[Blockchain and Cryptocurrency] 02. Blockchain Overview and Introduction - Technical Concepts of Blockchain Systems -

고려대학교정보보호대학원
마스터 제목 스타일 편집
1
Blockchain Overview &
Introduction
- Technical Concepts of Blockchain Systems -

보안공학연구실
김승주 교수 (skim71@korea.ac.kr)
미래융합기술관 610호
저 서
Security Assessment aNd Engineering Lab
www.KimLab.net / www.HackProof.systems
주요 경력 :
1990.3~1999.2) 성균관대학교 공학 학사·석사·박사
1998.12~2004.2) KISA 암호기술팀장 및 CC평가1팀장
2004.3~2011.2) 성균관대학교 정보통신공학부 부교수
2011.3~현재) 고려대학교 사이버국방학과∙정보보호대학원 정교수
(사)HARU & SECUINSIDE 설립자 및 이사
2017.4~현재) 국방RMF연구센터(AR2C) 센터장
2018.5~현재) 고신뢰보안운영체제연구센터(CHAOS) 센터장
前) 육군사관학교 초빙교수
前) 개인정보분쟁조정위원회 위원
前) 대통령직속 4차산업혁명위원회 위원
現) 합동참모본부 정책자문위원
現) 국방부 CIO 자문위원
現) Black Hat Asia Review Board
- SCI(E) 논문: 76편, 인용횟수: 4800+ (구글 기준)
- '07, '18: 국가정보원장 및 행정안전부 장관 표창
- '12, '16: 고려대학교 석탑강의상 (상위 5%)
- '19: 국가공무원인재개발원 베스트강사 명에의전당 헌정 (상위 0.3% = 3명/800여명)
- ACSAC (1편), AsiaCrypt (1편), BlackHat (6편), CT-RSA (3편), DEFCON (4편), ICCC (8편), Virus Bulletin (2편)
- KBS '명견만리', '장영실쇼', '쌤과 함께', EBS '과학다큐 비욘드', JTBC '차이나는 클라스' 및 tvN '미래수업' 등 다수 출연
주요 R&D 성과
2
Google에 DRM 특허 매각 (2020년)

비트코인과 블록체인의 탄생
3

비트코인 (2008)
(In October 2008, posted to the Cypherpunks mailing list)
4

5

비트코인은 최초의 암호화폐인가?
(Crypto 1982)
6

7
(Bas Wisselink, “History of Bitcoin Where Do We Come From?”, February 15, 2018)
비트코인은 최초의 암호화폐인가?

비트코인은 온전히 독창적인가?
8
Smart
Contract
PoW

왜 암호화폐는 만들기 어려운가?
9

eCash (1982)
(David Chaum, "Blind Signatures for Untraceable Payments", Crypto 1982)
10
암호화폐 이용자 A
상점 X
1. 암호화폐 발행
4. 장부에 해당 암호화폐가 사용된
기록이 있는지 여부를 확인
2. 지불
1477
1477
3. 암호화폐
검증요구
6. 상품/서비스
5. 유효성 (신규사용
or 중복사용) 통보
1477

마스터 제목 스타일 편집 (2008)
11
“중앙은행은 법정통화 가치에 논쟁의 여지가 없도록 신뢰를
받아야 하지만, 화폐의 역사는 그런 신뢰를 완전히 저버린 사
례로 가득하다. 은행은 우리의 돈을 안전하게 보관해야 하지
만, 그들은 무분별한 대출로 신용버블을 유발했다.”
– Satoshi Nakamoto –

12
상점 X
4. 장부에 해당 암호화폐가 사용된
기록이 있는지 여부를 확인
2. 지불
1477
3. 암호화폐
검증요구
6. 상품/서비스
1477
Bitcoin (2008)

1477
13
상점 X
2. 지불
1477
3. 암호화폐
검증요구
6. 상품/서비스
1477
4. 블록체인에 해당 비트코인이
사용된 기록이 있는지 여부를 확인
Bitcoin (2008)

마스터 제목 스타일 편집 (2008)
14

15
상점 X
A→Y:1477
B→Z:1423
‘중복 사용’
‘중복사용’
‘중복사용’
1477
(Satoshi Nakamoto, "Bitcoin: A Peer-to-Peer Electronic Cash System" 2008)
A→Y:1477
B→Z:1423
A→Y:1477
B→Z:1423
ID: 1477
A
Seller X
Seller Y
비트코인 이용자 A

