다수로는 부족하다. 비트코인 마이닝의 취약점

[원문](https://arxiv.org/pdf/1311.0243.pdf)

비트코인 프로토콜은 대부분의 Miner들이 정직하게 행동하는 것을 필요로 한다. 이는 비트코인 프로토콜에서 요구되는 사항이다. 만약 일련의 Miner들이 다수의 마이닝 파워를 네트워크에서 형성하게 된다면, 통화는 더 이상 탈중앙화를 할수 없게 되고 이런 다수의 지배를 받게 되고 말 것이다. 이렇게 되면, 이 그룹은 특정 혹은 모든 트랜잭션을 통제할 수 있게 된다. 그러므로, miner들 다수가 조직적으로 움직이는 것에 대해서 인센티브가 없게 끔 설게가 되어야 한다.

이러한 실증적인 예로 비트코인 Miner들이 전략적으로 뭉쳐 마이닝 풀을 형성한 것을 들 수 있다. 비트코인 시스템 내에서 보상은 랜덤한 간격으로 드물게 주어지기 때문에, Miner들은 각각의 암호화 퍼즐을 풀기위해 뭉치고, 이로 인해 생성된 보상을 적절하게 나눠갖게 된다. 아직까지, 이러한 마이닝 풀은 프로토콜을 잘 따르며 온건하다.

이러한 전통적인 사실은 비트코인은 인센티브 하에서 경쟁적이라고 이야기 하며, 이성적인 소수의 마이닝 풀은 정직하게 행동하는 것이 최선의 전략이고, 이는 소수의 마이너들이 프로토콜을 어긴다면 이득을 얻을 수 없다는 것다고 말한다. 프로토콜은 마이너들이 그의 채광력의 비례하여 Miner들에게 동일하게 보상을 주는 것으로 믿기 때문에, 큰 마이닝 풀은 작은 마이닝 풀과 같은 비율로 이득을 얻는다고 생각한다. 결과적으로 Miner들을 더 응집시켜 큰 마이닝 풀로 만드는데에 이점이 없다. 따라서 정직하고 합리적인 Miner들의 풀 형성은 시스템에 아무런 위협이 되지 않는다는 결론을 내린다.

그러나 이 논문에서는, 비트코인은 인센티브하에서 경쟁적이지 못하다는 것을 보여준다. 비주류 마이닝 풀이 그들이 가질 수 있는 비율 보다 더 많은 이득을 얻는 것이 가능하며, 이러한 이들은 그들이 가진 컴퓨팅 파워의 이상을 창출해 낼 것이다.

이 전략을 Selfish-mining이라고 한다. Selfish Mining 이란 마이닝 풀이 블록을 발견하면 이를 알리는 것이 아니라 개인적으로 소유하여, 내부 체인에 포킹을 하는 전략을 말한다. 정직한 노드는 퍼블릭 체인에서 계속 채굴할 것이며, 이 동안 Selfish mining에서는 프라이빗 브랜치에서 소유하고 있는다. 그리고 이들은 새로운 프라이빗 블록을 계속해서 채굴하면서 퍼블릭 체인 보다 더 긴 체인을 만든다. 이 과정에서, 퍼블릭 체인이 가짜 체인의 길이와 같아진다면, selfish miner들은 이 블록을 퍼블릭체인에 공개한다.

이 전략은 정직한 비트코인 프로토콜을 따르는 Miner로 하여금 암호화 퍼즐을 푸는데 자원을 낭비하게 함으로써 종국에는 이러한 작업이 아무런 의미가 없게 되어 버린다. 이 논문에서는, 정직하고 selfish한 miner 모두 어느정도 자원을 낭비하지만, selfish 풀의 보상은 네트워크에서 재공할 수 있는 양보다 초과하여 받을 수 있다. 결국 이는 모두 이성적인 Miner들이 모두 selfish mining에 참여하게 되는 유인이 된다.

이는 곧 블록체인 시스템에 치명적인 부분으로 작용할 것이다. Selfish miner들이 일정 한계점에 도달하게 되면, 이성적인 Miner들은 모두 selfish 마이닝 풀에 참여하게 될 것이고, 이들은 곧 비트코인 네트워크에서 주류로 자리잡게 될 것이다. 그리고 이들이 유일한 블록 채굴자들이 되는 순간, 화폐의 탈중앙화 성격은 무너질 것이고 특정 시점에서는 결국 이들이 시스템을 통제하게 될 것이다.

이러한 Selfish miner들이 전체네트워크의 1/3을 차지 하면 이 시스템이 더이상 안전하지 않게 된다. 그렇기 때문에, 이 논문에서는 비트코인 프로토콜이 전체대비 1/4의 threshold를 달성하도록 수정을 제안한다. 이러한 변경은 소급적용 가능하며 점진적이다. 현재 클라이언트에 큰 변화 없이 적용하며, 부분적으로 threshold를 증가시킬 수도 있다.

### 문제점

비트코인 프로토콜은 만약 채굴자들이 같은 길이의 여러 브랜치를 인지하게 되면, 마이너들은 전달받은 마인중 가장 첫번째 브랜치에서 채굴하고 전파하도록 정해져 있다. Selfish Mining 전략은 정직한 채굴자들이 블록 X를 발견했다는 사실을 인지하면, 그둘 중 하나는 미리 발견하고 숨겨놓았던 블록 P를 공개한다. 만약 블록 P 가 다른 마이너들에게 블록 X보다 먼저 도달하게 된다면, 다른 채굴자들은 P를 채굴하기 시작할 것이다. 이렇듯 Selfish mining전략은 다른 정직한 노드가 블록 X를 발견한 뒤에만 반응할 수 있기 때문에 비효율적으로 보일 수 있다. 그러나 이러한 공격자들은 비트코인 채굴 네트워크에 제로파워인 수많은 마이너들을 추가하여 정직한 채굴자들에게 sybil-attack을 가하라 수 있다. 이런 가상의 채굴자들은 데이터를 네트워크에 전송하는 일만 할 뿐, 채굴은 전혀 실행하지 않는다. 이러한 가상의 채굴자들이 블록 X를 발견했다는 사실을 인지하게 되면, 그것을 무시하고 새롭게 블록 P를 전파하기 시작한다. 비트코인 네트워크는 랜덤한 P2P구조를 가지고 있기 때문에, X의 전파속도는 다수의 가짜 채굴자를 보유한 P의 전파속도보다 느릴 수 밖에 없다. 가상의 노드를 추가함으로써, Selfish miner 들은 이득을 취할 수 있게 된다.

