블록체인 코스 #4: 비트코인, 신뢰를 지키는 기술의 원리와 구조

독자는 이 글을 통해 비트코인이 신뢰 없는 환경에서 신뢰를 구성하는 메커니즘을 빠르게 이해하고, 핵심 구성요소를 실무·학습에 연결하는 방법을 얻게 됩니다.

신뢰 문제를 어떻게 재정의했나

• 비트코인은 ‘상호 불신’을 기본 가정으로 놓고, 중앙 권위를 대체할 규칙과 증명을 설계했습니다.
• 데이터 무결성, 이중지불 방지, 합의 형성이라는 세 문제를 하나의 절차로 엮습니다.
• 중심 아이디어는 “검증 가능한 기록과 비용”을 결합해 조작 유인을 낮추는 것입니다.

타임스탬프 체인의 출발점

• *Haber & Stornetta(1991)*는 문서의 변경 불가능성을 위해 블록형 타임스탬프 체인을 제안했습니다.
• 각 블록은 이전 블록의 해시를 포함해 순서를 고정하고, 체인 단절은 곧 변조 신호가 됩니다.
• 이 개념은 비트코인에서 공개 네트워크 규모로 확장되어 분산 타임스탬프가 됩니다.

왜 체인이면 위조가 어려운가

• 블록 해시가 바뀌면 이후 모든 블록을 다시 계산해야 하므로 재작성 비용이 기하급수적으로 증가합니다.
• 네트워크 다수의 검증이 일치해야 최장 체인이 인정되므로, 단독 변조는 경제적으로 불리합니다.

비트코인이 합의하는 법

• 작업증명(Proof of Work)은 블록 제안에 비용을 부과해, 정직한 체인이 자연스럽게 가장 길어지게 만듭니다.
• 노드는 유효성 규칙(서명, UTXO, 난이도, 블록 크기 등)을 만족하는 블록만 수용합니다.
• 팁: 합의는 “투표”가 아니라 “가장 많은 누적 작업이 담긴 체인 선택” 규칙으로 구현됩니다.

핵심 기술 한 장으로 이해하기

• 해시 함수: 임의 길이 입력을 고정 길이 지문으로 압축, 충돌 가능성을 극소화해 무결성 검증에 사용.
• 디지털 서명: 개인키로 트랜잭션에 서명하고 공개키로 누구나 검증, 책임성과 부인방지 제공.
• 머클 트리: 대량 트랜잭션을 로그 시간에 증명, SPV 검증으로 경량노드 지원.
• 난이도 조정: 목표 생성 시간을 유지해 보안 비용을 안정화.

전제: 입력 데이터 검증(서명·잔고)이 실패하면 어떤 합의 절차도 신뢰를 보장하지 못합니다.

비교·요약 표

구성요소	목적	장점	주의사항
해시 함수	무결성·연결성 확보	빠른 검증, 간결한 지문	취약한 해시 사용 금지(SHA-1 등)
디지털 서명	신원·권한 증명	공개 검증, 부인방지	키 관리·분실 리스크
머클 트리	효율적 증명	로그 크기 증명	불완전 데이터에 취약
작업증명	합의·공격 비용화	단순·탄력적 보안	에너지·경제 비용 고려

마무리와 다음 단계

• 비트코인은 타임스탬프 체인, 해시, 디지털 서명, 작업증명을 결합해 신뢰를 ‘구성’합니다.
• 더 깊이 읽기: 타임스탬프 역사를 통해 개념적 뿌리를 점검하세요.
• 코스 연재는 tech-lab 허브에서 이어집니다.