지분증명(PoS)이 작업증명(PoW)보다 안전하지 않은 이유

출처: 아래 내용은 Etherplan, Donald McIntyre의 글을 각색했습니다.


이더리움 클래식(ETC)의 작업증명(PoW) 블록체인은 많은 양의 에너지를 사용하여 데이터 블록을 생성하는 객관적이고 물리적인 기반 위에 고정된 주관적 계정이자 스마트 콘트랙트 시스템입니다. 작업증명 상의 블록 데이터는 물리적인 과정을 거쳐 시스템에 추가되기 때문에 더 높은 안전성을 가지고 있습니다. 이렇게 데이터 생성을 물리적인 과정에 고정함으로써 주관적인 데이터는 높은 객관성을 얻을 수 있음으로 물리적인 기초가 없는 시스템보다 안전합니다.



확장 가능성을 모색하기 위한 지분증명(PoS) 시스템은 계산상 확장 불가능한 작업증명의 물리적 기반을 제거함으로써 그 시스템이 다시 높은 주관성을 갖게 됩니다.


이와 같은 이유로 지분증명의 정확한 명칭은“지분증명 분산 장부”가 되어야 한다고 생각합니다. 그 이유는 이것이 데이터 블록을 구축하고 보호하는 데 많은 노력이 필요한 시스템이 아니기 때문입니다. 실제로 이들이 거래 데이터를 만들어 전송하는 것은 실제 블록 생성 디자인을 모방해 권위(지분)를 끌어들이는 것일 뿐 분산 장부 시스템의 객관성과 안전성을 높이는 것에는 도움이 되지 않습니다.


블록체인과 분산원장이 공유하는 이러한 시스템의 “주관적”부분은 기본적으로 유용한 특징이자 기능입니다.


위의 그림에서 볼 수 있듯 주관적인 부분의 구성은 기본 토큰, EVM, 프로그래밍 언어 및 스마트 컨트랙트 계정과 잔액이 있는 원장입니다. 이 밖에도 분산 애플리케이션(DAPP), 사물인터넷(IoT)과 같은 다른 응용프로그램 및 채널, 사이드 체인과 같은 고급 확장 솔루션이 있습니다.

우리는 블록체인과 분산장부의 주관적 부분을 “커뮤니티 기축 토큰과 시스템”이라고 부릅니다. 하지만, 정부나 중앙 은행이 아니라 생태 시스템에 의해 관리 됩니다. 즉, 참여자가 동의하면 모든 규칙, 잔액, 스마트 컨트랙트 및 응용프로그램을 변경할 수 있습니다.


하지만, 사토시 나카모토의 뛰어난 발명품은 이러한 주관적이고, 따라서 불안정한 시스템을 객관적이고 물리적 기반에 고정하는 것이었습니다. 이러한 고정 장치가 없으면 분산 장부는 기본적으로 전통적이고 주관적인 관리 시스템이 됩니다.


그들이 어떤 복잡한 설계와 선택을 하는지는 중요하지 않습니다. 예를 들어 연방제, 선출된 블록 생성자, 회전 검증자, 투표, 2차 투표, 유동적 민주주의 또는 어떠한 조직의 조합이든 결국 그것은 모두 다른 형태의 객관적인 동기가 아니라 인간의 주관적인 동기에 의존하고 있습니다.



특징과 차이점 정리

PoW의 객관성이 왜 PoS보다 안전한 이유를 설명하기 위해 시스템의 기능적 차이점을 검토해볼 필요가 있습니다.

작업증명은 더 객관적이고 따라서 사회적으로 확장할 수 있지만, 계산적으로 확장이 어렵습니다.지분증명은 주관적이며 따라서 사회적인 확장은 불가능하지만, 계산적인 확장은 가능합니다.


