블록체인은 분산 원장 기술을 기반으로 하는 시스템으로, 모든 트랜잭션의 무결성과 신뢰성을 보장하는 것을 목표로 한다. 하지만 만약 한 사용자가 동일한 트랜잭션을 두 개의 서로 다른 블록에 제출한다면 어떤 일이 발생할까? 이는 블록체인의 근본적인 설계와 합의 알고리즘에 따라 다양한 결과를 초래할 수 있다. 이러한 상황이 발생할 가능성과 그 해결 방법에 대해 탐구해 보겠다.
블록체인에서의 트랜잭션 처리 과정
블록체인 네트워크에서 트랜잭션이 처리되는 과정은 다음과 같다:
사용자가 트랜잭션을 생성하여 네트워크에 브로드캐스트한다.
네트워크의 노드들이 해당 트랜잭션을 검증하고 유효성을 확인한다.
트랜잭션이 검증되면 채굴자(또는 검증자)가 이를 포함한 블록을 생성하고 네트워크에 전파한다.
블록이 블록체인의 일부로 포함되면 트랜잭션은 확정된다.
이러한 과정 속에서 동일한 트랜잭션이 서로 다른 블록에 포함되는 경우가 발생할 수 있으며, 이는 블록체인의 일관성에 영향을 미칠 수 있다.
동일한 트랜잭션이 두 개의 블록에 포함될 가능성
한 사용자가 동일한 트랜잭션을 두 개의 서로 다른 블록에 제출하는 것은 이중 지불문제로 연결될 수 있다. 이중 지불이 발생하는 시나리오는 다음과 같다:
경쟁하는 블록의 생성:
두 명의 채굴자가 동시에 서로 다른 블록에 동일한 트랜잭션을 포함하여 블록을 생성할 수 있다.
블록체인은 일시적으로 포크가 발생하여 두 개의 경쟁하는 체인이 존재하게 된다.
네트워크의 합의 알고리즘에 따라 결국 하나의 블록체인만이 살아남고, 다른 블록은 버려진다.
버려진 블록에 포함된 트랜잭션은 다시트랜잭션 대기열로 돌아가거나 무효화된다.
51% 공격 시나리오:
만약 공격자가 블록체인의 해시 파워의 51% 이상을 장악한다면, 동일한 트랜잭션을 포함한 두 개의 블록을 의도적으로 생성할 수도 있다.
이를 통해 공격자는 한 트랜잭션을 포함한 블록을 롤백하고, 다른 트랜잭션을 포함한 블록을 유효하게 만들 수 있다.
이는 블록체인의 무결성을 심각하게 위협할 수 있다.
블록체인 합의 알고리즘이 해결하는 방법
블록체인은 이러한 문제를 방지하기 위해 여러 가지 합의 알고리즘을 사용한다:
작업 증명
비트코인은 가장 긴 체인을 유효한 체인으로 간주하는 방식을 채택한다.
동일한 트랜잭션이 포함된 두 개의 블록이 존재할 경우, 더 많은 블록이 추가된 체인이 최종적으로 살아남는다.
짧은 체인의 블록은 버려지고, 그 안의 트랜잭션은 무효화된다.
지분 증명
이더리움 2.0은 특정 노드(검증자)가 블록을 생성할 확률이 높아지는 구조를 가진다.
검증자들이 네트워크에서 승인한 블록이 살아남으며, 이중 지불을 방지하기 위해 검증자들이 부정한 행위를 하면 스테이킹한 자산이 소각될 수 있다.
기타 합의 알고리즘
알고리즘은 트랜잭션이 즉각적으로 확정되도록 설계되어 있어, 동일한 트랜잭션이 다른 블록에 포함될 가능성을 원천 차단한다.
실질적인 해결책과 예방 방법
블록체인이 동일한 트랜잭션을 두 개의 블록에 포함하는 문제를 방지하기 위해 다음과 같은 해결책이 적용된다:
더 많은 블록이 추가될 때까지 기다리기: 트랜잭션이 포함된 블록이 확정될 때까지 일정한 개수의 블록이 추가되기를 기다리는 방법이 있다(예: 비트코인은 6개의 블록이 쌓이기를 권장함).
거래 지양
확인되지 않은 거래를 신뢰하는 것은 위험할 수 있다.
노드의 철저한 검증: 블록체인의 노드들이 트랜잭션의 중복 여부를 철저히 검증하여 이중 지불을 방지해야 한다.
51% 공격 예방
네트워크의 분산성을 높이고, 특정 채굴자가 과도한 해시 파워를 가지지 않도록 설계해야 한다.
블록체인의 설계 철학과 신뢰성
블록체인은 기본적으로 신뢰할 수 없는 환경에서도 신뢰성을 유지할 수 있도록 설계된 기술이다. 동일한 트랜잭션이 두 개의 서로 다른 블록에 포함되는 문제는 블록체인의 합의 알고리즘과 구조적인 설계를 통해 자연스럽게 해결된다. 네트워크가 적절히 운영되고 사용자들이 보안 원칙을 준수한다면, 블록체인은 안정적으로 작동하며 무결성을 유지할 수 있다.
따라서 블록체인의 신뢰성을 유지하려면, 합의 알고리즘의 원리를 이해하고 이에 맞게 트랜잭션을 관리하는 것이 중요하다. 사용자는 트랜잭션이 충분한 블록 확인을 거친 후에야 최종적으로 승인된 것으로 간주해야 하며, 네트워크의 보안성과 탈중앙화를 강화하는 방식으로 블록체인을 운영하는 것이 필수적이다.