비트코인 채굴의 작동 방식

비트코인 채굴은 어떻게 이루어지는 걸까요?

이전 수업에서는 비트코인 채굴자가 무엇인지, 어떻게 메모리 풀에 새로운 거래를 저장하고, 후보 블록을 생성하여 "채굴" 과정을 시작하는지 배웠습니다.

만약 제가 방금 쓴 내용이 외국어로 들린다면, 비트코인 채굴 초보자를 위한 가이드의 첫 번째 레슨부터 시작하는 것을 강력히 추천합니다.

아직도 제 말에 귀 기울이고 계신다면, 후보 블록을 좀 더 자세히 살펴보도록 하겠습니다…

머리와 몸통으로 나눌 수 있는 것처럼, 후보 블록도 두 부분으로 나눌 수 있습니다.

1. 블록 헤더 (노란색 영역)
2. 블록 본체 (회색 영역)
   

후보 블록을 자세히 살펴보면, 실제로는 거래만 포함하고 있는 것이 아닙니다.

채굴자가 후보 블록을 만들 때,"블록 헤더"(노란색 영역)가 포함됩니다.

블록의 "본체"(회색 부분)는 거래를 담습니다.

여러 거래를 포함하는 후보 블록 외에도 블록의 "요약"을 제공하는 일부 메타데이터가 포함되어 있습니다.

메타데이터는 다른 데이터에 대한 정보를 제공하는 데이터입니다. 이 경우, 메타데이터는 블록 자체에 대한 정보를 제공합니다. 이 정보를 "블록 헤더"라고 합니다.

블록 헤더 안에는 여러 가지 데이터가 있습니다.

이 강의에서는 블록 헤더에 있는 내용을 단순화할 것입니다.

타임스탬프

블록 헤더 안의 첫 번째 데이터는"타임스탬프"입니다.

타임스탬프는 블록이 생성된 시간을 나타냅니다.

이전 블록 해시

다음 데이터는 "이전 블록" 또는 좀 더 구체적으로"이전 블록 해시"라고불립니다.

이전 블록 해시는 블록체인에서 이전 블록의 블록 해시입니다.

이것이 무엇을 의미하는지 이해하기 위해서는 파일을 살펴볼 필요가 있습니다.

이제 파일 내부를 들여다보면, 데이터가 특정한 방식으로 구조화된 것을 볼 수 있습니다.

이를 블록체인이라고 상상해 봅시다 .

채굴자가 생성한 후보 블록은 가장 최근의 블록 위에 추가되어야 합니다.

가장 최근에 만든 블록이 파란색으로 표시되어 있다고 가정해 봅시다.

파란색으로 표시된 블록의 해시값이 파일에 있는 가장 최근의 블록("블록체인") 이기 때문에, 채굴자가 그 위에 구축하고자 하는 블록입니다.

블록 해시를 블록에 대해 사용자 지정 생성된 ID 번호 라고 생각하십시오.

그래서 광부가 할 일은 이것을 자신의 후보 블록의 블록 헤더에"이전 블록 해시"로 추가하는 것입니다.

"거래 요약" 해시

다음 데이터는 제가 "거래 요약" 해시라고 부르는 것입니다 .

이름에서 알 수 있듯이, 블록에 있는 모든 거래의 "요약"을 문자열로 표현합니다.

구체적인 설명을 생략하고, 블록( 빨간색으로 강조 표시됨)의 모든 거래가 해시 함수에 입력되고 특정 순서로 해시되어 단일 해시가 생성됩니다.

이 해시는 "거래 요약" 해시로 사용됩니다.

이 해시는 블록에 포함된 모든 거래를 기반으로 하는 고유한"지문"을 제공합니다.

이를 통해 거래가 조작되지 않았음을 확인할 수 있습니다.

이 "거래 요약" 해시는 실제로"머클 루트(Merkle Root)"라고 알려져 있습니다. 🤓

데이터의 작은 변화는 해시를 완전히 바꾼다는 것을 기억하십시오. 즉, 누군가가 미래에 블록의 트랜잭션을 변경하려고 시도한다면, "트랜잭션 요약" 해시가 변경되어 블록 헤더에 있는 원래 값과 완전히 달라질 것입니다.