![Figure](../images/selfish-mining-threshold.png)

γ (정직한 노드의 비율) threshold 알파는 프로토콜을 따르는 정직한 노드들을 이기는데 필요한 최소 컴퓨팅 파워를 의미한다. 비트코인의 경우 이에 따른 제한이 없으므로, 항상 selfish mining이 우세할 수 있는 구조를 가지고 있다. 물론 현실적으로 이는 가능하지 않겠지만, (모두가 selfish 채굴자가 되는것) selfish-miner 절반이 이득을 보기 위해서는 1/4의 컴퓨팅 파워만 있으면 된다.

### 해결책

프로토콜단에서 마이너가 데이터를 전파하는 것을 통제함으로써 selfish mining의 능력을 감소시킬 수 있다. 이러한 개선은 다른 채굴자들과의 변화와는 독립적이므로, 별다른 하드포크를 필요로 하지 않는다. 이러한 프로토콜의 변경은 프로토콜에 새로운 취약점을 가져오지 않는다. 현재 길이가 같은 두가지 분기가 있을 경우 miner의 선택은 임의적이며, 이는 네트워크 구조와 레이턴시에 영향을 받는다. 논문에서 제안하는 변화는, 이러한 임의의 선택을 명확하게 무작위화 하므로, 또다른 취약점이 발견 되지 않는다.


다수로는 부족하다. 비트코인 마이닝의 취약점 [원문](https://arxiv.org/pdf/1311.0243.pdf)  비트코인 프로토콜은 대부분의 Miner들이 정직하게 행동하는 것을 필요로 한다. 이는 비트코인 프로토콜에서 요구되는 사항이다. 만약 일련의 Miner들이 다수의 마이닝 파워를 네트워크에서 형성하게 된다면, 통화는 더 이상 탈중앙화를 할...

Bitcoin) 비트코인 마이닝의 취약점

<p>다수로는 부족하다. 비트코인 마이닝의 취약점</p>
<p><a href="https://arxiv.org/pdf/1311.0243.pdf">원문</a></p>
<p>비트코인 프로토콜은 대부분의 Miner들이 정직하게 행동하는 것을 필요로 한다. 이는 비트코인 프로토콜에서 요구되는 사항이다. 만약 일련의 Miner들이 다수의 마이닝 파워를 네트워크에서 형성하게 된다면, 통화는 더 이상 탈중앙화를 할수 없게 되고 이런 다수의 지배를 받게 되고 말 것이다. 이렇게 되면, 이 그룹은 특정 혹은 모든 트랜잭션을 통제할 수 있게 된다. 그러므로, miner들 다수가 조직적으로 움직이는 것에 대해서 인센티브가 없게 끔 설게가 되어야 한다.</p>
<p>이러한 실증적인 예로 비트코인 Miner들이 전략적으로 뭉쳐 마이닝 풀을 형성한 것을 들 수 있다. 비트코인 시스템 내에서 보상은 랜덤한 간격으로 드물게 주어지기 때문에, Miner들은 각각의 암호화 퍼즐을 풀기위해 뭉치고, 이로 인해 생성된 보상을 적절하게 나눠갖게 된다. 아직까지, 이러한 마이닝 풀은 프로토콜을 잘 따르며 온건하다.</p>
<p>이러한 전통적인 사실은 비트코인은 인센티브 하에서 경쟁적이라고 이야기 하며, 이성적인 소수의 마이닝 풀은 정직하게 행동하는 것이 최선의 전략이고, 이는 소수의 마이너들이 프로토콜을 어긴다면 이득을 얻을 수 없다는 것다고 말한다. 프로토콜은 마이너들이 그의 채광력의 비례하여 Miner들에게 동일하게 보상을 주는 것으로 믿기 때문에, 큰 마이닝 풀은 작은 마이닝 풀과 같은 비율로 이득을 얻는다고 생각한다. 결과적으로 Miner들을 더 응집시켜 큰 마이닝 풀로 만드는데에 이점이 없다. 따라서 정직하고 합리적인 Miner들의 풀 형성은 시스템에 아무런 위협이 되지 않는다는 결론을 내린다.</p>
<p>그러나 이 논문에서는, 비트코인은 인센티브하에서 경쟁적이지 못하다는 것을 보여준다. 비주류 마이닝 풀이 그들이 가질 수 있는 비율 보다 더 많은 이득을 얻는 것이 가능하며, 이러한 이들은 그들이 가진 컴퓨팅 파워의 이상을 창출해 낼 것이다.</p>
<p>이 전략을 Selfish-mining이라고 한다. Selfish Mining 이란 마이닝 풀이 블록을 발견하면 이를 알리는 것이 아니라 개인적으로 소유하여, 내부 체인에 포킹을 하는 전략을 말한다. 정직한 노드는 퍼블릭 체인에서 계속 채굴할 것이며, 이 동안 Selfish mining에서는 프라이빗 브랜치에서 소유하고 있는다. 그리고 이들은 새로운 프라이빗 블록을 계속해서 채굴하면서 퍼블릭 체인 보다 더 긴 체인을 만든다. 이 과정에서, 퍼블릭 체인이 가짜 체인의 길이와 같아진다면, selfish miner들은 이 블록을 퍼블릭체인에 공개한다.</p>
<p>이 전략은 정직한 비트코인 프로토콜을 따르는 Miner로 하여금 암호화 퍼즐을 푸는데 자원을 낭비하게 함으로써 종국에는 이러한 작업이 아무런 의미가 없게 되어 버린다. 이 논문에서는, 정직하고 selfish한 miner 모두 어느정도 자원을 낭비하지만, selfish 풀의 보상은 네트워크에서 재공할 수 있는 양보다 초과하여 받을 수 있다. 결국 이는 모두 이성적인 Miner들이 모두 selfish mining에 참여하게 되는 유인이 된다.</p>
<p>이는 곧 블록체인 시스템에 치명적인 부분으로 작용할 것이다. Selfish miner들이 일정 한계점에 도달하게 되면, 이성적인 Miner들은 모두 selfish 마이닝 풀에 참여하게 될 것이고, 이들은 곧 비트코인 네트워크에서 주류로 자리잡게 될 것이다. 그리고 이들이 유일한 블록 채굴자들이 되는 순간, 화폐의 탈중앙화 성격은 무너질 것이고 특정 시점에서는 결국 이들이 시스템을 통제하게 될 것이다.</p>
<p>이러한 Selfish miner들이 전체네트워크의 1/3을 차지 하면 이 시스템이 더이상 안전하지 않게 된다. 그렇기 때문에, 이 논문에서는 비트코인 프로토콜이 전체대비 1/4의 threshold를 달성하도록 수정을 제안한다. 이러한 변경은 소급적용 가능하며 점진적이다. 현재 클라이언트에 큰 변화 없이 적용하며, 부분적으로 threshold를 증가시킬 수도 있다.</p>
<h3 id="문제점">문제점</h3>
<p>비트코인 프로토콜은 만약 채굴자들이 같은 길이의 여러 브랜치를 인지하게 되면, 마이너들은 전달받은 마인중 가장 첫번째 브랜치에서 채굴하고 전파하도록 정해져 있다. Selfish Mining 전략은 정직한 채굴자들이 블록 X를 발견했다는 사실을 인지하면, 그둘 중 하나는 미리 발견하고 숨겨놓았던 블록 P를 공개한다. 만약 블록 P 가 다른 마이너들에게 블록 X보다 먼저 도달하게 된다면, 다른 채굴자들은 P를 채굴하기 시작할 것이다. 이렇듯 Selfish mining전략은 다른 정직한 노드가 블록 X를 발견한 뒤에만 반응할 수 있기 때문에 비효율적으로 보일 수 있다. 그러나 이러한 공격자들은 비트코인 채굴 네트워크에 제로파워인 수많은 마이너들을 추가하여 정직한 채굴자들에게 sybil-attack을 가하라 수 있다. 이런 가상의 채굴자들은 데이터를 네트워크에 전송하는 일만 할 뿐, 채굴은 전혀 실행하지 않는다. 이러한 가상의 채굴자들이 블록 X를 발견했다는 사실을 인지하게 되면, 그것을 무시하고 새롭게 블록 P를 전파하기 시작한다. 비트코인 네트워크는 랜덤한 P2P구조를 가지고 있기 때문에, X의 전파속도는 다수의 가짜 채굴자를 보유한 P의 전파속도보다 느릴 수 밖에 없다. 가상의 노드를 추가함으로써, Selfish miner 들은 이득을 취할 수 있게 된다.</p>
<p><img src="../images/selfish-mining-threshold.png" alt="Figure"></p>
<p>γ (정직한 노드의 비율) threshold 알파는 프로토콜을 따르는 정직한 노드들을 이기는데 필요한 최소 컴퓨팅 파워를 의미한다. 비트코인의 경우 이에 따른 제한이 없으므로, 항상 selfish mining이 우세할 수 있는 구조를 가지고 있다. 물론 현실적으로 이는 가능하지 않겠지만, (모두가 selfish 채굴자가 되는것) selfish-miner 절반이 이득을 보기 위해서는 1/4의 컴퓨팅 파워만 있으면 된다.</p>
<h3 id="해결책">해결책</h3>
<p>프로토콜단에서 마이너가 데이터를 전파하는 것을 통제함으로써 selfish mining의 능력을 감소시킬 수 있다. 이러한 개선은 다른 채굴자들과의 변화와는 독립적이므로, 별다른 하드포크를 필요로 하지 않는다. 이러한 프로토콜의 변경은 프로토콜에 새로운 취약점을 가져오지 않는다. 현재 길이가 같은 두가지 분기가 있을 경우 miner의 선택은 임의적이며, 이는 네트워크 구조와 레이턴시에 영향을 받는다. 논문에서 제안하는 변화는, 이러한 임의의 선택을 명확하게 무작위화 하므로, 또다른 취약점이 발견 되지 않는다.</p>

