세그윗
세그윗이란?
들어가며
2008년 비트코인이 등장한 이래로, 블록체인을 실생활에 도입하기 위해 전 세계에서 다양한 시도를 하고 있다.
비트코인에서도 네트워크 사용량 급증에 대응하기 위해 TPS(초당 트랜잭션 처리 수)를 늘리는 등, 확장성을 개선하기 위한 여러 시도를 했다.
속도와 확장성 개선을 위한 여러 시도 중, 가장 대표적인 기술이 바로 세그윗(SegWit)이다.
지금부터 세그윗의 도입 배경과 특징을 확인한다.
배경
비트코인은 매우 느리고 제한된 서비스이다.
비트코인에서는 블록을 생성할 때 약 10분 정도 소요되도록 설계되었다. 다시 말해, 비트코인에서 거래를 기록하기 위해서는 최소 10분 이상 소요되는 것이다.
트랜잭션이 바로 블록에 올라가지 않는다면 20, 30분이 걸릴 수도 있다.
또한 트랜잭션이 블록에 올라가도, 체인 재구성으로 인해 블록 자체가 취소되는 경우도 있다.
일반적으로 체인 재구성이 일어나도 블록이 취소되지 않는 시점은 블록 생성 이후, 뒤이어 6개의 블록이 추가된 때로 보고 있다. 즉, 블록이 올라가고 60분을 더 기다려야 블록이 취소되지 않는 것이다.
- 트랜잭션(거래 기록)
- 약 10분 단위로 저장(블록 생성)
- 승인
- 안전한 거래를 위해서는 최소 6번의 승인 필요
결론적으로 트랜잭션을 안전하게 처리하기 위해서는 약 1시간 이상이 소요된다는 문제점이 있다.
또한 블록 용량 문제도 있다.
비트코인의 블록 크기는 약 1MB이다.
비트코인의 블록 크기는 1MB이기 때문에 한 블록에 담을 수 있는 트랜잭션의 개수도 그만큼 제한이 된다.
비트코인이 대중적으로 알려지지 않았을 때는 이 1MB의 블록 크기가 큰 문제가 되지 않았으나, 시간이 점차 흐르면서 비트코인 네트워크의 사용량이 급증하자 문제가 생겼다.
비트코인 네트워크의 사용량은 늘어났지만, 한 번에 처리할 수 있는 데이터는 제한되어 있다 보니 트랜잭션 하나를 처리하기 위해 오랜 시간을 기다려야 하는 문제가 발생했다.
위와 같은 문제로 인해 비트코인은 화폐 시스템으로 부적합하다는 평가를 받기도 한다.
트랜잭션 처리 속도와 확장성 문제로 인해 결제 및 송금 서비스와 같은 실생활에 적용하기엔 부적합하기 때문이다.
블록체인을 지역과 국가를 벗어난 탈중앙화 금융 시스템으로 사용하기 위해서는 강력한 탈중앙화, 보안, 초당 3,000건 이상의 트랜잭션을 처리할 수 있는 속도, 확장성이 필요하다.
속도와 확장성은 어떤 차이가 있나요?
속도 확장성 합의에 도달하여 거래 기록이 장부에 기록되는 데 걸리는 시간 갑자기 많은 트래픽이 발생했을 경우 중단이나 지연 없이 서비스 연속성이 보장되는 성질
블록체인의 속도와 확장성을 개선하기 위한 방법은 크게 4가지로 구분된다.
- 블록의 용량 증대
- 가용 용량 늘리기
- 블록체인 기술 도입
- 샤딩 등
- 블록체인 외부와 연계
- 레이어2 솔루션
- 합의 알고리즘 재설계
여기서 세그윗(SegWit)은 1. 블록체인 용량 증대를 통한 개선 방법 중 하나이다.
세그윗
세그윗(SegWit)이란 Segregated Witness의 약자로서, 비트코인의 블록에서 디지털 서명 부분을 분리함으로써 블록 당 저장 용량을 늘리는 소프트웨어 업그레이드를 말한다.
즉, 고정된 블록의 가용 공간을 늘려서 속도를 개선하는 것이다.
기존의 문제점
기존 비트코인의 블록 구조는 다음과 같다.
| 데이터 종류 | 비율 |
|---|---|
| 디지털 서명 데이터 | 75% |
| 그 외 데이터 | 25% |
거래하기 위해서는 거래하는 당사자의 서명이 필요하다.
서명은 신원을 증명하는 것인데, 디지털 서명은 이를 컴퓨터 상에서 숫자 등으로 암호화하여 만든다.
