비트코인 채굴이란 블록체인 상에서 블록을 만들어 연결하는 것을 말합니다. 블록체인의 블록 만들기 그리고 블록을 만들면 보상으로 비트코인을 받습니다. 이 보상으로 받는 비트코인 절반으로 줄어드는 시기를 반감기라고 합니다.
블록체인에서 블록을 생성하는 과정, 즉 ‘채굴’은 새로운 블록을 생성하고 그 블록을 블록체인에 추가하는 과정입니다. 이 과정에서 채굴자들은 특정한 암호학적 문제를 해결해야 합니다. 비트코인과 같은 많은 블록체인 시스템에서 이 암호학적 문제는 주로 “작업 증명”(Proof of Work, PoW) 알고리즘을 통해 구현됩니다.
블록체인의 블록 만들기 – 작업 증명 (Proof of Work)
작업 증명에서의 암호학적 문제는 해시 함수를 사용하여 해결됩니다. 해시 함수는 어떠한 길이의 데이터도 고정된 길이의 유일한 해시 값으로 변환하는 함수입니다. 비트코인에서는 SHA-256 해시 함수가 사용됩니다.
비트코인 암호 양자 컴퓨터로 해킹할 수 있나? sha256 해킹 가능한가에 대한 내용은 링크를 참고하세요.
채굴자의 목표는 다음 조건을 만족시키는 해시 값을 찾는 것입니다: 생성된 해시 값이 특정한 조건보다 작아야 합니다. 이 조건은 보통 목표값(target) 또는 난이도(difficulty)로 표현되며, 비트코인 네트워크는 이 난이도를 주기적으로 조정하여 블록 생성 시간을 평균 10분으로 유지합니다.
생성된 해시값이 특정한 조건보다 작아야 한다는 의미
비트코인과 같은 Proof of Work(PoW) 시스템에서 “생성된 해시값이 특정한 조건보다 작아야 한다”는 개념은 블록의 채굴 난이도와 밀접하게 관련되어 있습니다. 이 조건은 채굴자가 새 블록을 생성하기 위해 해결해야 하는 암호학적 문제의 핵심입니다.
해시 함수와 난이도 타겟
- 해시 함수: 비트코인에서는 SHA-256 해시 함수가 사용됩니다. 이 함수는 입력값에 대해 고유한 256비트(32바이트)의 해시값을 출력합니다. 해시 함수의 특성상, 출력값을 예측하는 것은 불가능하며, 아주 작은 입력값의 변경도 해시값 전체에 큰 변화를 일으킵니다.
- 난이도 타겟: 비트코인 네트워크는 평균적으로 10분마다 새로운 블록이 채굴되도록 난이도를 조절합니다. 이 난이도는 “타겟”값으로 표현되며, 채굴자가 찾아야 하는 해시값은 이 타겟값보다 작아야 합니다. 타겟값은 매우 큰 256비트 숫자로, 이 값이 크면 클수록 난이도는 낮아지고, 작으면 작을수록 난이도는 높아집니다.
해시값과 조건의 의미
- 해시값이 타겟값보다 작다는 것은, 그 해시값이 수치적으로 타겟값보다 낮다는 것을 의미합니다. 예를 들어, 해시값이 16진수로
0x0000000000000000000a...라면, 타겟값이0x0000000000000000000b...보다 작으므로 유효한 해시값입니다. - 이 조건을 만족시키는 해시값을 찾는 것은 무작위 과정이며, 대규모의 컴퓨팅 파워를 필요로 합니다. 채굴자는 “넌스(nonce)”라는 값과 다른 블록 헤더 데이터를 조정하여, 조건을 만족시키는 해시값을 찾을 때까지 계속 시도합니다.
왜 이 조건이 중요한가?
이러한 조건은 비트코인 네트워크에서 중요한 몇 가지 목적을 달성하는 데 도움을 줍니다.
- 보안: 조건을 만족시키는 해시값을 찾는 것은 계산적으로 어려우므로, 블록체인에 대한 악의적인 조작이나 공격을 방지합니다.
- 분산 합의: 채굴 과정을 통해 네트워크 참여자들은 새로운 블록에 대한 합의에 도달합니다. 이는 중앙 권위 없이도 네트워크가 안정적으로 운영될 수 있게 합니다.
- 신규 비트코인 발행: 채굴을 통해 새로운 비트코인이 생성되며, 이는 채굴자에게 보상으로 지급됩니다. 이 과정은 비트코인의 경제 모델의 일부입니다.
결국, 이 조건은 블록체인의 안정성, 보안성 및 탈중앙화를 유지하는 데 필수적인 역할을 합니다.
암호 문제의 구성
- 블록 헤더 정보: 새로운 블록에 포함될 거래들의 정보, 이전 블록의 해시값, 타임스탬프 등이 포함됩니다.
- 넌수(nonce): 채굴자는 이 난수를 조정하면서 새로운 해시 값을 계산합니다. 난수는 그 자체로 의미 있는 정보가 아니지만, 해시 함수에 입력되어 해시 값에 영향을 줍니다.
채굴자는 이러한 정보를 해시 함수에 입력하여, 지정된 조건(목표값 이하의 해시 값)을 만족하는 해시 값을 찾습니다. 이 조건을 만족시키는 난수를 찾는 것은 매우 어렵고, 대규모의 컴퓨팅 파워를 요구합니다. 그러나 일단 해답이 발견되면, 네트워크의 다른 참가자들은 그 해답이 올바른지 매우 쉽게 검증할 수 있습니다.
즉, 작업 증명의 암호 문제는 대규모의 컴퓨팅 작업을 요구하는 ‘난제’를 해결하는 것입니다. 이 과정은 네트워크를 보호하고, 새로운 거래를 검증하며, 분산된 방식으로 블록체인을 유지하는 데 핵심적인 역할을 합니다.
비트코인 채굴 난이도 조정은 언제 하는가?
비트코인 네트워크에서는 난이도 조정이 일정한 기간마다 자동으로 이루어집니다. 이 기간은 비트코인 블록체인의 특정 블록 개수에 따라 정해지며, 비트코인의 경우 2,016 블록마다 난이도가 조정됩니다.
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비트코인 네트워크의 목표는 평균적으로 10분에 한 번씩 블록을 생성하는 것이므로, 2,016 블록을 생성하는 데 대략 2주(14일)가 소요됩니다. 난이도 조정은 이전 2,016 블록을 생성하는 데 걸린 실제 시간을 평가하여, 그 시간이 2주보다 짧으면 난이도를 증가시키고, 2주보다 길면 난이도를 감소시킵니다.
이러한 방식으로 난이도를 조정함으로써, 비트코인 네트워크는 전체 해시 파워가 증가하거나 감소함에 따라 블록 생성 시간을 일정하게 유지할 수 있습니다. 컴퓨팅 파워가 네트워크에 추가되어 블록이 더 빨리 발견되기 시작하면 난이도가 증가하여 블록 생성 속도를 늦춥니다. 반대로, 컴퓨팅 파워가 감소하여 블록 생성이 느려지면 난이도가 감소하여 블록 생성 속도가 빨라집니다.
이 메커니즘은 비트코인과 같은 PoW 기반 블록체인의 핵심적인 부분이며, 네트워크의 보안과 안정성 유지에 중요한 역할을 합니다.
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