이더리움 블록체인과 스마트 컨트랙트의 미래

이더리움(Ethereum)은 비트코인과 같은 블록체인 기술을 기반으로 하지만, 단순한 암호화폐 시스템이 아니라 스마트 컨트랙트(Smart Contract)를 실행할 수 있는 분산형 컴퓨팅 플랫폼입니다.
즉, 중앙 서버 없이 네트워크 참여자들이 서로 신뢰할 수 있는 계약을 자동으로 실행할 수 있는 환경을 제공합니다.

1. 이더리움 블록의 구조

이더리움 블록체인은 여러 개의 블록(Block)이 연결된 형태입니다. 각 블록에는 아래와 같은 데이터가 들어 있습니다.

① World State Trie (월드 스테이트 트라이)

• 블록체인의 현재 상태를 저장하는 데이터베이스
• 모든 계정(Account)과 스마트 컨트랙트(Smart Contract)의 상태(State)를 보관

② Transaction Trie (트랜잭션 트라이)

• 블록 안에 포함된 모든 트랜잭션(거래) 정보를 저장
• 트랜잭션이란?
  • A가 B에게 1 ETH를 보낸다면, 이게 바로 하나의 트랜잭션

③ Transaction Receipts Trie (트랜잭션 영수증 트라이)

• 각 트랜잭션의 실행 결과를 저장
• 성공 여부, 가스 사용량, 생성된 로그 등을 기록

2. 블록 생성 과정 (마이닝, Mining)

이더리움은 채굴(Mining)을 통해 새로운 블록을 생성합니다.

마이닝이란?

네트워크에 참여한 컴퓨터들이 복잡한 수학 문제(해시 연산)를 풀어 새로운 블록을 만들고, 이에 대한 보상으로 ETH(이더)를 받는 과정

마이닝 과정 (블록 생성 과정)

1. 처리할 트랜잭션을 선택
   • A가 B에게 1 ETH를 보낸다고 가정
2. 트랜잭션을 검증
   • A가 정말 1 ETH를 갖고 있는지 확인
   • A가 서명한 거래가 맞는지 확인
3. 트랜잭션 실행 및 저장
   • 잔액 변경, 스마트 컨트랙트 실행 등 상태(State) 업데이트
4. Nonce(넌스) 찾기 - 작업 증명(Proof of Work, PoW) 과정
   • 목표 값보다 작은 해시(Hash) 값을 찾기 위해 반복적인 계산 수행
   • 성공하면 새로운 블록 생성
5. 블록을 네트워크에 전파
   • 블록체인 네트워크에 새로운 블록을 공유

이 과정이 끝나면, 블록이 체인에 추가되고, 마이너는 채굴 보상(Ether 보상)을 받습니다.

3. 엉클 블록 (Uncle Block)

엉클 블록이란?

블록이 정상적으로 생성되었지만, 네트워크에 전파되는 속도가 느려서 메인 체인에 포함되지 못한 블록

비트코인에서는 이런 블록을 고아 블록(Orphan Block)이라고 하지만,
이더리움에서는 엉클 블록도 일부 보상을 제공합니다!

엉클 블록이 발생하는 이유

• 블록 생성 속도가 비트코인보다 빠름(이더리움은 약 12초마다 새로운 블록 생성)
• 여러 마이너가 동시에 블록을 만들면, 가장 먼저 전파된 블록만 메인 체인에 포함됨

엉클 블록의 문제점

• 트랜잭션 지연: 엉클 블록에 포함된 트랜잭션이 다시 처리되어야 함
• 컴퓨팅 파워 낭비: 마이너가 계산한 해시가 쓸모없어질 수 있음
• 보안 문제: 체인이 여러 갈래로 갈라지면 51% 공격(해커가 네트워크 장악)이 쉬워짐

4. 머클 패트리샤 트라이 (Merkle Patricia Trie)

왜 트리가 필요할까?

• 블록체인에서는 모든 계정 상태(State)와 트랜잭션을 효율적으로 저장하고 검증해야 합니다.
• 하지만 데이터가 계속 변경되면, 전체 데이터베이스를 다시 저장해야 하는 문제가 발생합니다.

Merkle Patricia Trie란?

이 문제를 해결하기 위해 이더리움은 Merkle Tree(머클 트리)와 Patricia Tree(패트리샤 트리)를 조합한 Merkle Patricia Trie를 사용합니다.

Merkle Patricia Trie의 장점

• 빠른 데이터 검증: 해시 값을 이용해 데이터 무결성을 보장
• 효율적인 업데이트: 변경된 부분만 수정하면 됨
• 저장 공간 절약: 중복 데이터 저장을 최소화

5. 이더리움 합의 알고리즘 - Ethash

합의 알고리즘이란?

블록체인은 중앙 서버가 없기 때문에, 네트워크 참여자들이 "어떤 블록을 정식 블록으로 인정할지" 합의해야 합니다.
이것을 결정하는 규칙이 합의 알고리즘(Consensus Algorithm)입니다.

이더리움의 합의 알고리즘 - Ethash (PoW)

이더리움은 비트코인처럼 작업 증명(PoW, Proof of Work)을 사용하지만, ASIC(전용 채굴기)의 사용을 막기 위해 Ethash 알고리즘을 채택했습니다.

Ethash의 특징

1. DAG(Directed Acyclic Graph, 방향성 비순환 그래프) 사용

   • 약 2GB 이상의 데이터를 채굴 과정에서 사용
   • 이를 통해 일반적인 GPU(그래픽 카드)로 채굴 가능하도록 유도

2. KECCAK256(SHA-3) 해시 알고리즘 사용

   • 기존 PoW보다 보안이 강화됨

3. ASIC 채굴 방지

   • ASIC(전용 채굴기)이 아니라 GPU(그래픽 카드)로 채굴하도록 설계

4. 빠른 블록 생성 시간 (~12초)

   • 비트코인은 약 10분, 이더리움은 약 12초마다 블록 생성

6. 마이닝 풀 (Mining Pool)

마이닝 풀이란?

혼자 채굴을 하면 블록을 생성할 확률이 낮기 때문에, 여러 명이 힘을 합쳐 채굴하고 보상을 나누는 시스템

쉽게 말하면?

• 개별 채굴자가 아닌, 채굴 그룹(마이닝 풀)에 참여
• 일을 나눠서 하고, 보상도 공평하게 나누는 방식

하지만 중앙화된 마이닝 풀이 많아지면 블록체인의 탈중앙성이 약화될 수 있는 문제도 존재합니다.

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마무리

이제 이더리움의 블록 구조, 마이닝, 합의 알고리즘, 엉클 블록, Merkle Patricia Trie까지 주요 개념을 익혔습니다!