기본적으로 거래를 변경하면 완전히 다른 "지문"이 생성되어 원래의 "지문"과 일치하지 않습니다.

이 변경을 통해 모든 사람이 거래가 조작되었음을 즉시 알 수 있습니다.

블록 해시

지금까지 블록 헤더에는 세 가지 데이터가 포함되어 있습니다.

1. 타임스탬프
2. 이전 블록 해시
3. "거래 요약" 해시

다음 단계는 이 블록 헤더 데이터를 해시 함수에 넣는 것입니다.

그러면"블록 해시"라고 불리는 임의의 숫자가 생성됩니다.

(정확한 명칭은 전체 블록이 아니라 블록 헤더의 해시이기 때문에 "블록 헤더 해시"가 더 정확합니다.)

앞서 언급한 이전 블록 해시와 마찬가지로, 블록 해시를 후보 블록에 할당될 사용자 지정 생성 ID 번호로 생각하십시오.

광부가 왜 이런 행동을 하는 걸까요?

채굴자가 블록을 블록체인에 추가하려면 특정 요구 사항을 충족하는 블록 해시를 찾아야 합니다.

이 조건을 충족하지 못하면 블록은 유효한 것으로 간주되지 않으며 채굴자는 블록체인에 블록을 추가할 수 없습니다.

좀 더 구체적으로 말하자면, 블록 해시는 특정 숫자의 0으로 시작하는 숫자여야 합니다.

정확히 몇 개의 0이 들어가는지?

상황에 따라 다릅니다. 비트코인 시스템의 소프트웨어가 블록 해시가 시작될 때 최소로 포함되어야 하는 0의 개수를 결정합니다.

원래는 소수의 0만 요구되었지만, 채굴자가 점점 더 많이 참여하면서 비트코인 소프트웨어는 더 많은 0을 요구하기 시작했습니다.

채굴자는 비트코인 소프트웨어가 설정한 출력 기준치에 부합하는 출력물("블록 해시")을 생성해야 합니다.

이 "문턱"은 블록 해시가 반드시 0으로 시작해야 하는 횟수를 지정합니다.

그것은 마치 "림보" 춤과 같습니다.

임계값이 낮을수록 더 많은 0이 필요합니다.

0이 많을수록 "올바른" 블록 해시를 찾는 것이 더 어려워집니다.

이는 0이 많을수록 가능한 해의 수가 적어지므로 올바른 블록 해시를 "찾는" 데 더 많은 시간이 필요하다는 것을 의미합니다.

"000123…"처럼세 개의 0으로 시작하는 값을 찾는 것은"000000123…"처럼여섯 개의 0으로 시작하는 값을 찾는 것보다 훨씬 어렵습니다.

다음은 실제 유효한 블록 해시의 최근 예입니다.

0000000000000000000586b367c292dfd274bf2e67575cf8b4d00735fc1df6ff

처음에 0이 몇 개나 나오는지 보세요.

"특정 수의 0"은"채굴 난이도"라고불리는 것에서 비롯됩니다. 이것은 비트코인 네트워크를 운영하는 소프트웨어에 의해 자동으로 조정됩니다. 난이도는 채굴자의 수에 따라 달라집니다. 채굴하는 컴퓨터가 많을수록 난이도가 높아지고, 시작할 때 더 많은 0이 필요하므로 성공적인 난수를 찾기가 더 어려워집니다.

블록 해시는 매우 큰 숫자로해석될 수 있으며, 특정 임계값보다 작아야 합니다. 이것이 블록 해시가 일련의 0으로 시작하고 그 뒤에 영숫자 문자열이 오는 이유입니다. 일부 블록은 20개의 0으로 시작하는 반면, 이전 블록은 8개로 시작합니다. 필요한 0의 수는 대략적으로 블록이 공개되었을 당시 채굴의 난이도를 보여줍니다.

블록 해시가 필수로 요구되는 0의 개수로 시작하지 않으면 어떻게 됩니까?