장애허용(내결함성)

장애허용이란 분산 네트워크의 노드가 다른 노드에 부패한 정보를 전송하여 시스템을 손상시킬 수 있는 노드의 양을 나타냅니다. 비트코인 이전의 분산 시스템은 33%의 장애허용 가지고 있었습니다. 비트코인이 도입한 PoW는 50%의 장애허용(내결함성)을 가지고 있습니다. 비트코인이 실제로 보안 수준을 완벽히 해결하진 못했지만 채굴자들의 물리적인 신호와 작업증명을 통해 보안성을 크게 향상시켰습니다. 한편 PoS 시스템은 여전히 33%의 내결함성을 가지고 있습니다.


포크, 체인의 선택

포크의 선택은 네트워크 참여자가 분할되거나 처음 참여할 때, 또는 다시 참여하거나 둘 이상의 체인을 선택할 때 결정하는 규칙입니다. 외부 물리적 신호로써 PoW는 “가장 긴 체인의 증명” 형태를 통해 명확하고 객관적인 포크를 선택할 수 있습니다. 이것이 객관적인 이유는 네트워크 전체를 통한 컴퓨팅 능력만이 가장 긴 사슬은 만들 수 있기 때문입니다. 반면 PoS시스템은 이러한 객관적인 요인으로 올바른 체인을 결정하지 않기 때문에 참여자들의 주관적인 의사결정 과정이 필요합니다. 따라서 어떤 체인을 따라야 하는지 결정하려면 블록체인 브라우저, 개발자, 마이너 등과 상의를 해야 합니다. 만약 포크가 네트워크 참여 노드와 신규 참여자는 이탈 후 재진입해야 합니다.


높은 위조 비용

건전한 화폐의 기본적 물리 특징의 하나는 그것의 위조방지 비용이 높다는 것입니다. PoW는 마이너들이 전기와 기계에 막대한 비용을 들여 블록을 생성하는 것으로 화폐의 생성 비용성을 제공합니다. 따라서 BTC와 ETC와 같은 PoW 시스템에서는 토큰을 위조할 수 없습니다. PoS 시스템에서 계정 및 잔액이 있는 데이터베이스는 시스템 노드 및 스테이크 사용자가 생성하기가 쉽기 때문에 객관적인 비용성이 존재하지 않습니다.


가치의 대용

위에서 언급한 PoW의 생산 비용성은 더 넓은 경제에서 토큰의 가치를 대변하는 역할을 합니다. PoS 시스템에서는 이 기능이 존재하지 않음으로 토큰의 객관적인 가치 측정값이 없습니다.


누적된 작업량

PoW상의 마이너는 확실히 한 블록씩 작업하게 됩니다. 이는 부정직한 노드가 현재 또는 최신 블록을 조작하는 데 장애가 될 뿐만 아니라 체인이 구축됨에 따라 실제로 누적됩니다. 즉 오래된 블록일수록 공격자가 변경하거나 위조하는 것이 기하급수적으로 어려워 짐을 의미합니다. 예를 들어 현재 이더리움 클래식 전체 체인을 되돌리려면 네트워크 100%의 해싱을 사용해도 340일이 걸립니다. 만약 PoS 시스템이라면 전체 장부를 되돌리는 것이 아주 어렵지 않습니다.


블록생성자의 포지션

위에서 언급한 것과 같이 PoW 상의 마이너는 계정, 잔액 및 스마트 계약으로 원장을 보유한 노드 네트워크에 대한 외부 프로세스입니다. 이것은 원장을 블록 생성자와 분리하여 전체 노드의 네트워크 독립성의 보안 이점을 제공합니다. PoS에서 스테이크는 실제로 원장에 예치금이 있어야 참여할 수 있어 데이터베이스의 내부자가 될 수 있음으로, 네트워크의 다른 모든 노드는 블록 작성자와 독립적이지 않습니다.


