블록체인이란 & What is Block chain & Block Chain Network

해당 포스팅은 "블록체인의 개념과, 네트워크 유형 및 구조"에 대해 설명합니다.

 

* 오른쪽 목차를 통해 조금 더 가시적인 요약내용을 확인하실 수 있습니다.

* 내용에 대한 참고 자료 & 관련 자료는 맨 끝 하단에 첨부합니다. 같이 확인해보시고 좋은 내용을 공유하면 좋을 것 같아요 :)

 

# 첨부자료에 없는 그림 및 표의 경우 자체적으로 설명을 위해 제작한 것입니다 #

 

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1. 블록체인이란?

데이터 분산 처리 기술로 네트워크에 참여하는 모든 사용자가 모든 거래 내역 등의 데이터를 분산, 저장하는 기술을 지칭한다.

 

블록(Data가 담긴 memory pool)들을 체인 형태로 묶은 형태이기 때문에 블록체인이라고 부르며,
블록은 개인과 개인의 거래(P2P : Peer to Peer)의 데이터가 기록되는 장부가 된다.

 

이런 블록들은 형성 후 시간의 흐름에 따라 순차적으로 연결된 ‘사슬(체인)’ 의 구조를 가지게 된다.

모든 사용자(node)가 거래내역을 보유하고 있어서 거래 내역을 확인할 때 모든 사용자가 보유한 장부를 대조하고 확인하게 된다.

 

때문에 블록체인은 ‘공공 거래장부’ 또는 ‘분산 거래 장부’ 로 불리기도 한다.

기존 방식과 블록체인의 차이점

 

 

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2. 블록체인 네트워크 유형

• 블록체인에는 네 가지의 주요 탈중앙화 또는 분산 네트워크 유형이 존재한다.

블록체인 네트워크 유형

+ 하이브리드 블록체인 네트워크

2-1. 퍼블릭 블록체인 네트워크

• 블록체인 권한이 없어, 모든 사람이 블록체인에 참여할 수 있다. 모든 구성원은(노드) 블록체인 내의 정보를 읽고, 편집하고, 검증하는 등 동등한 권리를 가질 수 있다. 사람들은 주로 퍼블릭 블록체인을 사용하여 bitcoin, Ethereum 및 Litecoin과 같은 암호화폐를 교환하고 채굴한다.

 

2-2. 프라이빗 블록체인 네트워크

• 단일 조직(기업 등)이 관리형 블록체인이라고도 하는 프라이빗 블록체인을 제어할 수 있다.
  해당 조직에서 어떠한 사람이 구성원이 될 수 있고, 네트워크에서 어떠한 권한을 가질 수 있는지 결정하여 구성한다. 프라이빗 블록체인의 경우 접근 제한이 있기 때문에 부분적으로 분산되어 사용된다.
• 예로, 기업용 디지털 화폐교환 네트워크인 Ripple은 프라이빗 네트워크 구조이다.

 

2-3. 컨소시엄 블록체인 네트워크

• 조직의 그룹은 컨소시엄 블록체인 네트워크를 관리한다.(각 기업의 허가된 사용자) 사전 선택된 조직은 블록체인을 유지 관리하고 데이터 액세스 권한을 결정하는 책임을 공유한다. 여러 조직이 공통적인 목표를 가지며, 공동 책임의 혜택을 받는 산업의 경우 컨소시엄 블록체인을 선호한다.
• 예로, 글로벌 해운 비즈니스 네트워크 컨소시엄은 해운 산업을 디지털화하고 해양 산업 운영자 간의 협업을 증대하는 것을 목표로 하는 비영리 블록체인 컨소시엄이다.
  

2-4. 하이브리드 블록체인 네트워크

• 하이브리드 블록체인은 퍼블릭 및 프라이빗 네트워크 요소를 결합한 구조이다.회사는 퍼블릭 시스템과 함께 권한 기반의 프라이빗 시스템을 설정할 수 있다. 이러한 방식을 사용함으로써 블록체인에 저장된 특정 데이터에 대한 엑세스를 제어하면서 나머지 데이터에 대해 공개적으로 유지할 수 있다.
• 회사에서 스마트 계약을 사용함으로써 퍼블릭 회원은 프라이빗 거래가 완료되었는지 확인할 수 있다.
• 하이브리드 블록체인은 은행 소유 통화를 프라이빗으로 유지하면서 디지털 통화에 대한 퍼블릭 액세스 권한을 부여할 수 있다.

 

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3. 네트워크 구조

Block Chain의 경우 분산형 네트워크 구조 P2P(Peer to Peer)를 사용한다.

네트워크 구성 방식

네트워크 구조는 크게 Server to Client 방식과, Peer to Peer 방식으로 나눌 수 있다.

 

서버 & 클라이언트(Server to Client) 방식은 중앙 집중 방식으로 서버에서 클라이언트에 요청을 처리하고 관리해준다.