비트코인과 빨간풍선

[출처](https://arxiv.org/pdf/1111.2626.pdf)

2009년 국방부는 미국 전역에 흩어진 10개의 빨간 풍선을 10개를 먼저 찾으면, 4만달러를 준다는 이벤트를 한 적이 있다. 이는 방위고등연구계획국(이하 DARPA)에서 인터넷의 정보 확산의 속도와 정확도를 측정하기에 한 실험이었다. 참고로 이곳은 인터넷을 만든 곳이기도 하다.

최초에 DARPA는 모든 풍선을 다 찾는데 9일 정도를 예상했지만, MIT의 팀은 겨우 9시간만에 모든 풍선의 위치를 찾는데 성공하였다.
그들이 이용한 방법은 아래와 같다.

![find-red-baloon](http://deliveryimages.acm.org/10.1145/1930000/1924441/figs/f2.jpg)

풍선을 찾은 사람에게는 2000달러를, 풍선을 찾은 사실을 전한 다음 사람에게는 1000달러를, 그 사실을 전달하는 다음 사람에게는 500달러를 형식으로, 풍선에 대한 정보가 한단계 씩 넘어 갈 때 마다 2000에서 절반의 보을 준 것이다. 이 방법을 활용할 경우, 최초 보상 n의 두배를 넘지 않는다. 이 전략은 유효했고, MIT팀은 승리할 수 있었다.

비트코인으로 돌아가보자.  

비트코인은 P2P네트워크를 사용하므로, 모든 거래내역을 노드가 인지하기 위해서 네트워크로 해당 거래 내역을 전파해야 한다. 그러나 현재 비트코인 구조에서는, 거래내역을 전파한다고 해서 특별한 인센티브가 부여되지 않는다. 오로지 block을 만드는 Miner에게만 인센티브가 제공되는 것이다. 만약 MIT의 빨간 풍선처럼, 해당 정보를 전파한 사람들에게도 인센티브가 부여된다면 보다 효과적으로 블록체인 네트워크가 동작할 수 있지 않을까? 이 논문에서는 이러한 전략을 `Sybil-proofness`라고 한다. 이 논문에서는 아주작은 payment overhead만 있다면, 반복적으로 우월전략을 제거함으로서 이러한 전략을 달성할 수 있다고 주장한다.

다시 빨간풍선 찾기로 돌아와보자.
만약 빨간풍선이 나타났다라고 속이는 사용자가 있고, 그 속인 사실을 전파하는 사용자가 반복해서 발생한다면 이 전략은 유용하지 않게 된다. 비트코인도 마찬가지이기 때문에 정보를 올바르게 전파하는 노드에게는 인센티브를, 그리고 이러한 경쟁에서 발생하는 인센티브를 상쇄해야 한다.