깊은 자금 투자

PoW 상의 마이너들은 실제로 자본을 사용하며 장비를 구입하고 데이터 센터를 구축하며 블록을 생성하기 위해 전력을 소비합니다. 이들은 이러한 방식으로 시스템에 자신의 자본을 '투자(스테이킹)'합니다. 하지만, PoS 시스템의 이해관계자(Staker)는 실제로 자본을 소비하지 않고, 이들을 진정한 기여자로 볼 수 없습니다. 이들은 단지 은행의 현금을 분산원장으로 옮기고 이런 행동에 대한 사소한 이자를 받을 뿐입니다. 현금은 ‘투자’가 아니라 아무런 위험도 없는 투자되지 않은 자본일 뿐입니다.


전체 데이터 복제와 분산

안전한 블록체인의 또 다른 보안 설계는 데이터베이스의 완전한 복제입니다. 즉, 원장은 전 세계 네트워크에 가능한 한 많이 복사될 수 더욱 안전하다는 것을 의미합니다. 이더리움 2.0과 카르다노와 같은 몇몇 네트워크는 확장성을 높이기 위해 전체 데이터 복제에서 샤딩과 같이 조각된 데이터베이스의 형태로 이동하고 있습니다. 이 전략은 분산원장의 보안성을 더욱 떨어트릴 위험이 존재합니다.


비트골드로의 회귀

위의 첫 이미지에서 볼 수 있듯 작업증명은 닉사보가 만든 비트골드라는 시스템의 변형입니다. 이 시스템은 작업증명 방식을 사용하며 위조 불가라는 고결성을 가지고 있기 때문에 비트골드라 불립니다. 단 BTC 또는 ETC라는 특정 이름을 가지고 있진 않습니다. PoW 블록체인을 비트골드 할 수 있지만, 원장과 토큰 그리고 상위의 다른 요소를 가지고 있습니다.

이러한 네트워크의 수수료 시스템은 마이너에 대한 보상 메커니즘으로 작용하지 않거나 생태계가 화폐 정책을 수정하여 무의식적으로 더 많은 토큰을 발행하기로 한 경우 이러한 시스템이 무너져 버릴 수 있기 때문에 이것은 중요합니다. 비트골드에서는 토큰을 구축하고 원래 디자인과 마찬가지로 디지털 골드를 지속해서 구축할 수 있습니다. PoS 시스템은 PoW의 물리적 베이스를 제거함으로써 이러한 가능성을 포기합니다.


사회적 확장성

사회적 확장성은 시스템이 객관적이라는 사실에 의해 결정됩니다. 누구도 어떠한 상황이나 편견으로 이 시스템에 참여하거나 사용하는 것에서 제외되어서는 안 됩니다. PoW 블록체인은 높은 수준의 객관성을 가지므로 전 세계적인 사회로 확장될 수 있습니다. 실제로 PoS 시스템은 매우 적은 이해 관계자들이 시스템을 통제하는 것이 가능하므로 개인적 또는 제도적 신념에 의해 압력을 받거나 오늘날의 전통 시스템과 같이 정체성 또는 국적 등과 같은 조건으로 참여자를 배제할 가능성이 있습니다. PoS 시스템은 주관적이며 사회적 확장성의 기초가 없기 때문에 오늘날의 기존 시스템 매우 유사하게 특정 시장 또는 지역에 제한될 될 것입니다.


컴퓨팅 확장성

이 부분에서 PoW는 PoS에 비해 약점을 가지고 있습니다. PoW는 많은 계산 작업이 필요하기 때문에 블록을 15초(Ethereum) 또는 10분(Bitcoin)마다 만들 수 있습니다. 로컬 프로세싱과 글로벌 브로드케스팅 측면에서 PoW는 또 다른 물리적인 제한을 가지고 있는데 PoS와 비교해 PoW는 컴퓨팅 계산의 확장성 제한을 가지고 있습니다.


지분증명의 6가지 오류

위에서 두 시스템에 대해 비교를 했지만 PoS의 아이디어에는 크게 6가지 오류가 존재하고 이에 대한 설명이 필요합니다.


