작업증명(PoW) vs 지분증명(PoS): 완벽 가이드

블록체인 기술은 디지털 시대에 혁신적인 변화를 가져왔으며, 그 중심에는 합의 알고리즘이 있습니다. 합의 알고리즘은 네트워크 참여자들이 분산된 환경에서 신뢰할 수 있는 방식으로 거래를 검증하고 기록할 수 있도록 해줍니다. 그중에서도 작업증명(PoW)과 지분증명(PoS)은 가장 널리 사용되는 두 가지 방식입니다.
하지만 왜 이 두 가지 방식이 중요하며, 어떤 차이점이 있을까요? 그리고 어떤 방식이 더 나은 선택일까요? 이 가이드에서는 PoW와 PoS의 작동 원리부터 장단점, 최신 동향까지 상세히 알아보겠습니다.

작업증명(PoW)란 무엇인가?

작동 원리

작업증명(Proof of Work, PoW)은 블록체인 네트워크의 채굴자들이 복잡한 수학 문제를 해결하여 거래를 검증하고 새로운 블록을 생성하는 과정으로, 블록체인의 보안과 무결성을 유지하는 핵심적인 합의 알고리즘입니다. 이 과정은 일종의 경쟁이며, 채굴자들은 각자 고성능의 컴퓨터를 이용해 문제를 풀기 위해 서로 경쟁하며 이 과정을 채굴(mining)이라고 불릅니다. 이때 문제를 가장 먼저 해결한 채굴자가 새로운 블록을 블록체인에 추가하게 되며, 이를 통해 해당 블록에 포함된 거래가 검증되고 기록됩니다. 이때, 블록을 추가한 채굴자는 보상으로 일정량의 암호화폐를 받게 되며, 보상은 네트워크 참여자들이 채굴에 동참할 동기가 됩니다.

작업증명 주요 특징

작업증명 사용하는 대표적인 블록체인

지분증명(PoS)란 무엇인가?

작동 원리

지분증명(Proof of Stake, PoS)은 네트워크 참여자들이 자신이 보유한 암호화폐를 네트워크에 “스테이킹“하여 블록 검증에 참여하는 합의 알고리즘입니다. PoS 방식에서는 복잡한 연산 문제를 풀 필요 없이, 사용자가 보유한 자산을 기반으로 블록 검증에 참여할 수 있어 작업증명(PoW)에 비해 훨씬 적은 에너지를 소비할 수 있습니다.

지분증명 주요 특징

지분증명 사용하는 대표적인 블록체인

PoW와 PoS의 비교

작업증명(PoW)과 지분증명(PoS)은 블록체인 네트워크에서 합의 과정을 수행하는 대표적인 방식으로, 각각 고유한 특징과 장단점을 지닙니다. PoW는 연산 능력을 활용해 블록을 생성하고, PoS는 보유 자산을 기반으로 검증에 참여하는 방식으로 차별화됩니다. 두 방식은 에너지 소비, 참여 구조, 검증자 선택 기준, 보상 방식 등에서 뚜렷한 차이를 보이며, 네트워크의 효율성과 보안성, 분산화 수준에 영향을 미칩니다.

작업증명(PoW)의 주요 과제

높은 에너지 소비
작업증명(PoW) 방식은 채굴자들이 복잡한 수학 문제를 해결하는 데 많은 연산 능력을 필요로 하며, 이는 막대한 에너지를 소비하게 만듭니다. 비트코인 네트워크의 경우, 2024년 기준으로 채굴에 소요되는 연간 에너지 소비량이 약 140 테라와트시(TWh)에 달하며, 이는 중소 국가 전체의 에너지 소비량에 맞먹습니다. 높은 에너지 소비는 환경에 큰 영향을 미치고 있으며, 특히 화석 연료를 사용하는 경우 탄소 배출량이 증가하여 환경 문제를 야기합니다. 이로 인해, PoW 방식은 지속 가능성과 환경에 대한 논란을 불러일으키고 있습니다.
 
채굴 풀의 중앙화 위험
PoW 방식에서 채굴의 경쟁이 치열해지면서 고성능 장비와 막대한 자본을 투자할 수 있는 대형 채굴 풀들이 경쟁력을 가지게 되었습니다. 소규모 채굴자들은 경쟁에서 밀리기 때문에 생존을 위해 대형 채굴 풀에 의존하는 경우가 많습니다. 이로 인해 네트워크의 탈중앙화가 저해될 위험이 커지고, 일부 채굴 풀이 네트워크의 상당한 부분을 차지하면서 블록 생성과 거래 검증을 독점할 가능성이 생깁니다. 만약 특정 채굴 풀이 해시 파워의 과반수를 확보하게 된다면, 네트워크에 대한 통제권을 장악하여 보안에 위협을 가할 수 있습니다.
 