비트코인은 P2P 네트워크에 의존하여 모든 거래를 확인하고 승인한다. 앨리스가 호텔에 30 비트코인을 지불한다고 가정해보자. 그녀는 암호로 30비트코인을 주는 거래에 사인한다. 네트워크의 노드들은 이 거래 내역을 다른 노드에게 알린다. 트랜잭션을 수신한 노드는 해당 거래가 정말 앨리스가 사인했는지 확인할 것인하고, 실제로 해당 거래에서 그 금액이 그녀의 소유인지 확인한다. 그리고 노드는 그 거래를 승인하기 위하여 컴퓨터 퍼즐을 풀 것이다. (hash function 으로 암호화 되어 있으므로) 만약 이 노드가 성공적으로 거래를 승인했다면 (hash의 원래값을 찾았다면) 다른 모든 노드에 전파할 것이다. 결국 네트워크 상의 모든 노드들은 해당 거래 내역에 대해 동의할 것이다.

이런 거래 승인 과정을 장려하기 위해, 거래를 성공적으로 승인한 노드에게는 미리 주어진 양의 비트코인이 보상으로 주어진다. 그리고 이는 비트코인의 공급으로 작용한다. 그러나 비트코인 프로토콜은 총 비트코인의 양에 제한을 두기위해 화폐 창출속도가 기하급수적으로 감소 하도록 설계하였다. 노드에서 이런 지불이 서서히 작아지기 때문에, 비트코인 소유자들은 이러한 거래를 승인하기 위해서 승인 노드에 수수료를 지불해야 한다.

바로 이 지점이 문제다.

노드는 가장 먼저 이 거래내역을 알아내고 승인함으로써 거래 수수료를 취할 수 있기 때문에, 네트워크에서 전파되는 정보를 알 수 있는 동기가 부여되는 것이다. 그런데 만약, 단하나의 노드가 트랜잭션을 인지하고 있다면, 이 거래를 전파하지 않음으로서 경쟁자들을 제거하는 효과를 가져올 수 있다. 경쟁이 없다면, 해당 노드는 결국 수수료를 챙기는데 성공하게 될 것이다. 그리고 이는 결과적으로 승인에 오랜기간이 소요되게 할 것이다.

이를 해결하기 위해서

- 첫번째로, 정보를 전파하는 것과 중복이 없는 것에 인센티브를 부여한다. 이렇게 한다면, 노드가 스스로 정보를 복제하지 않고 거래내역을 전파하는 것에 인센티브를 갖게 될 것이고, 또한 거래가 승인이 될때까지 복제하지 않을 동기도 갖게 될 것이다.
- 두번째로, 거래내역이 전파되는 마지막 단계에서 대부분의 노드가 해당 트랜잭션을 알수 있도록 한다.
- 마지막으로, 이를 구현하고 initial distribution 단계에서 부담을 줄이기 위해, 작은 양의 reward만을 사용한다.


비트코인과 빨간풍선 [출처](https://arxiv.org/pdf/1111.2626.pdf)  2009년 국방부는 미국 전역에 흩어진 10개의 빨간 풍선을 10개를 먼저 찾으면, 4만달러를 준다는 이벤트를 한 적이 있다. 이는 방위고등연구계획국(이하 DARPA)에서 인터넷의 정보 확산의 속도와 정확도를 측정하기에 한 실험이었다. 참고로 이곳은 인터넷을 ...

Bitcoin) 비트코인과 빨간풍선

비트코인 백본 프로토콜

[출처](https://eprint.iacr.org/2014/765.pdf)

비트코인은 분산 환경에서 공공원장 시스템을 유지 하기 위한 탈중앙화 시스템으로 나카시 사카모토에 의해 처음 소개 되었다. 원장은 miner라고 불리우는 익명의 참여자들에 의해 유지되는데, 이들은 블록체인이라고 불리우는 분산 데이터 구조에서의 프로토콜을 실행하는 일을 담당하고 있다. 이 프로토콜은 Miner들로 하여금 'Proof-of-work (aka 암호화된 퍼즐)'을 하게 만드는데, 이 작업은 블록체인에서 새로운 블록을 만들기 위해 SHA-256으로 암호화된 해쉬의 원본 값을 brute-forcing방법을 통해 무작위로 찾아내는 과정이다. 블록은 비트코인 소유자들로 부터 만들어진 일련의 거래내역을 포함하고 있으며, 비트 코인으로 지불을 수락하는 임의의 엔티티를 신용하는 트랜잭션을 발행한다. 지불한사람은 이 거래내역을 브로드 캐스팅하고, Miner는 그들이 발행하는 블록에 이러한 거래내역을 포함시킨다. Miner들은 이렇게 블록체인을 유지시키는 대가로 비트코인을 받게 된다.

비트코인의 가장 중요한 부분은 이중 지불 공격을 막는 것이다. 비트코인의 맥락에서는, 공격자가 최초에 account를 신용하여 account holder에게 상품이나 서비스를 제공받은 다음, 거래원장을 재구성하여 이러한 신용거래를 되돌릴때 이중지불 공격이 가능해진다. 이 경우, 공격자는 서비스를 받을 때까지 비트코인을 소유하게 되므로 다른 곳에다 이 비트코인을 다시 쓸 수 있게 된다.

이를 방지하기위하여, 사토시는 비트코인 시스템에 이중지불공격을 막을 수 있는 방법을 제시하였다. 특히, 수신자 (돈을 받는 사람)가 해당 거래이 포함된 불록이 k개 생성될때 까지 기다린다면, 공격자가 이러한 신용거래가 포함된 다른 블록체인을 만들어 퍼블릭 블록체인을 재구성하는 것이 성공할 확률이 k만큼 기하 급수적으로 떨어진다고 하였다. Nakamoto는 이렇게 k 블록 만큼 기다리는 것이 공격자가 정직한 참여자를 따라잡을 수 있는 확률을 희석시키는데 충분하다고 주장하였다.

그럼에도 불구하고, 이러한 분석은 과하게 생략된 경향이 있다. 특히, 비트코인의 탈중화된 설정이, 공격자가 정직한 Miner들 사이에 불일치를 삽입하여 그들의 hashing power를 감소시킬수도 있다는 사실에 대해 충분히 설명하지 않았다. (올바르지 않은 거래를 삽입하여, miner들이 이러한 거래를 블록으로 만드는데 자원을 낭비하게 할 수 있다는 뜻) 그러나 Bitcoin 시스템의 정확한 보안 특성을 확립하는 철저한 분석은 아직 까지 연구되지 않았다.

