가상자산 채굴이란?

‘채굴’은 귀금속과 관련하여 사용되던 용어지만 지금은 새로운 의미가 추가되었습니다. 이 글에서는 가상자산 채굴과 그 원리에 대해 알아봅니다.

핵심 내용

• 가상자산 세계에서 채굴이란 컴퓨터 장비를 사용하여 블록체인에서 거래를 검증하고 그 보상으로 가상자산을 획득하는 과정을 말합니다.

• 채굴은 컴퓨터의 CPU(중앙 처리 장치), 그래픽 카드 혹은 GPU(그래픽 처리 장치), ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)라는 특수 장비를 사용하여 이루어집니다.

• 특정 알고리즘을 사용하여 거래를 검증하기 위해 가상자산 채굴에는 복잡한 산술 및 암호 해독 작업이 수반됩니다. 많은 경우에 채굴자는 채굴 풀을 통해 협력합니다.

• 채굴의 수익성에 영향을 미치는 요인에는 알고리즘, 난이도, 해시레이트, 보상률 등이 있습니다.

가상자산 블록체인의 작동 방식

가상자산 채굴을 이해하려면 먼저 블록체인을 이해해야 합니다. 가상자산 블록체인은 체인으로 연결된 블록(‘블록체인’이라는 이름이 여기서 파생)의 탈중앙화된 공개 원장을 유지관리하는 방식으로 작동합니다. 이러한 블록에는 검증 및 심사를 거쳐 블록체인에 추가된 거래가 포함되어 있는데, 이 거래는 변조, 사기 또는 무단 거래를 방지하기 위해 암호로 서명됩니다. 추가된 각 거래는 전체 블록체인의 무결성을 보장하기 위한 여러 가지 방법으로 검증되어야 합니다.

이를 보장하는 시스템을 컨센서스 메커니즘이라고 부릅니다. 다양한 컨센서스 메커니즘의 세 가지 예가 작업증명(PoW), 지분증명(PoS), 권한증명(PoA)입니다. 채굴자는 작업증명 네트워크에서 채굴을 실시합니다.

가상자산 채굴이란?

여기까지는 비교적 쉽게 이해될 수 있지만 어려운 부분은 이제부터입니다. 채굴자의 목표는 특정 해시 알고리즘을 사용하여 타겟 해시를 발견함으로써 블록체인의 다음 블록을 찾는 것입니다.

각 가상자산의 작업증명 네트워크는 특정 해싱 알고리즘을 사용합니다. 이를 간소화하기 위해 해싱 함수, 즉 불가역적인 암호화 방법이 사용됩니다. 해시 브라운을 만든다고 해 보죠. 만들기는 쉽지만 해시 브라운을 다시 감자로 되돌리는 것은 불가능합니다. 마찬가지로 해싱된 암호문은 다시 일반 텍스트로 되돌릴 수 없지만 동일한 암호문을 생성하기 위해 가능한 모든 일반 텍스트를 일련의 순서로 나열해 볼 수는 있습니다.

가상자산 채굴자는 해시를 ‘깨고’ 다음 블록을 채굴하기 위해 채굴 장비를 사용하여 이 수고스러운 수학 방정식을 풉니다. 이 과정에서 보통 블록 리워드가 주어지는데, 간혹 네트워크의 네이티브 코인 형태로 리워드가 제공되기도 합니다(예를 들어 Bitcoin 채굴자는 Bitcoin 블록 리워드, 즉 BTC 토큰을 제공받습니다).

해시, 해시레이트, 알고리즘에 관한 모든 것

해시를 깨는 과정은 타겟 해시보다 작거나 같은 64자리 16진수(해시)를 찾는 과정으로 이루어집니다. 이 해시 퍼즐을 푸는 방법을 찾아낸 첫 채굴자가 해당 블록에 포함된 블록 리워드를 획득하게 됩니다. 그러나 총 해싱 파워가 증가할수록 개별 채굴자가 해시를 찾을 가능성은 줄어듭니다. 네트워크에 참여하는 채굴자가 늘어나거나 채굴 장비가 발전할수록 해싱 파워는 커집니다.