그러면 블록을 파일에 추가할 수 없습니다("블록체인").

다행히도 광부는 여러 번 시도할 수 있습니다.

그러나 채굴자가 타임스탬프, 이전 블록 해시, "거래 요약" 해시만 포함된 블록 헤더를 해시 함수를 통해 다시 실행하면 항상 동일한 결과를 얻을 수 있습니다.

채굴자는 블록 헤더를 다시 해시하기 전에 데이터를 어떻게든 변경해야 합니다.

비트코인이 그 방법을 제공합니다!

논스

블록 헤더에는"nonce"(하늘색 상자)라는 추가 필드가 있습니다.

Bock 헤더에는 채굴자들이 임의로 채울 수 있는 특별한 부분이 있습니다.

광부는 원하는 숫자를 얼마든지 넣을 수 있습니다.

nonce는 블록의 트랜잭션과 완전히 분리되어 있습니다. 그 유일한 목적은 채굴자가 숫자로 채울 수 있도록 하고, 블록 해시가 특정 숫자의 0으로 시작해야 한다는 요구 사항을 충족하지 않는 경우 숫자를 변경하는 것입니다.

난수를 사용함으로써, 채굴자는 해시 함수의 출력을 조작하여 원하는 출력을 "추측"할 수 있습니다.

블록 헤더의 다른 데이터는 변경할 수 없기 때문에 변경할 수 있는 유일한 데이터는 넌스입니다.

따라서 블록 해더의 첫 번째 해싱 시도가 실패하면 채굴자는 넌스의 값을 변경합니다.

이 과정을 조합 자물쇠의 조합을 찾는 것과 같다고 생각할 수 있습니다 .

그것을 해제하는 숫자의 조합을 찾으려고 할 때 지름길은 없습니다. 모든 가능한 조합을 시도해 보다가 어느 시점에 우연히 올바른 조합을 찾아야 합니다.

운이 따를 때까지 계속해서 추측해야 합니다!

그리고 잠금 조합이 올바른지(잠금 해제 또는 해제 안 됨) 확인하는 것이 매우 쉽고 빠르듯이, 채굴자와 그 이후의 다른 노드에서 넌스가 실제로 올바른지 확인하는 것도 매우 쉽고 빠릅니다.

채굴자는 다른 채굴자와도 경쟁합니다. 유효한 블록 해시를 생성하는 넌스를 최초로 발견한 채굴자는 블록을 블록체인에 추가할 수 있는 권한을 부여받고, 그렇게 함으로써 보상을 받습니다.

예를 들어, 블록 해시가 최소한 네 개의 0으로 시작해야 한다고 가정해 봅시다.

필요한 초기 0의 개수가 있는 블록 해시를 찾는 유일한 방법은 임의의 넌스 값을 선택하고 해시 함수를 통해 블록 헤더를 실행하는 것입니다.

이 시나리오에서 광부는 넌스 값(하늘색 상자)으로 "0"을 입력합니다.

그래도 원하는 결과를 얻지 못한다면, 분쇄기가 할 수 있는 일은 다른 넌스로 다시 시도하는 것뿐입니다.

채굴자는 넌스를 변경한 다음, 최소 요구되는 0의 개수만큼 블록 해시를 찾을 때까지 다시 시작합니다. 이 경우에는 4개의 0입니다.

해시 함수를 사용하면 아주 작은 조정만으로도 아주 작은 변화만으로도 완전히 다른 결과를 만들어 낼 수 있다는 것을 기억하세요.

그래서 광부가 처음 시도한 것은 넌스에서 숫자 "0"을 사용하는 것이었습니다. 그런 다음 해시 함수를 통해 블록 헤더를 실행하고 블록 해시가 4개의 0으로 시작하는지 확인합니다.

보시는 바와 같이, 블로흐 해시는 0이 두 개 로 시작하기 때문에 블록체인을 블록에 추가하는 데 필요한 기준을 충족하지 못합니다.

출력이 유효하지 않으면 광부는 다른 넌스 값을 계속 시도합니다.