이 논문에서는 , 비트코인 백본이라고 불리우는, 공공 거래 원장 관련 문제를 해결하는 것 뿐 만 아니라 다재다능하고 확장가능한 프로토콜을 설명하고 있다. 비트코인백본은 블록체인을 만들기 위해 비트코인 소스 코드 기반을로 실행되며, 일련의 참여자들이 분산화된 환경에서 블록체인을 유지할 수 있게 끔 해준다. 이 프로토콜은 `content validation predicate`, `input contribution function`, `chain reading function`이라고 하는 함수로 구성되어 있다.

- (V) Content Validation predicate: 블록체인 내에서 정보가 적절한 구조로 저장될 수 있게 하는 역할
- (I) Input Contribution Function: 블록의 내용이 어떻게 구성되어 있는지
- (R) Chain Reading Function: 블록체인이 애플리케이션 단에서 어떻게 보여지는지

참여자들은 서로의 신원을 인증하지 않으므로 메시지의 원출처를 알수가 없다. 대신 참여자들이 상대방에게 전달된 메시지의 원본주소를 "spoof (도용?)"하게 함으로써 메시지가 어디서 부터 배달된지 알 수 있게 해준다. 결국 이러한 메시지가 전달되어 네트워크 내에 모든 당사자들이 이러한 "라운드" 과정에서 동기화 될 수 있다고 가정한다. 이러한 "라운드" 라는 개념은 백본 프로토콜에는 중요하지 않지만, 참여자들이 작업증명을 생산하는 능력을 가정하는데에서 중요하게 작용한다.

> 작업중...


비트코인 백본 프로토콜 [출처](https://eprint.iacr.org/2014/765.pdf)  비트코인은 분산 환경에서 공공원장 시스템을 유지 하기 위한 탈중앙화 시스템으로 나카시 사카모토에 의해 처음 소개 되었다. 원장은 miner라고 불리우는 익명의 참여자들에 의해 유지되는데, 이들은 블록체인이라고 불리우는 분산 데이터 구조에서의 프로토콜을 실...

Bitcoin) 비트코인 백본 프로토콜, 분석과 애플리케이션

<p>비트코인 백본 프로토콜</p>
<p><a href="https://eprint.iacr.org/2014/765.pdf">출처</a></p>
<p>비트코인은 분산 환경에서 공공원장 시스템을 유지 하기 위한 탈중앙화 시스템으로 나카시 사카모토에 의해 처음 소개 되었다. 원장은 miner라고 불리우는 익명의 참여자들에 의해 유지되는데, 이들은 블록체인이라고 불리우는 분산 데이터 구조에서의 프로토콜을 실행하는 일을 담당하고 있다. 이 프로토콜은 Miner들로 하여금 'Proof-of-work (aka 암호화된 퍼즐)'을 하게 만드는데, 이 작업은 블록체인에서 새로운 블록을 만들기 위해 SHA-256으로 암호화된 해쉬의 원본 값을 brute-forcing방법을 통해 무작위로 찾아내는 과정이다. 블록은 비트코인 소유자들로 부터 만들어진 일련의 거래내역을 포함하고 있으며, 비트 코인으로 지불을 수락하는 임의의 엔티티를 신용하는 트랜잭션을 발행한다. 지불한사람은 이 거래내역을 브로드 캐스팅하고, Miner는 그들이 발행하는 블록에 이러한 거래내역을 포함시킨다. Miner들은 이렇게 블록체인을 유지시키는 대가로 비트코인을 받게 된다.</p>
<p>비트코인의 가장 중요한 부분은 이중 지불 공격을 막는 것이다. 비트코인의 맥락에서는, 공격자가 최초에 account를 신용하여 account holder에게 상품이나 서비스를 제공받은 다음, 거래원장을 재구성하여 이러한 신용거래를 되돌릴때 이중지불 공격이 가능해진다. 이 경우, 공격자는 서비스를 받을 때까지 비트코인을 소유하게 되므로 다른 곳에다 이 비트코인을 다시 쓸 수 있게 된다.</p>
<p>이를 방지하기위하여, 사토시는 비트코인 시스템에 이중지불공격을 막을 수 있는 방법을 제시하였다. 특히, 수신자 (돈을 받는 사람)가 해당 거래이 포함된 불록이 k개 생성될때 까지 기다린다면, 공격자가 이러한 신용거래가 포함된 다른 블록체인을 만들어 퍼블릭 블록체인을 재구성하는 것이 성공할 확률이 k만큼 기하 급수적으로 떨어진다고 하였다. Nakamoto는 이렇게 k 블록 만큼 기다리는 것이 공격자가 정직한 참여자를 따라잡을 수 있는 확률을 희석시키는데 충분하다고 주장하였다.</p>
<p>그럼에도 불구하고, 이러한 분석은 과하게 생략된 경향이 있다. 특히, 비트코인의 탈중화된 설정이, 공격자가 정직한 Miner들 사이에 불일치를 삽입하여 그들의 hashing power를 감소시킬수도 있다는 사실에 대해 충분히 설명하지 않았다. (올바르지 않은 거래를 삽입하여, miner들이 이러한 거래를 블록으로 만드는데 자원을 낭비하게 할 수 있다는 뜻) 그러나 Bitcoin 시스템의 정확한 보안 특성을 확립하는 철저한 분석은 아직 까지 연구되지 않았다.</p>
<p>이 논문에서는 , 비트코인 백본이라고 불리우는, 공공 거래 원장 관련 문제를 해결하는 것 뿐 만 아니라 다재다능하고 확장가능한 프로토콜을 설명하고 있다. 비트코인백본은 블록체인을 만들기 위해 비트코인 소스 코드 기반을로 실행되며, 일련의 참여자들이 분산화된 환경에서 블록체인을 유지할 수 있게 끔 해준다. 이 프로토콜은 <code>content validation predicate</code>, <code>input contribution function</code>, <code>chain reading function</code>이라고 하는 함수로 구성되어 있다.</p>
<ul>
<li>(V) Content Validation predicate: 블록체인 내에서 정보가 적절한 구조로 저장될 수 있게 하는 역할</li>
<li>(I) Input Contribution Function: 블록의 내용이 어떻게 구성되어 있는지</li>
<li>(R) Chain Reading Function: 블록체인이 애플리케이션 단에서 어떻게 보여지는지</li>
</ul>
<p>참여자들은 서로의 신원을 인증하지 않으므로 메시지의 원출처를 알수가 없다. 대신 참여자들이 상대방에게 전달된 메시지의 원본주소를 "spoof (도용?)"하게 함으로써 메시지가 어디서 부터 배달된지 알 수 있게 해준다. 결국 이러한 메시지가 전달되어 네트워크 내에 모든 당사자들이 이러한 "라운드" 과정에서 동기화 될 수 있다고 가정한다. 이러한 "라운드" 라는 개념은 백본 프로토콜에는 중요하지 않지만, 참여자들이 작업증명을 생산하는 능력을 가정하는데에서 중요하게 작용한다.</p>
<blockquote>
<p>작업중...</p>
</blockquote>