낮은 거래 처리 속도
PoW 방식은 블록 생성 시간이 길어 거래 처리 속도가 상대적으로 느립니다. 예를 들어, 비트코인의 경우 새로운 블록이 생성되기까지 평균적으로 약 10분이 소요됩니다. 이 제한으로 인해 초당 처리할 수 있는 거래량(TPS)이 매우 적고, 이는 실시간 거래가 요구되는 다양한 애플리케이션과 서비스에 부적합합니다. 거래 처리 속도의 제한은 PoW 방식이 금융 거래 등 대규모 실시간 거래 환경에 적합하지 않은 이유 중 하나입니다.

지분증명(PoS)의 주요 과제

부유한 검증자에 의한 중앙화
지분증명(PoS) 방식에서는 검증자로 참여할 수 있는 기회가 스테이킹한 코인의 양에 비례하기 때문에, 많은 코인을 보유한 검증자일수록 블록 검증 기회를 더 많이 얻게 됩니다. 이로 인해 네트워크 내에서 권한이 일부 부유한 검증자에게 집중될 위험이 있으며, 이는 탈중앙화를 저해할 수 있습니다. 부유한 검증자들이 검증 작업의 상당 부분을 차지하게 되면 네트워크의 권력 구조가 왜곡될 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 카르다노와 같은 일부 PoS 네트워크는 소규모 보유자들이 스테이킹 풀을 통해 참여하고 보상을 공유할 수 있는 시스템을 도입하여 중앙화 위험을 줄이고 있습니다.
 
보안 취약점
PoS는 PoW와는 다른 형태의 보안 위협에 노출될 수 있습니다. 대표적인 예로 장기 분기 공격(Long-Range Attack)이 있습니다. 이는 과거의 블록으로 돌아가 새로운 체인을 생성해 네트워크를 공격하는 방식으로, 새로운 검증자들이 구 버전을 이용해 체인 분기를 시도할 수 있습니다. PoS 네트워크는 이러한 위협을 방지하기 위해 슬래싱(Slashing) 메커니즘을 도입하여 부정행위를 시도하는 검증자의 스테이킹 자산을 몰수하는 방식으로 대응합니다. 그러나 슬래싱 은 실수로 발생한 행위에도 적용될 수 있어 선의의 검증자에게도 영향을 미칠 가능성이 있습니다. 따라서 PoS에서는 보안 메커니즘과 관련된 어려움이 존재합니다.
 
스테이킹의 복잡성
PoS 방식에서는 검증자가 네트워크에 참여하기 위해 기술적인 지식이 요구되며, 검증자가 네트워크에 지속적으로 연결되어 있어야 합니다. 이 때문에 일반 사용자들이 검증자로 참여하는 데 있어 진입 장벽이 존재합니다. 스테이킹의 복잡성은 보유한 코인을 단순히 지갑에 두는 것과는 달리 네트워크에 연결하고, 검증 작업을 지속적으로 유지해야 하는 과정이 필요하기 때문에 사용자에게 부담이 될 수 있습니다. 이는 PoS 네트워크의 사용자 기반 확장에 장애가 될 수 있으며, 기술적 지원과 교육이 필요한 요소로 작용하고 있습니다. 

최신 동향과 전망

이더리움의 PoS 전환과 영향
2022년 이더리움 은 PoW에서 PoS로 전환하는 “머지(The Merge)” 업그레이드를 완료하였습니다. 이를 통해 에너지 소비를 99% 이상 감소시키고, 확장성과 효율성을 높였습니다. 이는 업계 전반에 큰 영향을 미쳤으며, 다른 프로젝트들도 PoS로의 전환을 고려하게 되었습니다.
 
하이브리드 모델의 등장
일부 프로젝트는 PoW와 PoS의 장점을 결합한 하이브리드 합의 알고리즘을 도입하고 있습니다. 예를 들어, 카데나(Kadena)는 보안을 위해 PoW를, 거버넌스를 위해 PoS를 사용하는 방식을 채택하였습니다.
 
환경 지속가능성에 대한 관심 증가
에너지 소비와 환경 영향에 대한 우려로 친환경적인 합의 알고리즘에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 이에 따라 PoS와 같은 에너지 효율적인 방식이 더욱 주목받고 있습니다.

어떤 합의 알고리즘이 더 나은가요?

결론적으로, 어떤 합의 알고리즘이 더 나은지는 블록체인의 목적과 우선순위에 따라 다릅니다. 보안성과 탈중앙화를 중시한다면 PoW가, 에너지 효율성과 확장성을 우선시한다면 PoS가 적합할 수 있습니다. 특히, 환경 지속 가능성과 효율성에 대한 요구가 높아짐에 따라 PoS는 점차 더 많은 네트워크에서 채택되고 있습니다.
블록체인의 미래는 PoW와 PoS가 각자의 장점을 살리며 공존하거나, 새로운 하이브리드 모델로 진화할 가능성이 큽니다. 두 알고리즘 모두 블록체인의 신뢰성과 확장성을 보장하는 중요한 역할을 하며, 기술의 발전과 함께 더욱 다양하고 효율적인 방식으로 활용될 것입니다. PoW와 PoS는 상호보완적 관계 속에서 블록체인 생태계의 지속 가능성을 이끌어갈 것입니다.