"0"이라는 값이 통하지 않으므로, 채굴자는 논스 값을"1"로변경한 다음(하늘색 상자) 해시 함수를 통해 블록 헤더를 다시 실행할 수 있습니다.

보시는 바와 같이, 블록 해시는 0으로 시작 하지 않으므로 이 방법도 효과가 없습니다.

"1"이라는 값이 통하지 않으므로, 채굴자는 논스의 값을"2"로변경한 다음(하늘색 상자) 해시 함수를 통해 블록 헤더를 다시 실행할 수 있습니다.

이 경우, 블록 해시는 마침내 네 개의 0으로 시작하여 기준을 충족합니다.

성공적인 블록 해시 결과입니다! 🎉

보시다시피, 어떤 nonce가 정확한 0의 개수로 블록 해시를 생성할지는 예측할 수 없으므로, 채굴자는 올바른 값을 찾기 위해 계속해서 다른 nonce를 시도해야 합니다.

광부들은 올바른 넌스를 찾을 수 있다는 보장 없이 오랜 시간 동안 채굴할 수 있습니다. 대부분은 결코 찾을 수 없을 것입니다!

논스는 카운터로 사용되며, 올바른 블록 해시를 찾거나 다른 채굴자가 찾기까지 그 값이 계속 증가합니다.

숫자 맞추기 게임 같아요!

당신은 단순히 넌스 값을 변경함으로써 특정 수의 0으로 시작하는 해시를 찾으려고 하는 것입니다.

광부들은 이 작업을 반복적으로 수행합니다. 결과가 기준에 맞는 블록 해시를 생성하기를 바라며.

컴퓨터의 성능이 좋을수록 더 많은 "추측"을 할 수 있습니다.

이 "추측" 과정을 마이닝이라고 합니다.

"성공"한 채굴자는"블록 보상"이라고 불리는 정해진 수의 비트코인(거래 수수료 포함)을 보상으로 받습니다.

채굴자 한 명이 약 10분마다 블록 보상을 받습니다.

채굴은 단조롭고 반복적인 과정입니다.

임의의 숫자가 포함된 블록 헤더를 가져와서 해시하고, 해시가 특정 숫자의 0으로 시작하는지 확인하고, 그렇지 않으면 다른 임의의 숫자를 사용하여 이 과정을 반복합니다.

생각만 해도 졸려요. 😴

따라서 광업이 '복잡한 수학 문제를 푸는 것'과 관련이 있다는 것을 읽거나 들었을 때, 그것이 올바른 설명이 아니라는 것을 알게 됩니다.

채굴에는 복잡한 것이 없습니다! 그 과정 자체가 꽤 간단합니다. 여러분은 가능한 한 빨리 또는 블록체인의 첫 번째 채굴자가 되어 블록을 추가할 수 있을 만큼 빨리 올바른 숫자를 추측하려고 노력할 뿐입니다. 그게 전부입니다!

"해시 레이트"는 마이닝 컴퓨터의 "추측 능력"을 나타냅니다. 초당 추측할 수 있는 해시가 많을수록 해시 레이트가 높아집니다. 예를 들어, 초당 1조(1,000,000,000)의 추측은 1테라해시 (TH/s)의 해시 레이트와 같습니다.

과정이 간단하다고 해서 그것이 쉽다는 의미는 아닙니다. 그래서 이것을 "채굴"이라고 부릅니다. 실제 세계의 채굴과 마찬가지로, 올바른 숫자를 "파내려고" 하는 데 많은 노력이 필요합니다.

이제 채굴자가 요구 사항(최소 4개의 0으로 시작)을 충족하는 블록 해시를 생성할 수 있는 난수를 찾았으므로, 블록이 채굴자의 파일 사본("블록체인")에 추가됩니다.

파란색 블록이 채굴자의 블록체인에서 가장 최근의 블록이었던 것을 기억하십니까? 더 이상은 아닙니다.

채굴자가 올바른 넌스를 추측할 수 있었기 때문에, 블록체인에 자신의 블록을 추가할 수 있었습니다(녹색으로 표시됨).