16
상점 X
A→Y:1477
B→Z:1423
‘신규 사용’
‘중복사용’
‘중복사용’
1477
A→Y:1477
B→Z:1423 B→Z:1423
비트코인 이용자 A

[참고] 비잔틴 오류 (Byzantine Faults)
(ACM Transactions on Programming Languages and Systems (TOPLAS), July 1982)
17
 Bugs (Perhaps on a single node)
 Intentional malice (Perhaps a single node)
 Conspiracies (Multiple bad nodes)
Byzantine Faults

18
인터넷 투표를 통한 장부의 주기적(10분) 동기화가 필요
비잔틴 오류를 막는 법, 블록체인
1423
1477
1423
A→Y:1477
B→Z:1423
A→Y:1477
B→Z:1423 B→Z:1423

Blockchain is …
분산된 공개장부 + “인터넷 투표 (주기적 동기화)”
19

20

(Vitalik Buterin)
“Whereas most technologies
tend to automate workers on
the periphery doing menial
tasks, blockchains automate
away the center. Instead of
putting the taxi driver out of a
job, blockchain puts Uber out of
a job and lets the taxi drivers
work with the customer directly.”
21

1. 각자가 관찰한 10분간의 모든 거래내역을
1MB 파일(일명, block)에 기록
2. 회람
3. 서로 다른 장부가 존재할 경우 투표
22
A→Y:1477
B→Z:1423
A→Y:1477
B→Z:1423 B→Z:1423

1. 각자가 관찰한 10분간의 모든 거래내역을
1MB 파일(일명, block)에 기록
2. 회람
3. 서로 다른 장부가 존재할 경우 투표
4. 선출된 장부를 보관중이던 이전 장부
들에 연결해(일명, chain) 각자 보관
23

채굴(mining) : 비트코인을 얻는 가장 기본적인 방법
24
블록체인에서의 참여유도 방법, 채굴

A
D
B C
E
25

 인플레이션을 방지하기 위해 약 4년마다
보상을 받는 가격이 절반으로 떨어지도록
설계됨.
 초기 보상액은 2009년 50 Bitcoin이었고,
2013년에는 25 Bitcoin, 2016년에는 12.5
Bitcoin이었으며, 이는 계속해서 줄어듬.
 끊임없이 반으로 줄어들면 최종에는 약
2천1백만 개의 Bitcoin만 존재하게 됨.
 2140년 5월7일경 모든 Bitcoin이 생성될
것으로 예측됨.
 Block rewards → Transaction fees
(* But, in ACM CCS 2016, Miles Carlsten et al. showed that the stability of bitcoin is
NOT guaranteed as mining rewards decline.) 26

(Source: http://www.bitcoinblockhalf.com)
27

Bitcoin Genesis Block
28

29
“사토시 나카모토는 정부의 필요에 따라 발행량 증가가 가능한
현재의 화폐 시스템을 개혁하고자 비트코인을 발표”
※ 개발 동기가 명시적으로 알려진 바는 없으나, 비트코인 첫 블록 여백에 영국의 공적자금
투입을 통한 은행 재정 원조 관련 타임스 기사 내용이 포함되어 있어 이를 통해 추정 및
회자되는 說임.

비트코인/블록체인 네트워크
(Source: Andreas M. Antonopoulos, "Mastering Bitcoin", O'REILLY)
30

31

32
다양한 Distributed Ledger Technology

33
가상화폐(자산) vs. 암호화폐(자산)

발행주체
구현방식
정부(중앙은행) 민간단체 또는 기업
중앙집중형
CBDC (Central Bank
Digital Currency)
Virtual Currency
탈중앙형
(Blockchain)
CBDC (Central Bank
Digital Currency)
Virtual Currency or
Cryptocurrency
‘중앙은행이 발행하는 디지털 화폐’, CBDC는 말 그대로 발행
주체가 민간이 아닌 정부이며, 그렇기에 법적 효력 또한
가진다는 점에서 Bitcoin 등의 암호화폐와 차별화 됨.
34
eCash(1982)
Bitcoin(2008)

35

36

37
(March 25, 2021)