때문에 시스템 구축이 용이하고 실시간 정보 전달이 가능하다는 장점이 있다. 하지만 서버에 높은 성능이 요구되어 시스템 구축 비용이 높아지며, 서버가 다운되어버리면 네트워크 전체가 마비 될 수 있다는 단점이 존재한다.

 

피어(사용자) & 피어(Peer to Peer) 방식은 분산 처리 방식으로 각각의 노드(사용자)가 서버 및 클라이언트의 역할을 동시에 수행하며 네트워크가 관리된다. 때문에 서버와 같은 고가의 단말이 필수적이지 않고, 일부 단말이 다운된다 하더라도 전체 네트워크가 마비되는 일은 없다는 장점이 있다. 하지만 통신이 각 단말 간에 이루어지기 때문에 관리가 어렵고, 실시간 정보 전달(통일)이 어렵다는 단점이 존재한다.

 

 

 

3-1. Peer to Peer 네트워크 방식

• P2P 네트워크는 크게 Hybrid P2P, Pure P2P 방식으로 나눌 수 있다.

Block Chain 성향에 따라 Hybrid & Pure 방식을 선정한다.

P2P 네트워크 구성방식

 

Hybrid P2P는 두 가지 네트워크 방식이 결합된 것 같은 네트워크 구조이다. 노드 탐색을 위해 인덱스 서버를 활용하고(Server & Client 방식) 이외의 노드끼리 통신에서는 P2P 환경으로 데이터를 전달한다.

Pure P2P는 노드의 탐색을 포함해 모든 노드가 자율 분산적으로 움직이는 네트워크 구조이다. 각각의 노드를 모두 알 수 있는 방법이 필요하기에 알고리즘이 구현되어야 한다.

 

3-1-1. Pure P2P(Peer to Peer)

이처럼 Pure P2P 방식은 중앙 서버가 따로 없는 탈중앙화 방식의 네트워크 구조이다. 때문에 각각의 노드가 서로를 탐색하기 위해서는 응용 프로그램 수준의 네트워크를 구축해야 한다.

Pure P2P 네트워크에 한계와 해결방안

 

오른쪽 그림과 같은 네트워크 구조를 “오버레이 네트워크”라고 하는데, 오버레이 네트워크란 물리적 실체 위에 가상의 토폴로지(block 으로 이해)를 구성하는 방식을 의미한다.

 

What is Overlay ?

 

메모리 제한 때문에 큰 프로그램을 전송 및 로드 할 수 없을 때, 모듈로 나누어 필요할 때마다 모듈을 메모리로 불러서 다시 재결합하여 사용하는 기법을 의미한다.

 

 

구조적으로 Pure P2P 퍼블릭 블록체인(Public Blockchain)에서 자주 사용되며, Hybrid P2P는 프라이빗 블록체인(Private Blockchain)에서 자주 사용된다.

3-1-2. Overlay Network

• 오버레이 네트워크는 토폴로지와 노드검색 방법에 따라 구조화 오버레이, 비 구조화 오버레이로 나뉜다.

Bit, Eth와 같은 가상화폐의 경우 비 구조화 오버레이 구조로 구성되었다.

오버레이 네트워크 구조

 

 

오버레이 네트워크 구조 별 특징

비 구조화 오버레이 네트워크 특징	구조화 오버레이 네트워크 특징
인접 노드를 선택하는 것에 대한 제약이 없어 유연한 탐색 가능 네트워크 토폴로지가 규정되지 않는다.(tree, ring ..) 네트워크 상 노드 수가 많다면 네트워크 메시지 수가 증가하여 목적 노드까지 전달이 보장되지 않는다. (확장성 문제)	각 데이터에 대해 노드와 동일한 ID를 할당한다. 네트워크 토폴로지 및 연결상대가 규정되어있다. (ID기반) 목적지에 메세지가 도착되는 문제(확장성)가 보장된다.

비트코인, 이더리움 등에서는 위 두 가지 방식 중 “비 구조화 오버레이 네트워크 구조”를 사용하고 있다.
하지만 이 방식에는 다음과 같은 문제가 존재한다.

 

 

3-2. 비 구조화 오버레이 네트워크 한계

 

노드가 많아 확장성이 떨어진다는 단점이 존재하는데, 슈퍼 노드를 중앙에 두어 슈퍼노드 끼리 전달을 하고 이후 하위 노드 에게 전달하는 방식에 중간 역할을 해줌으로서 메세지 도착 및 확장성을 높일 수 있다.

 

슈퍼노드:
일반 노드보다 상위 노드로 구역 내 메세지를 전파해주는 역할을 한다. 슈퍼노드에 선정 기준은 노드와 네트워크 성능에 따라 자율적으로 선정된다.

 

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4. 참고 자료

퍼블릭 블록체인(Public Blockchain) vs 프라이빗 블록체인(Private Blockchain) — Steemit

https://aws.amazon.com/ko/what-is/blockchain/

P2P(Peer to peer) 네트워크는 무엇일까?

P2P (Peer to Peer) > 도리의 디지털라이프