ETRI "블록체인 트릴레마, PoN 알고리즘으로 극복"

"현재 비트코인과 이더리움, EOS는 블록체인 트릴레마를 극복하지 못하고 있으며, 이로 인해 블록체인의 상용화가 쉽게 이뤄지지 못하고 있습니다. 그래서 ETRI는 블록체인 트릴레마를 극복할 수 있는 PoN 합의 알고리즘을 개발했습니다."

김기영 한국전자통신연구원(ETRI) 고성능컴퓨팅연구그룹 박사는 16일 서울 삼성동 코엑스에서 열린 '블록체인서울2019'행사에 참석해 ETRI가 개발한 PoN 합의 알고리즘에 대해 소개했다.

PoN(Proof of Nonce)은 합의 주체가 공평하게 보장되는 탈중앙화 비경쟁 합의 알고리즘이다. 모든 노드에 공평한 참여 기회를 제공하고 노드를 랜덤으로 선정해 보안성을 확보하며, 블록 단위의 확정성을 보장하고 메시지 복잡도를 낮춰 비용을 최소화한 것이 특징이다.

김기영 한국전자통신연구원(ETRI) 박사가 16일 서울 삼성동 코엑스에서 열린 '블록체인서울2019'행사에 참석해 ETRI가 개발한 PoN 합의 알고리즘에 대해 소개했다. (사진=지디넷코리아)

김 박사는 "중앙 집중 시스템의 불신으로 블록체인이 도입됐는데, 블록체인은 서로 신뢰할 수 없는 사람들 간에 신뢰를 검증해야 하는 기술이 필요했다"며 "현재 PoW, PoS, DPoS, PBFT 등 수천여개의 합의 알고리즘이 나와 있지만, 이걸 적용하려다 보니 자원소모 문제, 중앙화 문제, 합의 비용 문제 등 여러 한계점이 존재했고 이는 블록체인 상용화에 장벽으로 작용했다"고 언급했다.

그는 이런 합의 알고리즘이 한계를 갖는 근본적인 원인으로 블록체인 트릴레마를 꼽았다. 블록체인 트릴레마는 블록체인 기술이 탈중앙성, 확장성, 보안성 이 3개의 요소를 모두 확보할 수 없다는 딜레마를 뜻하는 말이다.

그는 "현재 가장 많이 사용되는 비트코인과 이더리움, EOS도 블록체인 트릴레마를 극복하지 못했다"며 "이에 ETRI는 더 많은 거래를 더 빠르게 처리할 수 있으며, 더 친환경적으로 비용을 들이지 않고 검증하며, 더 안전하게 분산처리할 수 있는 PoN 기술을 제안하게 됐다"고 밝혔다.

김 박사에 따르면 PoN 알고리즘은 탈중앙성과 확장성, 보안성을 모두 확보했다. 그는 "논스 체인을 이용해 랜덤합의 노드를 선정하며, 모든 노드가 공평한 기회를 갖도록 확률적으로 개선해 탈중앙화를 구현했다"고 설명했다.

확장성 측면에서는 블록 단위로 확정성을 제공하며, 최소 합의 노드(합의체 정족수)를 제안해 이를 구현했다. 김 박사는 "실제 5만 노드 이상으로 노드가 증가해도 합의체 크기가 약 1,400개에서 수렴한다"며 "수백만 노드 환경에서도 동작이 가능하며, 블록 생성시간은 평균 약 13초에 불과하다"고 설명했다. 또 메시지 복잡도를 최소화해 합의 비용도 최소화했다.

보안성 측면에서는 랜덤 노드 선정으로 보안을 강화했다. 김 박사는 "지금 블록 확정성을 가지는 합의 기술들은 합의에 참여하는 노드가 노출돼, 그 노드가 디도스 공격을 당하는 등의 위험에 빠진다"며 "PoN은 노드를 랜덤 방식으로 예측 불가능하게 만들어 사전에 네트워크상 위험에 빠지는 걸 차단했다"고 말했다.

PoN합의에 참여하는 노드는 ▲노멀노드(Normal Node)와 ▲참여노드(Participant Node)로 구분된다. 노멀노드는 블록체인 네트워크에 연결된 노드를 말하며, 노멀노드가 논스체인을 등록하고 이 블록합의에 참여할 거라는 의사를 내면 그때부터는 참여노드가 된다.

참여노드가 되면 이전 블록의 헤더 값을 이용해 PoN 자격을 검증한다. 자격을 획득하게 되면 블록을 생성할 수 있는 자격을 가지는 노드 후보(Congress)가 된다. 이후, 블록을 결정하게 되는 커미트(Committee) 노드가 결정되고, 여기서 다중 서명을 통해 비용을 최소화하고 서명 통합 후 블록을 확정하는 합의가 이뤄진다. 이렇게 결정된 블록은 전체 노드에 배포된다.

ETRI는 작년 2월부터 '블록체인(PoN 알고리즘 기반) 고신뢰 정보거래 플랫폼 기술 개발' 과제를 맡아 기술 개발을 진행해왔다. 해당 과제는 2021년 12월까지 4년 동안 진행된다.