따라서 광부의 컴퓨터에 있는 파일이 업데이트되었다는 것을 알 수 있습니다( 녹색으로 표시됨).

그리고, 노드는 이 블록을 직접 연결되어 있는 근처의 노드로 전송합니다.

노드는 그것을 확인하고 검증하며, 블록 헤더가 기준에 맞는 블록 해시를 생성하는지 확인합니다. 이 경우, 블록 해시는 4개의 0으로 시작해야 했습니다.

이 노드는 블록을 파일에 추가함으로써 파일("블록체인")을 업데이트합니다.

그들의 파일이 업데이트되어 이제 우승한 광부의 파일(녹색 파일)과 같은 버전이 됩니다.

이 우승 블록의 일부인 모든 트랜잭션이 mempool에서"새로 추가됨(또는 "미확인됨")"상태에서"확인됨"상태로 이동하고, 이제 영구적으로 파일에 추가됩니다.

충돌하는 거래는 모두 제외됩니다.

채굴 과정 덕분에 보라색 거래만 블록체인에 기록됩니다.

그러면 이 노드는 블록을 다른 노드에 전달합니다.

새로운 블록이 다수의 채굴자에 의해 승인되면, 모든 채굴자는 다시 시작하여 새로운 후보 블록을 만들고 채굴 과정이 반복됩니다.

마이닝은 컴퓨터 네트워크를 통해 이루어지는 거래를 분류하는 메커니즘의 역할을 합니다. 여기서 "마이닝된" 블록은 블록체인에 속하는 것에 대한 최종 결정권을 가집니다.

이 새로 생성된 블록의 블록 해시는 이제 채굴자들이 후보 블록의 "이전 블록 해시"에 사용하게 됩니다.

블록 해시는"체인" 역할을 합니다.

이제 광부들은 그들이 만드는 새로운 블록에 이전 블록의 블록 해시를 포함시켜야 합니다.

예를 들어, 이것은 채굴자가 블록 101을 채굴하기 위해서는 블록 100의 해시를 알아야 한다는 것을 의미합니다.

블록 101이 채굴될 때까지 블록 102는 채굴될 수 없습니다.

이 때문에 채굴자들은 블록 100의 해시가 포함된 블록 101에 집중할 수밖에 없습니다. 어떤 채굴자도 앞의 블록을 건너뛸 수 없습니다.

그러나 각 블록에 "블록 번호"를 부여하는 대신, 각 블록은 이전 블록의 Bock Hash를 참조합니다.

이는 모든 블록이 서로 연결되어 있다는 것을 의미하며, 이것이 바로 블록체인이라고 알려진"블록 체인"을형성하는 것입니다.

이 "블록 체인"은 블록 번호가 아니라 블록 해시로 연결되어 있습니다.

비트코인을 속일 수 없는 이유

모두가 블록 101에서 작업한다고 가정해 봅시다.

그러나 한 광부가 블록 80의 거래를 변경하려고 합니다.

변경 사항을 적용하고 블록 80-100에 대한 모든 계산을 다시 수행해야 하며, 블록 101도 수행해야 합니다.

그건 21 블록의 값비싼 컴퓨팅입니다!

뿐만 아니라, 광부는 비트코인 네트워크의 다른 광부들이 현재 작업 중인 블록 (블록 101) 을 완료하기 전에 모든 작업을 완료해야 합니다. 이것은 기본적으로 불가능합니다.

블록체인의 일부를 이미 구성하고 있는 거래를 조작하는 것은 매우 어렵습니다.

이것이 블록체인이 불변적이라고 묘사되는 이유입니다.

작업 증명(PoW)

채굴 과정은 흔히"작업 증명(Proof-of-Work)"또는 PoW라고 불립니다.

PoW는 비트코인이 모든 노드들이 비트코인 블록체인의 "공식적인" 사본에 동의하도록 하는"합의 메커니즘"으로 알려져 있습니다. 이것이 바로 비트코인이 분쟁 해결이나 중앙 기관의 개입 없이도 합의를 도출할 수 있는 방법입니다.

