Consensus mechanisms

2025.10.11 15:09

Consensus mechanism(합의 알고리즘)은 분산 네트워크에서 블록체인의 상태에 대해 모든 노드가 동의하도록 하는 메커니즘이다. Bitcoin에서 사용하는 Proof of Work 외에도 다양한 합의 메커니즘이 개발되어 사용되고 있다.

Proof of Stake (지분 증명)

Proof of Work에 대한 대안으로, 채굴의 필요성을 제거하여 작업 증명을 개선하는 것을 목표로 하는 합의 알고리즘이다.

암호화폐 보유자들은 의결권을 얻기 위해 잔고를 걸고(스테이킹) 거래를 검증하기 위해 네트워크에 의해 선택될 기회를 갖는다.
스테이킹을 통해 노드 또는 validator로서의 역할을 수행할 수 있다.
고가의 하드웨어 요구사항이나 어려운 계산 과정은 없지만 암호화폐 보유자들이 자금을 투입하는 데에서 경제성이 요구된다.
- 장점: 채굴이 없어 전력 공급에 낭비되는 에너지가 적다.
- 단점: 중앙 집중도 및 빈부격차가 커진다는 문제가 있다.
Nothing at Stake 문제: 마이너가 여러 블록을 자유롭게 생성해 포크 및 서비스 거부 공격 가능성을 유발한다. 이 문제를 해결하기 위해 네트워크의 규칙을 위반한 벨리데이터의 지분을 삭감시키는 slashing 알고리즘을 사용한다.
검증자 선택 방식
- 지분 크기(스테이킹한 액수)
- 보유 기간(가장 오랫동안 암호화폐를 보유하고 있는 주소)
- 재산(특정 시간 이상 가장 많은 암호화폐를 유지한 주소)
- 일부 암호화폐는 지분 규모와 해시를 조합해 무작위로 선택하기도 하고, 코인 보유 일수에 따라 선택하기도 한다. (RANDAO와 VDF를 함께 사용)
사용 예시: Ethereum 2.0, Dash, Neo, Tezos 등

Proof of Stake의 변형으로, 토큰 보유자들이 투표를 통해 소수의 대표자(Delegate)를 선출하여 블록 검증을 위임하는 합의 알고리즘이다.

네트워크 사용자들이 투표를 통해 블록을 검증할 대표자(Delegate)를 선출한다.
각 사용자는 보유한 코인을 스테이킹하여 최대 30명의 후보에게 투표할 수 있다.
선출된 대표자들은 트랜잭션을 검증하고 새로운 블록을 생성한다.
검증된 블록에서 발생한 트랜잭션 수수료는 대표자가 받으며, 이는 해당 대표자에게 투표한 사용자들과 공유된다.
EOS 구현
- Daniel Larimer가 2014년에 개발했으며, 2015년 BitShares에서 처음 구현되었다.
- EOS는 21명의 대표자(Block Producer)를 선출한다.
- 선거는 2분 6초마다 진행된다.
- 상위 21명의 블록 프로듀서 후보가 선출되어 블록 검증을 수행한다.
장단점
- 장점: 높은 확장성으로 대용량 트랜잭션을 빠르게 처리할 수 있다. PoW나 전통적인 PoS에 비해 낮은 에너지 소비와 하드웨어 요구사항을 가진다.
- 단점: 소수의 대표자만이 블록을 검증하므로 네트워크가 소수에게 집중될 우려가 있다. 투표 매수(Vote Buying)에 취약할 수 있다.
사용 예시: EOS, Tron, Lisk, BitShares

Solana에서 사용하는 합의 메커니즘으로, 블록체인을 위한 암호화 타임스탬프 역할을 하는 방식이다.

검증 가능한 지연 함수(Verifiable Delay Function, VDF)라는 암호화 함수를 사용하여 각 블록에 타임스탬프를 생성한다.
특정 이벤트가 특정 시점에 발생했음을 증명하는 역사적 기록을 생성한다.
모든 노드가 각 트랜잭션의 순서에 동의할 필요가 없어, 트랜잭션 처리 속도가 크게 향상된다.
PoW와 같은 복잡한 계산이 필요 없어 에너지 효율적이다.
변조 방지 타임스탬프 시퀀스를 생성하여 Solana가 초당 65,000개 이상의 트랜잭션을 처리할 수 있게 한다.
- 이는 현재 가장 빠른 블록체인 중 하나이다.
하이브리드 구현
- Solana는 PoH와 PoS를 결합한 하이브리드 합의 모델을 구현한다.
- Tower BFT는 PBFT의 변형으로, PoH가 합의 전에 글로벌 클럭 역할을 수행한다.
- 이를 통해 확장성과 트랜잭션 속도 문제를 해결한다.
사용 예시: Solana

저장 공간을 활용하는 합의 메커니즘으로, Proof of Capacity, Proof of Space-Time 등 다양한 이름으로 불린다.

하드 드라이브와 같은 대용량 저장 공간을 사용하여 합의를 달성한다.
보유한 저장 공간이 클수록 더 많은 무작위 숫자를 소유하게 되고, 블록 생성에 성공할 확률이 높아진다.
Chia Network
- Proof of Space and Time (PoST)이라는 나카모토 합의를 사용한다.
- Plotting(플로팅), Proving/Farming(증명/파밍), Verifying(검증) 과정을 거친다.
- Plot은 Chia의 PoST 합의에서만 유용하며, 실제 데이터를 포함하지 않는다.
- 2021년 2월 백서를 공개하고 메인넷과 Chia 코인(XCH)을 출시했다.
Filecoin
- Proof of Space-Time 합의를 사용하여 스토리지 제공자가 계속해서 저장 공간을 제공하고 있음을 증명한다.
- 클라이언트와 스토리지 제공자 간에 180~540일 기간의 저장 계약을 체결한다.
- 실제 데이터를 저장하는 분산 파일 저장 서비스로 기능한다.
- 마이너들이 하드 드라이브 공간을 제공하고, 사용자들이 그 서비스에 대한 대가를 지불한다.
사용 예시: Chia, Filecoin, Storj, Sia, Permacoin, Torcoin
- Chia: 유용한 데이터를 저장하지 않으며, 담보금이 필요하지 않다.
- Filecoin, Storj, Sia: 실제 사용자 데이터를 저장하는 서비스를 제공한다.

그 외 방식

참고