채굴자에게는 블록 리워드 외에도 네트워크 변경 및 채굴하는 블록체인의 개선과 관련하여 투표권이 주어집니다. 이는 채굴자가 해당 블록체인과 그 향후 발전에 일정 수준 영향을 미친다는 뜻입니다. 투표권은 채굴자의 해시 파워에 비례합니다. 말하자면 채굴자의 해시 파워가 클수록 투표권에 더 많은 가중치가 부여됩니다.

채굴자 중 한 명이 블록을 채굴한 후 네트워크에서 합의가 이루어지면 블록체인에 추가되며, 해당 블록에는 Mempool(대기 중인 거래가 기록되는 분산형 기록부)에서 현재 대기 중인 거래가 포함됩니다. 이후 블록에 대해서도 같은 과정이 계속됩니다.

채굴자는 작업증명 네트워크의 중추와도 같은 존재로, 네트워크가 안전하게 운영되도록 유지하면서 집단적으로 거래 원장(블록체인)을 관리하고 모든 추가 거래를 검증하는 역할을 합니다. ‘작업증명’을 의미하는 PoW는 채굴자가 수학 문제를 푸는 데 필요한 암호 해독 함수를 실행해 ‘작업’한 보상으로 리워드를 획득했다는 증거입니다.

가상자산 채굴 난이도

각 네트워크에서 활동하는 채굴자의 수와 처리 능력이 증가할수록 네트워크 채굴 난이도도 상승합니다. 특정 기간에 발생하는 Bitcoin 반감기 등의 경우에는 블록 리워드가 시간이 지나면서 감소할 수 있습니다.

이는 채굴력과 보상의 공급과 수요를 적정 수준으로 맞추고 네트워크의 생존 가능성을 유지하는 데 중요합니다. 채굴에 대한 보상이 주어지지 않으면 네트워크에서 활동하는 채굴자 수가 감소할 것이고 이는 네트워크의 생존을 위협할 수 있습니다. 반대로 채굴자가 너무 많으면 늘어난 공급을 조정하기 위해 난이도가 높아지는 식입니다.

세 가지 유형의 가상자산 채굴

수년에 걸쳐 블록체인이 진화를 거듭함에 따라 채굴 장비도 함께 발전했습니다. 채굴에 활용할 수 있는 장비는 다음과 같습니다.

• CPU(중앙 처리 장치)

• GPU(그래픽 처리 장치)

• ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)

CPU 채굴

CPU(중앙 처리 장치) 채굴은 주로 일반 컴퓨터와 컴퓨터의 CPU를 활용하여 블록체인을 채굴하는 채굴 소프트웨어를 사용합니다. 일반적으로 네트워크 난이도가 높을수록 CPU 성능이 뛰어나야 하고 이 때문에 고사양의 컴퓨터가 필요하므로 그 과정에서 에너지 소비가 늘어나게 됩니다.

Bitcoin은 처음에 CPU 채굴로 시작되었습니다. 그러나 채굴 난이도가 상승하고 다양한 난이도의 여러 가지 해싱 알고리즘을 사용하는 블록체인이 늘어나면서 더 높은 처리 성능이 필요하게 되었습니다.

GPU 채굴

GPU(그래픽 처리 장치)는 대부분의 컴퓨터에 장착되어 있는 전용 그래픽 카드로, 동영상, 게임, 3D 모델의 그래픽을 렌더링하는 데 사용됩니다. 복잡한 그래픽을 렌더링하는 과정에는 대부분의 일반 컴퓨터 애플리케이션보다 훨씬 더 많은 수학 연산이 수반됩니다.

이에 따라 블록체인 개발자는 CPU에 비해 시간 및 에너지 효율이 높으면서 복잡한 수학 연산을 병렬로 더 많이 처리할 수 있는 GPU의 성능에 더 관심을 가지게 되었습니다.