1. 적과의 동침 오류

PoW의 채굴자는 외부자이지만 PoS의 스테이커(Skeaker)는 원장 존재합니다. 즉, 전체 노드는 분할되어도 PoS 시스템의 Staker는 제거할 수 없습니다. 이는 PoS가 검역 저항력이 없다는 것을 의미합니다. 검열을 제거할 수 있다는 것은 적과의 동침을 의미합니다.


2. 스테이킹과 투자 역설

PoS는 실제적인 투자(배팅) 개념이 없습니다. 이것은 단지 신뢰받는 부유한 참여자들이 시스템을 통제하고 이익을 얻을 뿐입니다. 실제로 마이너 들은 장비와 데이터 센터 그리고 전력에 대한 자금을 소모하고 수개월 또는 수년 후에서나 투자 자금을 회수합니다. 이것이야말로 진정한 지분투자(이해관계자) 입니다.


3. 컴퓨터 과학 혁신 오류

PoS는 단지 “커뮤니티 계약 시스템” 또는 주관적인 전통지배 시스템에 불과합니다. 컴퓨터 과학의 어떠한 획기적인 발전도 없습니다. 실제로 중앙은행 모델은 지분증명 시스템입니다. 참여 은행은 고객 계정을 잔액을 유지하는 거래를 수락하고 처리할 수 있는 허가가 필요하고 이를 준수해야 합니다. PoS이와 같습니다.


4. 분장원장 및 블록체인 오류

PoS 네트워크는 권위를 유지하기 위해 실제 블록체인 구조와 프로세스를 모방하지만, 분산 네트워크일 뿐이며 블록체인이 아닙니다. 블록체인은 시스템을 구축을 정당화하기 위해 놀라운 계산 능력이 필요하고 이를 위한 설비 구축과 투자가 필요합니다. PoS는 단순한 네트워크일 뿐입니다.

5. 수학적 특수 효과 오류

대다수의 PoS 프로젝트는 시스템 보안의 부족함을 보완하기 위해 매우 복잡한 수학 및 알고리즘을 만들고 높은 학문적 이미지를 내세우고 있지만, 사실 이들은 중앙 집권화를 숨기고 기본적인 33%의 비잔팅 장애 허용 이외의 보안적 이점을 얻지 못하고 있습니다.


6. 투표 전략 오류

많은 PoS 프로젝트는 전통적인 시스템의 ‘민주주의’, ‘힘의 균형’ 및 ‘기본보장’ 등의 권위를 호소함으로써 그들의 불안정한 모델을 보상하기 위해 투표 메커니즘을 도입합니다. 진정한 블록체인은 우선 그러한 시스템과 의사 결정 프로세스를 정밀하게 피하려고 합니다. 투표는 블록체인에서 기술적인 결정을 내리는 더 나쁜 메커니즘이며, 그것은 갈등을 최소화하기 위한 수단일 뿐입니다. 어떤 식으로든 무허가성이나 합리적인 엔지니어를 선택을 보장하지 않습니다.

결론

PoS가 PoW보다 안전성이 떨어지는 데는 여러가지 이유가 있으며 이 글에서 설명한 이유보다 더 많을 가능성이 높습니다. 또한 PoS 시스템은 “비작업증명 분산 원장”이라고 불리는데 이것은 시스템 내에 진정한 스테이킹이 존재하지 않기 때문입니다.


그럼에도 PoS는 정통적인 시스템보다는 더 낫습니다. PoS는 높은 권력 분배 계층을 가지고 있고 관할도 더 다양하기 때문입니다. 안정성과 사회적 확장성 측면에서 이야기하며 PoS는 PoW와 전통적인 시스템의 중간지점에 있지만, 전통 시장에 더 가깝습니다.


PoW 블록체인이 주관적이고 객관적인 시스템으로 결합 될 경우 이 모델은 실제로 PoS분산 장부로 확장될 수 있으며 기존 PoW 블록체인에 고정되어 더 높은 수준의 보안을 얻을 수 있습니다.


원문 링크

https://etherplan.com/2019/10/07/why-proof-of-stake-is-less-secure-than-proof-of-work/9077/


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