"작업 증명"이라는 용어는 특정 임계값 아래의 블록 해시를 찾는 데 "작업"이 필요하다는 사실을 의미합니다. 그리고 일단 해시를 찾으면 누구나 이를 검증할 수 있으며, 이를 통해 "증거"를 제공할 수 있습니다.

"임의의 숫자를 추측"한 다음 블록 헤더를 해시 함수를 통해 실행하는 과정은 블록에 필요한 양의 "작업"을 수행했음을 증명하는 방법으로 사용되고 있습니다.

유효한 해시를 생성한 최초의 채굴자는 블록체인에 새로운 블록을 추가할 수 있으며, 비트코인 보상을 받습니다.

만약 채굴자들이 비트코인 네트워크에 대거 유입되면, 유효한 블록 해시를 찾기가 더 어려워지도록 작업 증명 방식이 조정됩니다. 이로 인해 난이도가 높아져서 너무 많은 채굴자들이 채굴을 포기하게 되면, 채굴이 더 쉬워지도록 난이도가 낮아집니다.

이 과정은 난이도 조정이라고 알려져 있으며, 대략 2주에 한 번씩 발생합니다. 이 과정을 통해 얼마나 많은 채굴자가 네트워크에 참여하거나 네트워크를 떠나는지와 관계없이 대략 10분마다 새로운 블록이 블록체인에 추가되도록 합니다.

난이도 조정은 채굴자들이 새로운 블록을 생성하는 속도에 따라 이루어집니다.

채굴 난이도를 조정함으로써, 비트코인은 네트워크에 참여하는 컴퓨팅 파워의 양에 관계없이 미리 정해진 비율로 새로운 비트코인이 생성되도록 할 수 있습니다.

난이도 조정은 채굴자들이 비트코인 공급량을 너무 빨리 채굴할 수 없도록 하기 때문에 중요합니다.

채굴에 필요한 특수 컴퓨터 하드웨어와 전기는 네트워크를 공격하는 데 너무 많은 비용이 든다는 것을 의미합니다. 이것은 비트코인 블록체인의 보안과 무결성을 보장합니다.

네트워크를 공격할 수 있는 충분한 컴퓨팅 파워를 가진 사람은 정직하게 채굴하여 블록 보상(새로운 비트코인과 거래 수수료)을 받는 것이 좋습니다.

비트코인의 기술적 측면에 대해 더 알고 싶으십니까? learnmeabitoin.com은 비트코인의 작동 방식을 이해하는 데 도움이 되는 훌륭한 가이드를 제공합니다.

요약

축하합니다! 이제 비트코인 채굴이 어떻게 이루어지는지 알게 되셨습니다!

• 채굴자는 논스를 선택하고 해시 함수를 실행한 다음, 그 결과를 확인하여 "블록 해시"가 될 수 있는 수용 가능한 해시를 찾습니다.
• 해시에 선행 0이 적당히 들어 있지 않으면 채굴자는 넌스를 변경하고 해시 함수를 실행한 다음 다시 확인합니다.
• 광부가 마침내 운이 좋아서 작동하는 넌스를 찾아 "승리"하면, 그 블록은 비트코인 네트워크의 다른 노드(다른 광부 포함)로 전송됩니다. 각 노드는 승리한 광부의 넌스로 해시 함수를 실행하고, 그것이 작동하는지 확인할 수 있습니다.
• 솔루션이 노드 중 다수의 승인을 받으면 블록이 블록체인에 추가되고, 채굴에 성공한 채굴자는 블록 보상을 받습니다.
• 모든 채굴자들은 최근에 채굴된 블록의 해시를 블록 헤더("이전 블록 헤더"로)의 참조로 사용하여 새로운 후보 블록을 "재설정"하고 작업을 시작합니다.
• 채굴자들이 올바른 넌스를 "추측"하거나 찾으려고 시도하는 이 과정을 "작업 증명(Proof-of-Work, PoW)"이라고 합니다.

이제 채굴자와 채굴에 대해 배웠으니, 비트코인 시스템의 지도를 업데이트해 보겠습니다.