쉽게 생각하면 마트에서 카드 결제를 할 때 서명하는 것을 생각하면 된다.
디지털 서명이란, 송신자의 개인키로 암호화한 메시지를, 수신자가 송신자의 공개키로 해독하여 송신자의 신원이 일치하는지 확인하고 증명한다.
비트코인 블록은 디지털 서명을 저장하는 공간, 그 외 데이터(트랜잭션 등)로 구성된다.
서명란에 실제 서명 데이터가 차지하는 크기는 크지 않지만, 서명란 자체가 차지하는 부피가 크다.
세그윗은 서명 부분을 따로 Witness라는 데이터 영역으로 분리해 더 많은 거래를 처리할 수 있도록 업데이트한다.
단순히 블록의 크기를 늘리는 것도 방법이 될 수 있지만 블록의 크기가 더 커지면 더 많은 해시파워를 요구하고, 소수의 해시파워를 가진 채굴 노드들로 인해 탈중앙화에서 점차 멀어질 수 있기 때문이다.
전체 블록의 크기가 1MB인데, 그 중 디지털 서명 데이터가 75%를 차지하였기 때문에, 당시 비트코인은 초당 처리할 수 있는 트랜잭션이 단 7TPS 정도로 확자성이 매우 제한적이었다.
(정리) 비트코인 블록의 크기는 1MB로 작은 편이었으며, 블록 용량의 75%를 디지털 서명 데이터가 차지하고 있었다. 이에 따라 당시 비트코인이 초당 처리할 수 있는 트랜잭션은 단 7TPS 정도로 확장성이 매우 제한적이었다.
확장성 개선 - 세그윗 업그레이드
비트코인 관련 커뮤니티에서는 디지털 서명 데이터를 별도의 공간에 저장하고, 대신 블록에 더 많은 트랜잭션을 담자는 세그윗(SegWit)이라는 제안이 나왔다. 세그윗을 통해 디지털 서명 데이터 만큼의 블록 저장 용량을 늘릴 수 있기 때문이다.
그렇다면 디지털 서명 데이터는 어디에 저장될까?
각 트랜잭션에 있는 디지털 서명 데이터는 머클 루트(merkle root) 형태로 저장되며, 머클 루트 형태로 저장된 디지털 서명 데이터를 witness merkle root라고 한다.
이 witness merkle root는 블록의 코인베이스 트랜잭션 안에 들어간다.
코인베이스 트랜잭션 블록을 생성한 채굴자에게 보상을 주기 위해 비트코인에서 코인을 생성해 제공하는 트랜잭션. 보통 블록의 가장 첫 번째 트랜잭션으로 들어간다.
이때 우지한을 비롯한 채굴 세력들을 주축으로 비트코인 시스템에서 블록의 크기 자체를 늘리자는 하드포크 방식도 제안 되었지만, 비트코인 커뮤니티는 보다 안정적인 개선이 가능한 세그윗, 즉 소프트포크 방식을 택하게 되었다.
비트코인은 2017년 8월 1일 업그레이드를 진행했다.
세그윗(SegWit)을 처음으로 활성화한 암호화폐는 무엇일까? 기존의 비트코인에서 세그윗(SegWit)을 처음으로 활성화한 암호화폐는 그로스톨코인(Groestlcoin)이다. 한 개 블록에 더 많은 거래 정보를 담게 함으로써 더 많은 트랜잭션을 처리할 수 있게 했다.
그로스톨코인은 개인정보 보호를 지향, 수수료가 거의 없음, 안전한 코인을 목표로 한다.
우지한을 비롯한 채굴 세력들은 왜 세그윗에 반대했을까? 세그윗을 진행할 경우 중국의 채굴업자들이 사용하던 에이식부스트(AsicBoost) 방식의 비트코인 채굴이 불가능해지게 된다. 이에 앤트풀(Antpool), 비아비티씨(viaBTC) 등 중국의 채굴업체들을 중심으로 기존 에이식(ASIC) 채굴기를 상요한 비트코인 채굴을 지속하기 위해 기존 비트코인을 하드포크시켜 블록 용량을 8MB로 늘린 비트코인캐시(BCH, Bitcoin Cash)라는 새로운 암호화폐를 생성했다.
세그윗의 특징
세그윗의 특징은 다음과 같다.
- 거래 속도와 확장성 문제를 해결
- 거래 가변성 문제를 해결
- 버전 호환
거래 속도의 확장성(Scalability)
위 그림과 같이, 비트코인은 1초에 7개의 거래밖에 처리하지 못한다.
이는 visa나 master card와 같은 금융기관이 처리하는 양에 비해 현저히 적은 수치이다.