비트코인과 암호화폐의 연구관점 및 과제 [출처](http://www.jbonneau.com/doc/BMCNKF15-IEEESP-bitcoin.pdf)  > 아직 이해가 온전하지 못하다. 일단은 계속해서 작업중인 버전이라는 것을 말씀드리고 싶다.  비트코인 백서가 출간된 이후로, 비트코인을 비롯한 수많은 알트코인이 등장하기 시작했다. 이러한 화폐들 간의 C...

Blockchain) 비트코인과 암호화폐의 연구관점 및 과제

비트코인 백서 요약

[출처](https://bitcoin.org/bitcoin.pdf)

### 1. 서론

인터넷 상거래는 전자 결제를 처리할 신뢰받는 제3자 역할을 금융기관에 전적으로 의지했다. 중재비용은 거래비용을 높이고, 비실용적이며 당사자에게 많은 개인정보를 제공해야 한다. 신뢰 대신 암호학적인 증명을 바탕으로, 거래 의사가 있는 두 당사자가 신뢰받는 제 3 자를 필요로 하지 않고 서로 직접 거래하게 해주는 전자 화폐 시스템이이다. 거래 시간순서대로 전산적 증명을 생성하는, 개인 대 개인간 분산 타임스탬프 서버를 사용한 이중지불 문제의 솔루션을 제안한다.이 시스템은 정직한 노드가 공격하려고 협력하는 노드보다 더 많은 CPU파워를 통제하는 한 안전하다.

### 2. 거래

   1. 이전의 거래내역 및 다음 소유자 공개키의 해시값에 전자서명을 한다.
   2. 1에서 생성된 정보를 화폐의 끝에 추가한다.
   3. 돈을 받는 사람은 소유권의 사슬 검증하기 위해 해당 서명을 검증할 수 있다.

그러나 이 과정에서는 화폐가 이전에 사용되지 않았는지 (어떤 거래에도 서명하지 않았는지) 수금자가 알 수가 없다. 이 것을 확인하는 유일한 방법은 모든 거래 내역을 인지하는 것 뿐이다. 기존에는 조폐국이 모든 거래내역을 알고 있었다면, 제 3자 없이 이방법을 실현하기 위해서는 거래내역이 공개적으로 알려져야 한다. 노드들이 거래 받는 순서의 단일이력에 합의하는 시스템이 필요하다. 수금자는 매 거래시 그것이 첫 수금이라는 사실에 다수의 노드가 동의 했음을 증명해야 한다.

![transaction](../images/transaction.png)

### 3. 타임스탬프 서버
타임스탬프 서버는 타임스탬프가 찍힌 항목의 블록의 해시를 가져가 널리 배포한다. 이 타임스탬프는 해쉬안에 먼젓번 타임스탬프를 포함하고, 앞선 것을 물고있는 사슬을 형성한다.

![timestmap](../images/timestamp.png)

### 4. 작업증명
3번의 타임스탬프 서버를 구현하기 위해서는 작업증명시스템을 사용해야 한다. 작업증명은 SHA256 같은 해시된 값 스캐닝을 필요로 한다.  블록의 해시에 필요한 0 비트를 주는 값이 발견될 때 까지 nonce값을 증분 하는 것으로 작업증명을 구현하는 것이다. 이런 재수행 작업뒤 모든 블록을 포함한다.
작업증명은 기본적으로 CPU당 1표다. 다수의사는 최대 작업증명 동작이 투입된 가장 긴 사슬로 대표된다. 다수 CPU파워가 정직한 노드에 의해 통제되면, 가장 정직한 사슬이 빠르게 늘어날 것이다. 과거 블록을 변경하려면 그 블록을 포함한 뒤의 모든 블록 작업증명을 재수행 해야 하고, 정직한 노드의 작업 또한 따라 잡아야 한다.
시간이 지날수록 노드를 구동하는 하드웨어 속도 증가와 관여도를 보상하기 위해, 작업 증명 난이도는 시간당 평균 블록수에 따른 평균 목표치를 조정해 결정된다. 빨리 생성되면, 난이도도 증가한다.

![proof-of-work](../images/proof-of-work.png)


### 5. 네트워크
 1. 새로운 거래가 모든 노드들에게 전파된다
 2. 각각의 노드들은 새로운 거래를 블록에 집어 넣는다
 3. 각각의 노드들은 그 블록에 맞는 난이도의 작업증명을 찾기에 나선다.
 4. 노드가 작업증명을 찾으면, 모든 노드에게 그 블록을 알린다.
 5. 노드는 모든 거래가 유효하며 아직 지불되지 않았다면 그 블록을 승인한다.
 6. 노드는 블록 승인을 알리기 위해 먼저번 해시로 승인된 블록의 해시를 사용해 사슬안에 다음 블록을 생성한다. 노드는 항상 긴 사슬x을 정확한 것으로 판단하고 그것을 잇는다.

### 6. 인센티브
블록의 첫번째 거래는 블록의 작성자가 소유한 코인으로 시작한다. 네트워크를 지원하는 노드가 자신이 생성한 블록의 양만큼 코인으로 보상을 받는다. 새 화폐 일정량을 추가하는 것은, 자원을 발견하도록 자원을 소비하는 것과 유사하다. 이경우에는 CPU와 전기다. 이러한 인센티브는 공격으로 부터 방어하는 수단이 될 수도 있다. 정직한 노드보다 더많은 CPU파워를 모은다면,  다른 모든 사람의 지불금을 훔치는 것보다 더 많은 코인을 생성하게 하면 된다.