GPU 채굴이 주류가 되면서, GPU 채굴을 완전히 차단하기 위해 GPU 저항 알고리즘을 채택한 특별한 경우를 제외하고는 대부분의 블록체인에서 CPU 채굴은 자취를 감추었습니다.

GPU 채굴은 수년간 블록체인에서 널리 행해졌지만 이것이 채굴 성능 높이기 경쟁의 끝은 아니었습니다.

ASIC 채굴

많은 채굴자가 특정 목적을 위해 맞춤 설계된 집적 회로(즉, 칩)인 ASIC(Application-Specific Integrated Circuit)로 눈을 돌렸습니다. 말하자면 ASIC는 처음부터 특정 작업을 처리할 목적으로 설계된 하드웨어인 반면 CPU와 GPU는 다양한 목적으로 활용할 수 있는 다목적 칩인 셈입니다.

ASIC는 특정 기능(예: 특정 해싱 알고리즘을 사용하여 특정 코인을 채굴하는 기능)을 염두에 두고 설계할 수 있기 때문에 CPU와 GPU에 비해 처리 성능(해시레이트)과 에너지 효율이 모두 뛰어납니다.

특정 블록체인을 위해 별도로 ASIC를 개발한 회사도 있습니다. 예상할 수 있듯이 ASIC가 특정 블록체인을 채굴하는 데 효과가 좋은 것으로 판명되면 CPU 및 GPU 채굴은 경제성이 떨어져 결국 사양길로 접어들 것입니다. 그러나 일부 네트워크는 기업형 ASIC 채굴자 팜이 네트워크를 장악하는 상황을 방지하고 표준 CPU/GPU 장비를 이용한 채굴만 가능한 환경을 유지하기 위해 ASIC를 거부하는 방향으로 네트워크를 변경하기도 했습니다.

그러나 ASIC의 주된 단점은 특정 목적의 하드웨어로 설계되다 보니 유연성이 떨어진다는 것입니다. ASIC의 경우 네트워크의 알고리즘이나 구조가 조금만 변경되어도 쓸모가 없어질 수 있는데 반해, CPU 및 GPU 채굴은 소프트웨어 업데이트를 통해 이러한 변경에도 적응할 수 있습니다.

또한 ASIC가 발전하면서 차세대 ASIC가 이전 세대와 같은 양의 에너지를 소비하면서도 더 높은 해시레이트를 제공할 경우 이전 ASIC가 빠르게 구식이 될 수 있습니다.

채굴 풀과 팜의 작동 방식

설명한 바와 같이 채굴은 값비싼 장비와 높은 에너지 소비, 뛰어난 기술적 감각을 요구하는 자원 집약적인 작업입니다.

블록체인이 진화하면서 채굴 난이도는 한층 높아졌습니다. 시간이 지날수록 네트워크에 참여하는 채굴자도 늘어 채굴자 혼자서 블록을 찾을 확률은 통계상 불가능에 가까워졌습니다.

이에 따라 여러 채굴자가 풀을 형성하여 필요한 작업을 분담하고 풀 참여자 중 누구든 블록을 발견하면 리워드를 나누는 채굴 풀이라는 개념이 등장했습니다.

넓은 지역에서 보물을 찾아 나선 탐사단이라고 생각하면 됩니다. 탐사단장은 전체 지역을 여러 구역으로 나누어 각 단원에게 보물을 탐사할 구역들을 배정합니다. 마침내 단원이 보물을 발견하면 보물은 탐사단의 소유가 되어 단원들에게 분배됩니다.

물론 다른 탐사단도 얼마든지 보물 찾기에 나설 수 있기 때문에 이 탐사단이 보물을 먼저 찾으리라는 보장은 없습니다. 통계적으로 따지자면, 10,000명의 탐사단원이 제각각 보물을 찾아 나설 경우 각 단원이 보물을 찾을 확률은 10,000분의 1이지만 100명의 단원으로 구성된 100개의 탐사단이 보물을 찾아 나설 경우 확률은 100분의 1이 되어 각 단원이 보물을 받을 확률도 100분의 1이 됩니다.

