Section 1

블록(Block)

비트코인 블록은 비트코인 네트워크에서 트랜잭션을 저장하고 검증하는 데 사용되는 데이터 구조입니다. 블록은 서로 연결되어 블록체인을 형성하며, 이 체인은 모든 이전 트랜잭션의 순서대로 기록한 공개 원장입니다.

비트코인 블록에는 다음과 같은 주요 구성 요소가 포함됩니다.

• (블록 헤더) 블록 헤더는 블록의 메타데이터를 포함하며, 다음의 정보를 담고 있습니다.

• (버전) 블록의 버전 정보입니다.

• (이전 블록 해시) 직전 블록의 해시값으로 블록들이 서로 연결되어 체인을 형성하는 데 사용됩니다.

• (머클 루트) 블록에 포함된 모든 트랜잭션을 요약한 해시 트리의 루트입니다.

• (타임스탬프) 블록이 생성된 시간을 나타냅니다.

• (난이도 목표) 해당 블록의 작업 증명(PoW) 난이도를 나타냅니다.

• (논스, Nonce) 채굴자가 작업 증명 과정에서 사용하는 무작위 수입니다.

• (트랜잭션 목록) 블록에 포함된 모든 트랜잭션들의 목록입니다. 첫 번째 트랜잭션은 코인베이스 트랜잭션으로 채굴자에게 블록 보상을 지급하기 위한 특별한 트랜잭션입니다. 그 후에 일반 트랜잭션들이 위치합니다.

비트코인 블록은 채굴 과정을 통해 생성되며, 채굴자들은 작업 증명 알고리즘을 사용하여 블록을 생성할 권한을 얻습니다. 채굴자가 유효한 블록을 찾으면 해당 블록은 네트워크의 다른 노드들로 전파되고 검증된 후 블록체인에 추가됩니다. 이 과정을 통해 비트코인 네트워크는 트랜잭션을 안전하게 기록하고 공유합니다.

블록체인(Blockchain)

비트코인의 블록체인은 분산된 디지털 원장으로 비트코인 트랜잭션을 순서대로 저장하는 구조입니다. 각 블록은 일련의 트랜잭션 데이터와 함께 이전 블록의 해시 값을 포함하여 체인 형태로 연결됩니다. 이 체인 구조는 모든 이전 트랜잭션의 무결성과 변경 불가능성을 보장합니다.

비트코인 블록체인은 다음과 같은 특징을 가집니다.

• (분산화) 블록체인의 복사본은 전 세계의 다양한 컴퓨터 노드에 분산되어 저장됩니다. 이러한 분산화는 중앙 집중화된 시스템의 취약점을 극복하고, 보안 및 내구성을 높여줍니다.

• (보안) 블록체인의 각 블록은 이전 블록의 해시 값과 함께 저장되어 체인의 모든 이전 블록에 대한 변경이 매우 어렵게 됩니다. 이러한 구조는 데이터 조작이나 위변조를 방지합니다.

• (투명성) 블록체인의 모든 트랜잭션은 공개되어 있어 모든 사용자가 트랜잭션 내역을 검토할 수 있습니다. 이 투명성은 신뢰와 안정성을 높입니다.

• (무허가, Peer-to-Peer) 비트코인 블록체인은 중앙 집중화된 기관이 없이도 작동하며, 사용자 간 직접 거래를 가능하게 합니다. 이를 통해 제3자의 개입을 제거하고, 거래 비용 및 시간을 줄입니다.

비트코인 블록체인은 채굴 과정을 통해 새로운 블록이 생성되고, 트랜잭션을 검증하고 저장합니다. 작업 증명(PoW) 알고리즘을 사용하여 채굴자들은 블록 생성 권한을 얻고, 블록 보상을 획득합니다. 이 과정을 통해 비트코인의 무결성과 보안이 유지되며, 신뢰할 수 있는 트랜잭션 기록이 가능합니다.

스테일 블록

"스테일 블록(Stale Block)"은 비트코인 네트워크에서 블록이 거의 동시에 두 번 발견되었을 때 발생하는 현상을 가리킵니다. 이 경우, 두 블록 중 하나는 주 블록체인에 포함되지 않으며 "스테일 블록"이 됩니다.

이런 상황이 발생하는 이유는 비트코인 네트워크가 분산 네트워크이기 때문입니다. 즉, 전 세계의 수많은 노드들이 각각 독립적으로 블록을 채굴하고 있습니다. 따라서 어떤 노드가 블록을 발견하면 그 정보를 네트워크 전체에 전파해야 합니다. 그러나 이 정보가 모든 노드에 도달하는 데는 시간이 걸리며, 그 사이에 다른 노드가 동일한 블록 높이에 대한 또 다른 블록을 채굴할 수 있습니다.

이렇게 동시에 발견된 두 블록 중 하나가 다음 블록에 의해 확장되면, 그 체인이 "가장 긴" 체인이 되고 유효한 체인으로 간주됩니다. 나머지 체인의 블록은 "스테일" 상태가 되며, 더 이상 유효한 체인의 일부로 간주되지 않습니다. 이 때문에 스테일 블록에 포함된 거래는 블록체인에서 제거되지만, 그 후 다른 블록에 다시 포함될 수 있습니다.

스테일 블록은 네트워크 지연과 관련이 있으며, 이는 블록체인의 중요한 보안 요소 중 하나인 "6 확인(6 confirmations)" 정책과 관련이 있습니다. 즉, 거래가 완전히 안전하다고 간주되려면 해당 거래를 포함하는 블록 위에 적어도 6개의 추가 블록이 있어야 한다는 것입니다. 이 정책은 스테일 블록으로 인한 잠재적인 문제를 방지하기 위한 것입니다.