### 7. 디스크 공간 회수
화폐 안에 최종 거래가 충분한 블록에 묻히면, 그 이전 거래는 디스크 공간 절약을 위해 폐기 될 수 있다. 블록의 해시를 깨지 않고 이 방법을 실현하기 위해서는, 이 거래를 머클트리로 해시한다. 그리고 그 루트만 블록의 해시에 포함시킨다.

![reclaiming-disk-space](../images/reclaiming-disk-space.png)

### 8. 간소화된 결제 검증
1. 사용자가 최장 작업증명 사슬을 가졌다고 확신할때까지 네트워크 노드를 조회한다.
2. 얻을 수 있는 가장 긴 사슬의 블록헤더 사본을 유지 한다.
3. 해당 거래를 타임스탬프가 찍힌 블록에 연결한 머클 분기를 얻기만 하면 된다.

비록 자신의 거래는 검사할 수 없지만, 그것을 사본과 연결 버전과, 이 후 그게 받아드려진 뒤 추가된 블록을 비교해 볼 수 있다.

![longest-proof-of-work-chain](../images/chain.png)

### 9. 나누기와 합치기
1. 모든 송금을 별도의 거래로 만드는 것은 무리이므로, 거래는 복수의 입출금을 포함한다. 이렇게 여러개를 합치게 된다면, 입금은 먼젓번 거래의 단수입금 이나 작은 양을 합친 복수입금이고, 출금은 지불용 출금과 거스름돈 정도가 있을 것이다.

![combine-split](../images/combine-split.png)

### 10. 프라이버시
네트워크 내에 거래는 공개되 있지만, 신원은 거래와 가치로부터 분리되어 보관된다. 사용자는 작업과 관련된 정보를 피하기 위해 공개키를 가지게 된다.

![privacy](../images/privacy.png)

### 11. 계산
정직한 노드가 사기 노드보다 먼저 블록을 찾을 확률이 더 높다. 사기성 블록을 만들때, 사기성 노드가 정직한 노드를 따라잡을 가능성은 낮다. 이는 노드가 가장 긴 사슬을 올바른 사슬로 인식하므로, 블록체인의 크기를 늘릴 때 중요하다.

### 12. 결론
디지털서명으로 만든 화폐의 프레임워크에서 핵심은 이중지불 방지수단을 만드는 것이다. 이를 해결하기 위해, 정직한 노드가 CPU 파워 대부분을 차지 한다면,  공격자는 전산적으로 변경하기가 어려워지는 작업 증명  방식을 사용했다. 이 네트워크는 조정없이 한번에 동작한다. 어떤 특정 경로로 가는 것이 아니라, 최선의 노력을 통해 전달 되기만 하면 된다. 노드는 네트워크를 떠났다가, 작업증명 사슬을 받아드리고 다시합류할 수도 있다. CPU파워를 사용한 투표로, 유효한 블록을 연장하는 작업을 통해 그것을 승인하고, 유효하지 않은 블록에 대해서는 기각한다. 이러한 것을 Consensus mechanism이라고 한다.


비트코인 백서 요약 [출처](https://bitcoin.org/bitcoin.pdf)  ### 1. 서론  인터넷 상거래는 전자 결제를 처리할 신뢰받는 제3자 역할을 금융기관에 전적으로 의지했다. 중재비용은 거래비용을 높이고, 비실용적이며 당사자에게 많은 개인정보를 제공해야 한다. 신뢰 대신 암호학적인 증명을 바탕으로, 거래 의사가 있는 두 당사자가 신...