일부 기업은 여기서 한 걸음 더 나아가 동일한 위치에서 수백 혹은 수천 개의 채굴 장비를 동시에 가동하는 기업형 채굴 팜을 형성하기에 이르렀습니다. 그러나 이런 방식은 대규모 채굴 팜이 있는 특정 국가의 해시레이트를 비정상적으로 높일 수 있어 블록체인 중앙 집중화에 대한 우려를 낳고 있습니다.

가상자산 채굴의 가치

채굴자가 되려는 사람이라면 이런 의문이 들게 마련입니다. 과연 가치가 있는 일인가? 채굴의 경제성을 따지기 위해서는 무엇보다 다음 요소를 고려해야 합니다.

투자 수익(ROI)

필요한 채굴 장비 비용과 같은 초기 자본 지출을 회수하는 데 얼마나 걸릴지(특히 장비를 다른 용도로 활용하는 것이 불가능한 경우) 고려해야 합니다. GPU는 용도를 변경하여 게임, 3D 디자인 및 기타 여러 애플리케이션에 사용할 수 있지만 ASIC는 그만큼 유연하지 않습니다.

또한 초기 투자금 또는 선지급 비용을 회수하기 전에 장비가 구식이 될 위험도 따져보아야 합니다.

전기료

에너지 가격은 위치와 태양 전지판 등의 무료 자원 접근성에 따라 크게 다릅니다. 에너지 단위당 해시레이트 단위(예: 와트/시간당 테라해시)로 측정되는 채굴 장비의 에너지 효율 역시 천차만별입니다. 일부 상업적 채굴 작업은 초과 생산된 에너지를 이용할 수 있는 발전소 등의 에너지원 가까이에서 진행되기도 합니다.

채굴 난이도

채굴하려는 블록체인의 난이도가 다양하고 자동으로 조정되는지, 얼마나 자주 조정되는지, 해시레이트에 여유가 있을 때마다 시시각각 조정되는지 아니면 특정 날짜에 조정되는지(예: 향후 특정 날짜에 난이도가 두 배로 상승할 것으로 예상되는지) 고려해야 합니다.

보상률

보상 비율은 어떠한지, 해시레이트당 (그리고 이후에 소비된 에너지 단위당) 어느 정도의 보상이 기대되는지, 곧 보상률이 떨어질 것으로 예상되는지 생각해 보아야 합니다.

유연성/다양성

여러 블록체인을 채굴하는 데 동일한 설정을 사용할 수 있는지도 고려해야 하는데, 이는 블록체인이 동일한 해싱 알고리즘을 공유하는 경우에만 가능합니다. 또 블록체인이 PoW에서 다른 대안으로 이전할 것인지 여부(예: PoS로 이전하기 위한 Ethereum의 ‘The Merge’)도 중요한데, 이는 해당 블록체인의 채굴이 종료됨을 의미할 수 있기 때문입니다.

기타 요인

채굴 자본(장비)과 운영 비용(에너지 요금)은 일반적으로 법정화폐로 지급되는 반면, 보상은 대개 가상자산 시장 상황 및 변동에 영향을 받는 가상자산으로 지급됩니다.

결론 – 지금 Bitcoin 채굴을 시작해야 하는가?

가상자산 채굴자는 거래를 검증하고 네트워크를 보호하는 등 작업증명(PoW) 블록체인을 운영하는 데 없어서는 안 될 중요한 역할을 합니다. 채굴은 장비, 난이도, 보상, 채굴 풀 이용을 포함한 기술 측면에서 수년에 걸쳐 발전해 왔습니다. 작업증명 네트워크(예: Bitcoin)에서 거래가 제출될 때마다 보이지 않는 곳의 채굴자가 열심히 장비를 가동하여 관련 거래를 검증하고 다음 블록에 포함시킵니다.

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