제어됩니다. 노드 참여, 데이터 액세스 및 합의 권한은 중앙에서 관리됩니다. 기업 내부 사용 사례에 적합합니다.
3. 컨소시엄 블록체인:
   사전에 선정된 조직 그룹이 관리하는 퍼블릭 블록체인과 프라이빗 블록체인의 하이브리드입니다. 효율성, 프라이버시, 부분적인 탈중앙화의 균형을 유지하며 업계 컨소시엄과 같은 협업 시나리오에 이상적입니다.

1.5 블록체인의 진화: 1.0에서 3.0으로

학습 목표: 블록체인 기술의 발전 단계를 추적하고 각 단계의 핵심 혁신과 대표적인 애플리케이션을 이해합니다.

블록체인 1.0: 프로그래밍 가능한 화폐

• 시대: 디지털 화폐 시대.
• 비트코인이 주도하는 탈중앙화된 P2P 전자 현금 시스템에 중점을 두고 있습니다.
• 이중 지출 문제를 해결하고 검열에 강한 안전한 글로벌 통화 시스템을 만들었습니다.
  

블록체인 2.0: 프로그래밍 가능한 금융

• 시대: 스마트 계약과 금융 혁신
• 이더리움이 주도하여 복잡한 작업을 자동화하는 스마트 컨트랙트를 도입했습니다.
• 탈중앙화 애플리케이션(DApp), 탈중앙화 금융, ICO, NFT, DAO를 지원합니다.

블록체인 3.0 프로그래밍 가능한 사회

• 시대: 금융을 넘어선 광범위한 애플리케이션
• 블록체인을 공급망, 의료, 디지털 신원, IoT, 투표 시스템 등에 통합하는 데 중점을 둡니다.
• AI, 빅데이터, 클라우드 컴퓨팅과의 융합을 강조하여 사회적 신뢰 문제를 해결하고 효율적인 협업을 가능하게 합니다.

1.6 애플리케이션 및 향후 동향

학습 목표: 블록체인의 잠재적 사용 사례를 살펴보고, 장점과 과제를 분석하고, 앞으로의 방향을 예측해 보세요.

애플리케이션:

1. 금융: 국경 간 결제, 무역 금융, 디지털 신원 확인, 증권 발행, 보험 자동화.
2. 공급망: 엔드투엔드 제품 추적성, 위조 방지 및 재고 최적화.
3. 헬스케어: 전자 의료 기록, 약물 추적성, 임상시험 데이터 관리의 안전한 저장 및 공유.
4. 부동산: 간소화된 자산 등록, 자산 토큰화, 거래 비용 절감.
5. 투표: 안전하고 투명하며 검증 가능한 전자 투표 시스템.
6. 저작권 보호: 디지털 콘텐츠에 대한 변경 불가능한 소유권 기록(예: NFT를 통한).
7. 에너지: P2P 에너지 거래 및 효율적인 에너지 분배.

도전 과제:

• 확장성 문제(예: 비트코인/이더리움의 낮은 TPS).
• 높은 에너지 소비(특히 작업 증명 시스템에서).
• 규제 불확실성 및 규정 준수 위험.
• 표준화 및 상호 운용성 부족.
• 복잡한 사용자 경험(UX).
• 개방형 네트워크에서의 개인정보 보호 문제.

트렌드:

1. 레이어 2 솔루션: 확장성 향상을 위한 롤업, 사이드체인 및 채널.
2. 상호 운용성: 고립된 블록체인을 연결하는 크로스체인 솔루션.
3. AI, IoT, 빅 데이터와의 통합.
4. 엔터프라이즈 블록체인: 비즈니스 효율성을 위한 프라이빗/컨소시엄 솔루션 도입.
5. 탈중앙화 신원 확인(DID): 사용자가 디지털 ID를 제어할 수 있도록 지원.
6. Web3 및 메타버스: 몰입형 가상 세계와 차세대 인터넷의 근간이 되는 블록체인.