Bitcoin) 비트코인 백서 요약

<p>비트코인 백서 요약</p>
<p><a href="https://bitcoin.org/bitcoin.pdf">출처</a></p>
<h3 id="1-서론">1. 서론</h3>
<p>인터넷 상거래는 전자 결제를 처리할 신뢰받는 제3자 역할을 금융기관에 전적으로 의지했다. 중재비용은 거래비용을 높이고, 비실용적이며 당사자에게 많은 개인정보를 제공해야 한다. 신뢰 대신 암호학적인 증명을 바탕으로, 거래 의사가 있는 두 당사자가 신뢰받는 제 3 자를 필요로 하지 않고 서로 직접 거래하게 해주는 전자 화폐 시스템이이다. 거래 시간순서대로 전산적 증명을 생성하는, 개인 대 개인간 분산 타임스탬프 서버를 사용한 이중지불 문제의 솔루션을 제안한다.이 시스템은 정직한 노드가 공격하려고 협력하는 노드보다 더 많은 CPU파워를 통제하는 한 안전하다.</p>
<h3 id="2-거래">2. 거래</h3>
<ol>
<li>이전의 거래내역 및 다음 소유자 공개키의 해시값에 전자서명을 한다.</li>
<li>1에서 생성된 정보를 화폐의 끝에 추가한다.</li>
<li>돈을 받는 사람은 소유권의 사슬 검증하기 위해 해당 서명을 검증할 수 있다.</li>
</ol>
<p>그러나 이 과정에서는 화폐가 이전에 사용되지 않았는지 (어떤 거래에도 서명하지 않았는지) 수금자가 알 수가 없다. 이 것을 확인하는 유일한 방법은 모든 거래 내역을 인지하는 것 뿐이다. 기존에는 조폐국이 모든 거래내역을 알고 있었다면, 제 3자 없이 이방법을 실현하기 위해서는 거래내역이 공개적으로 알려져야 한다. 노드들이 거래 받는 순서의 단일이력에 합의하는 시스템이 필요하다. 수금자는 매 거래시 그것이 첫 수금이라는 사실에 다수의 노드가 동의 했음을 증명해야 한다.</p>
<p><img src="../images/transaction.png" alt="transaction"></p>
<h3 id="3-타임스탬프-서버">3. 타임스탬프 서버</h3>
<p>타임스탬프 서버는 타임스탬프가 찍힌 항목의 블록의 해시를 가져가 널리 배포한다. 이 타임스탬프는 해쉬안에 먼젓번 타임스탬프를 포함하고, 앞선 것을 물고있는 사슬을 형성한다.</p>
<p><img src="../images/timestamp.png" alt="timestmap"></p>
<h3 id="4-작업증명">4. 작업증명</h3>
<p>3번의 타임스탬프 서버를 구현하기 위해서는 작업증명시스템을 사용해야 한다. 작업증명은 SHA256 같은 해시된 값 스캐닝을 필요로 한다.  블록의 해시에 필요한 0 비트를 주는 값이 발견될 때 까지 nonce값을 증분 하는 것으로 작업증명을 구현하는 것이다. 이런 재수행 작업뒤 모든 블록을 포함한다.
작업증명은 기본적으로 CPU당 1표다. 다수의사는 최대 작업증명 동작이 투입된 가장 긴 사슬로 대표된다. 다수 CPU파워가 정직한 노드에 의해 통제되면, 가장 정직한 사슬이 빠르게 늘어날 것이다. 과거 블록을 변경하려면 그 블록을 포함한 뒤의 모든 블록 작업증명을 재수행 해야 하고, 정직한 노드의 작업 또한 따라 잡아야 한다.
시간이 지날수록 노드를 구동하는 하드웨어 속도 증가와 관여도를 보상하기 위해, 작업 증명 난이도는 시간당 평균 블록수에 따른 평균 목표치를 조정해 결정된다. 빨리 생성되면, 난이도도 증가한다.</p>
<p><img src="../images/proof-of-work.png" alt="proof-of-work"></p>
<h3 id="5-네트워크">5. 네트워크</h3>
<ol>
<li>새로운 거래가 모든 노드들에게 전파된다</li>
<li>각각의 노드들은 새로운 거래를 블록에 집어 넣는다</li>
<li>각각의 노드들은 그 블록에 맞는 난이도의 작업증명을 찾기에 나선다.</li>
<li>노드가 작업증명을 찾으면, 모든 노드에게 그 블록을 알린다.</li>
<li>노드는 모든 거래가 유효하며 아직 지불되지 않았다면 그 블록을 승인한다.</li>
<li>노드는 블록 승인을 알리기 위해 먼저번 해시로 승인된 블록의 해시를 사용해 사슬안에 다음 블록을 생성한다. 노드는 항상 긴 사슬x을 정확한 것으로 판단하고 그것을 잇는다.</li>
</ol>
<h3 id="6-인센티브">6. 인센티브</h3>
<p>블록의 첫번째 거래는 블록의 작성자가 소유한 코인으로 시작한다. 네트워크를 지원하는 노드가 자신이 생성한 블록의 양만큼 코인으로 보상을 받는다. 새 화폐 일정량을 추가하는 것은, 자원을 발견하도록 자원을 소비하는 것과 유사하다. 이경우에는 CPU와 전기다. 이러한 인센티브는 공격으로 부터 방어하는 수단이 될 수도 있다. 정직한 노드보다 더많은 CPU파워를 모은다면,  다른 모든 사람의 지불금을 훔치는 것보다 더 많은 코인을 생성하게 하면 된다.</p>
<h3 id="7-디스크-공간-회수">7. 디스크 공간 회수</h3>
<p>화폐 안에 최종 거래가 충분한 블록에 묻히면, 그 이전 거래는 디스크 공간 절약을 위해 폐기 될 수 있다. 블록의 해시를 깨지 않고 이 방법을 실현하기 위해서는, 이 거래를 머클트리로 해시한다. 그리고 그 루트만 블록의 해시에 포함시킨다.</p>
<p><img src="../images/reclaiming-disk-space.png" alt="reclaiming-disk-space"></p>
<h3 id="8-간소화된-결제-검증">8. 간소화된 결제 검증</h3>
<ol>
<li>사용자가 최장 작업증명 사슬을 가졌다고 확신할때까지 네트워크 노드를 조회한다.</li>
<li>얻을 수 있는 가장 긴 사슬의 블록헤더 사본을 유지 한다.</li>
<li>해당 거래를 타임스탬프가 찍힌 블록에 연결한 머클 분기를 얻기만 하면 된다.</li>
</ol>
<p>비록 자신의 거래는 검사할 수 없지만, 그것을 사본과 연결 버전과, 이 후 그게 받아드려진 뒤 추가된 블록을 비교해 볼 수 있다.</p>
<p><img src="../images/chain.png" alt="longest-proof-of-work-chain"></p>
<h3 id="9-나누기와-합치기">9. 나누기와 합치기</h3>
<ol>
<li>모든 송금을 별도의 거래로 만드는 것은 무리이므로, 거래는 복수의 입출금을 포함한다. 이렇게 여러개를 합치게 된다면, 입금은 먼젓번 거래의 단수입금 이나 작은 양을 합친 복수입금이고, 출금은 지불용 출금과 거스름돈 정도가 있을 것이다.</li>
</ol>
<p><img src="../images/combine-split.png" alt="combine-split"></p>
<h3 id="10-프라이버시">10. 프라이버시</h3>
<p>네트워크 내에 거래는 공개되 있지만, 신원은 거래와 가치로부터 분리되어 보관된다. 사용자는 작업과 관련된 정보를 피하기 위해 공개키를 가지게 된다.</p>
<p><img src="../images/privacy.png" alt="privacy"></p>
<h3 id="11-계산">11. 계산</h3>
<p>정직한 노드가 사기 노드보다 먼저 블록을 찾을 확률이 더 높다. 사기성 블록을 만들때, 사기성 노드가 정직한 노드를 따라잡을 가능성은 낮다. 이는 노드가 가장 긴 사슬을 올바른 사슬로 인식하므로, 블록체인의 크기를 늘릴 때 중요하다.</p>
<h3 id="12-결론">12. 결론</h3>
<p>디지털서명으로 만든 화폐의 프레임워크에서 핵심은 이중지불 방지수단을 만드는 것이다. 이를 해결하기 위해, 정직한 노드가 CPU 파워 대부분을 차지 한다면,  공격자는 전산적으로 변경하기가 어려워지는 작업 증명  방식을 사용했다. 이 네트워크는 조정없이 한번에 동작한다. 어떤 특정 경로로 가는 것이 아니라, 최선의 노력을 통해 전달 되기만 하면 된다. 노드는 네트워크를 떠났다가, 작업증명 사슬을 받아드리고 다시합류할 수도 있다. CPU파워를 사용한 투표로, 유효한 블록을 연장하는 작업을 통해 그것을 승인하고, 유효하지 않은 블록에 대해서는 기각한다. 이러한 것을 Consensus mechanism이라고 한다.</p>

yceffort

Bitcoin) 비트코인 마이닝의 취약점

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