38

 “Interoperability should be enabled between CBDC (central bank digital currency)
systems of different jurisdictions and exchange.”
 "We also propose a scalable and overseen foreign exchange platform supported
by DLT (distributed ledger technology like blockchain) or other technologies."
39

알트코인(Altcoin) (Source: https://coin360.io/, Note: As of 17:00 July 27, 2018)
40
암호화폐는 2018년 3월11일 기준 1,523개가 유통되고 있
으며, 2013년 4월부터 약 5년 동안 2,544개가 신규 발행
되고 1,028개가 퇴출 됨. (분석기간 중 매주 평균적으로
17.1개가 신규발행되고 12.7개가 퇴출)
- 예금보험연구포럼 2018 -

알트코인(Altcoin) (Source: https://coin360.io/, Note: As of 17:00 July 27, 2018)
2018년 3월11일 1,523개 → 2019년 8월21일 2,457개 →
2021년 3월21일 8,899개 → 2021년 4월22일 9,420개 →
2021년 5월23일 0시30분 1만3개
41

비트코인과 블록체인이
당면한 기술적 문제
42

43
가격 변동성
비트코인 피자데이는
2010년 5월 22일 미국
의 한 프로그래머가 1
만 개의 비트코인으로
피자 2판을 구매한 날
임. 가상자산을 활용한
최초의 실물 거래를 기
념하기 위해 마련됐음.

 2008년에 북경 올림픽이 열린 사실에서도 알 수
있듯이 2008~2010년 초반, 중국에 신흥부자들이
대거 생김. (중국 개혁개방 40년)
 실제로 2016년 2월 후룬글로벌리서치가 발표한
‘2016 세계 백만장자 리스트’에 따르면, “중국의 백
만장자 숫자가 미국을 앞질렀다”고 함.
 더욱이 당시 정부의 별도 규제가 없었음. 개인 연
간 해외송금 가능액이 5만 달러 제한되어 있었지
만 비트코인은 제약이 없었고, 해외 송금시 별도
수수료도 없었음.
 이들은 비트코인이 실용적인 화폐가 될 수 있고,
금 대체재로서의 가능성 충분하다 생각함. 더욱이
정부의 감시를 피할 수 있다는 점이 수요를 폭발시
킴.
가격 변동성
44

45

46

47

탈중앙화(Decentralization) 문제
(Jordan Tuwiner, "Bitcoin Mining Pools", July 13, 2017)
48

49

 또한 다수의 채굴(mining) 장비를 보유한
참가자들이 뭉치면서 집단화〮세력화 되기
시작함.
50

 또한 다수의 채굴(mining) 장비를 보유한
참가자들이 뭉치면서 집단화〮세력화 되기
시작함.
(Jordan Tuwiner, "Bitcoin Mining Pools", July 13, 2017) 51

52

(Financial Cryptography and Data Security 2018)
Neither are all that decentralized!
Both Bitcoin and Ethereum mining are very
centralized, with the top 4 miners in Bitcoin and
the top 3 miners in Ethereum controlling more
than 50% of the hash rate.
53

SCALABILITY
(확장성)
CONSENSUS
(합의)
확장성(Scalability) 문제
54

 Blockchain의 종류
 독재 : 중앙집중형 또는 Private Blockchains
 간접 민주주의 : Consortium(Federated)
Blockchains
 R3, B3I, EWF, Corda, etc…
 직접 민주주의 : Public Blockchains
 Bitcoin, Ethereum, Monero, Litecoin, etc…
Scalability
Consensus
55
확장성(Scalability) 문제

에너지 낭비 문제
56

에너지
낭비 문제
57

58

59

60

61
개인정보보호 문제

62

(Financial Cryptography and Data Security 2018)
Our quantitative analysis shows that 1.4% of the
roughly 251 million transactions in Bitcoin's
blockchain contained data that had nothing to do
with bitcoin. Among these files there may be
objectionable contents such as links to child
pornography, copyright violations, privacy violations,
politically sensitive content, malware, etc.
63

거래소 해킹 및 투명성
64

거래소 해킹 및 투명성
65

 ©2021 by Seungjoo Gabriel Kim. Permission to
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material is currently granted without fee
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or classroom use, are not distributed for profit
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66

67
Blockchain Overview &
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