고아 블록

"고아 블록(Orphan Block)"은 비트코인 네트워크에서 부모 블록을 알 수 없는 블록을 의미합니다. 즉, 그 이전 블록(부모 블록)의 해시를 알지 못하는 블록입니다.

고아 블록은 일반적으로 네트워크 지연 또는 다른 문제로 인해 블록이 그것의 부모 블록보다 먼저 도착했을 때 발생합니다. 이런 블록은 그 부모 블록이 발견되기 전까지 네트워크에 의해 임시로 보관됩니다. 부모 블록이 발견되면 고아 블록은 일반 블록체인에 통합될 수 있습니다.

그러나 "고아 블록"이라는 용어는 때때로 오해를 일으킬 수 있습니다. 몇몇 사람들은 이 용어를 스테일 블록과 동일한 의미로 사용하기도 하는데, 이는 정확하지 않습니다. 고아 블록은 부모를 찾지 못하는 블록을, 스테일 블록은 경쟁에서 패배하여 블록체인의 일부가 되지 못하는 블록을 가리킵니다.

스테일 블록과 고아 블록 비교표

구분	스테일 블록	고아 블록
정의	블록체인에서 거의 동시에 두 개의 블록이 발견되었을 때, 더 긴 체인에 포함되지 않는 블록	그 부모 블록을 알 수 없는 블록
원인	비트코인 네트워크의 지연 때문에, 두 개의 블록이 거의 동시에 발견되었을 때 발생	네트워크 지연 또는 다른 문제로 인해 블록이 그 부모 블록보다 먼저 도착했을 때 발생
결과	스테일 블록은 블록체인의 일부가 되지 못하며, 이에 포함된 트랜잭션들은 보통 다른 블록에 다시 포함됨	부모 블록이 발견되면 고아 블록은 일반 블록체인에 통합될 수 있음
네트워크 영향	블록체인의 일관성을 유지하는데 중요한 역할을 함	부모 블록이 발견될 때까지 임시로 보관되는 과정이 필요함

최장 체인 규칙

최장 체인 규칙(Longest Chain Rule)은 블록체인 네트워크에서 발생하는 분기(Fork) 상황에서 어떤 체인을 유효한 메인 체인으로 인식할 것인지 결정하는 규칙입니다. 이 규칙은 블록체인 네트워크의 노드들이 항상 가장 긴 체인을 메인 체인으로 인식하고, 더 짧은 체인에 있는 블록들을 고아 블록(Orphan block)으로 간주하도록 합니다.

최장 체인 규칙의 동작 방식은 다음과 같습니다.

• 블록체인 네트워크에서 두 개 이상의 블록이 거의 동시에 채굴될 때 분기가 발생할 수 있습니다. 이 경우 노드들은 일시적으로 서로 다른 버전의 체인을 가지게 됩니다.

• 분기 상황에서 채굴자들은 계속해서 새로운 블록을 채굴하고, 어느 한쪽 체인이 더 길어지게 됩니다.

• 노드들은 최장 체인 규칙에 따라 가장 긴 체인을 메인 체인으로 인식하고, 짧은 체인에 있던 블록들은 고아 블록으로 간주합니다. 이 과정에서 고아 블록에 포함된 트랜잭션들은 다시 거래 풀로 돌아갑니다.

최장 체인 규칙은 블록체인 네트워크의 합의를 달성하는 데 도움이 되며, 이를 통해 블록체인의 일관성과 안정성이 유지됩니다.

비대칭 키 암호화

비대칭 키 암호화(Asymmetric key cryptography)는 암호화와 복호화에 서로 다른 두 개의 키를 사용하는 암호화 방식입니다. 이 두 키는 공개 키(Public key)와 개인 키(Private key)라고 불리며, 수학적으로 연관되어 있지만 개인 키를 가지고 공개키를 계산하는 것은 매우 어렵습니다. 비대칭 키 암호화는 다음과 같은 기능을 제공합니다.

• (암호화) 메시지를 전송하는 측은 수신자의 공개 키를 사용하여 메시지를 암호화합니다. 암호화된 메시지는 오직 수신자의 개인 키를 가진 사람만이 복호화할 수 있습니다.

• (디지털 서명) 전송자는 자신의 개인 키를 사용하여 메시지에 대한 디지털 서명을 생성합니다. 수신자는 전송자의 공개 키를 사용하여 서명을 검증할 수 있으며, 서명의 유효성을 확인함으로써 메시지의 무결성과 전송자의 신원을 검증할 수 있습니다.

비대칭 키 암호화의 특징은 다음과 같습니다.

• 키 교환의 필요성이 없습니다. 공개키는 안전하게 공유될 수 있으며, 개인 키는 소유자만이 알고 있어야 합니다. 이를 통해 안전한 통신이 가능합니다.

• 개인 키와 공개 키 사이의 수학적 관계를 찾아내기 어렵기 때문에 비대칭 키 암호화는 강력한 보안성을 제공합니다.

• 계산 비용이 높습니다. 비대칭 키 암호화는 대칭 키 암호화에 비해 복잡한 알고리즘을 사용하므로 처리 속도가 느립니다.

비트코인과 같은 블록체인 기술에서 비대칭 키 암호화는 사용자의 신원을 보호하고 거래의 무결성을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다. 예를 들어, 비트코인에서는 타원곡선 디지털 서명 알고리즘(ECDSA)이라는 비대칭 키 암호화 기술이 사용됩니다.