이를 거래 속도의 확장성 문제라고 한다.
세그윗은 비트코인의 고질적인 확장성 문제를 개선하기 위해 도입되었다.
거래 가변성 문제(Transaction Malleability)
모든 비트코인은 거래는 해당 거래를 식별할 수 있는 거래의 ID(Transaction ID: TXID)를 포함한다.
TXID가 ID라면 TXID를 따라다니는 디지털 서명은 비밀번호라고 할 수 있다.
거래 가변성은 실질적인 거래 내용에는 변화가 없지만, 거래 ID(TXID)만 변경하여 새로운 거래를 만들어 낼 수 있는 일종의 버그이다.
예를 들어 설명해 보겠다.
- 유저1은 유저2에게 1BTC를 송금한다. 이것을 거래 A라고 하자.
- 1BTC 송금을 확인한 유저2는 해당 거래의 txid만 바꿔서 거래 B를 만들어낸다.
- 유저2가 만들어 낸 거래가 네트워크에 전파되고 검증된다.
- 유저2는 유저1에게 거래 A의 txid를 확인할 수 없다며 따진다.(이미 거래 B를 통해 1BTC는 지급된 상태)
- 유저1은 유저2에게 다시 1BTC를 송금한다.
즉, 위와 같이 두 개 이상의 거래 ID로 서로 다른 거래처럼 보이지만 실제 거래 내역은 동일한 거래를 가질 수 있는 것이 가변성의 문제이다.
이러한 문제를 막기 위해 서명을 거래와 따로 분리하자는 의견이 제시되었고 이것이 바로 세그윗이다.
세그윗이 TXID를 따로 보관하고 관리함으로써 여러 개의 ID를 가지고 장난을 치거나 동일한 거래 내역 여러 개를 만드는 것을 방지할 수 있다.
버전 호환
세그윗은 하드포크가 아닌 소프트포크이다.
비트코인 소프트웨어의 업그레이드를 하지 않아도 세그윗 이전과 세그윗 적용 버전을 모든 노드에서 사용할 수 있다.
0.13.1 버전 이전의 비트코인 코어(비트코인 소프트웨어)는 크기가 1MB 이상인 블록을 읽을 수 없지만 디지털 서명 부분만 빠져 있기 때문에 호환이 가능하다.
단, 서명 부분이 빠져있기 때문에 구버전의 노드는 이를 검증하지 않고 그냥 받아들이지만, 세그윗이 적용된 버전의 노드들은 디지털 서명을 사용해 신원을 증명한다.
정리
| 블록 용량 증가 | 트랜잭션 속도 증가 | 트랜잭션 가변성 해결 |
|---|---|---|
| 디지털 서명 데이터 분리 | 더 많이 저장할 수 있는 블록을 통해 트랜잭션 속도를 증가 | 서명이 더 이상 트랜잭션 데이터의 일부가 아니기 때문에 해당 데이터를 변경 불가 |
| 실질 블록 크기는 1MB에서 4MB까지 증가 | 하나의 트랜잭션에 30달러 이상에서 1달러 미만으로 절감 | 서명 조작 불가 |
세그윗 vs 세그윗2x
세그윗은 소프트 포크 업그레이드이며, 이는 이전 버전과 호환이 가능함을 의미한다. 즉, 세그윗을 포함하도록 업데이트되지 않은 비트코인 노드도 여전히 트랜잭션을 처리할 수 있다. 그러나 하드포크가 필요한 세그윗2x(S2X)라는 또 다른 세그윗이 제안되었다.
세그윗과 세그윗2x의 주된 차이점은 세그윗2x는 단지 트랜잭션을 일괄 처리하는 방식을 변화시킬 뿐만 아니라, 블록 크기를 증가(1MB에서 2MB로)시킨다는 것이다. 그러나 블록 크기가 커지면 더 많은 데이터를 처리해야 하므로 노드 운영자와 마이너의 부담이 증가할 수 있다. 또 한 가지 주목할 만한 차이점은 세그윗 제안은 비트코인 커뮤니티의 지지를 얻고 시행되었다는 것이다. 해당 에피소드는 UASF(User-Activated Soft Fork)의 개념을 만들어 냈는데, 이는 사용자 활성 소프트 포크를 뜻한다.
반면, 세그윗2x는 비트코인 거버넌스의 기본 규칙 중 하나에 실질적인 변화를 제안했다. 그러나 개발자들이 채택과 이행에 대한 합의를 달성하지 못했기 때문에, 세그윗2x 움직임은 결국 중단되었다.
