작업증명 방식의 문제점 또 그에 대안

블록체인은 데이터의 위조나 변조 방지 기능과 탈중앙화 분산저장이라는 장점이 있음에도 여러가지 문제점과 한계를 가지고 있습니다. 

블록체인은 중앙이 없는 형태로 다수의 사용자들이 공동으로 의사결정을 내리고 있습니다.  거버넌스라고 표현하는데 이는 다수의 참여자들이 공동목표를 위하여 서로 논의하고 결정하는 체계를 뜻합니다.  기존의 구조에서는 중앙부에 해당하는 서버에서 의사결정을 내리면, 클라이언트에 해당하는 사용자들은 서버에서 결정된 사항을 수동적으로 받아들였습니다. 
그러나 블록체인은 탈중화된 P2P 방식으로 의사결정을 내릴 수 있는 중앙부가 없기 때문에 네트워크에 참여하는 모든 사용자들이 합의를 도출하기 위한 거버넌스와 이를 자동 구현하기 위한 합의 알고리즘이 필요합니다. 
블록체인에서 처음으로 도입한 합의 알고리즘은 작업증명 방식입니다. 
작업증명이란 목표값 이하의 해시를 찾는 과정을 무수히 반복하여 해당 작업에 참여했음을 증명하는 방식입니다.  이러한 증명 방식이 광산에서 금을 캐기 위해 수많은 암석들을 곡괭이로 찍는 것 과 비슷하다고 하여, 채굴 이라고 표현합니다. 
이더리움, 비트코인, 비트코인골드, 모네로, 에이치닥, 시아코인 등 여러 암호화폐들은 작업증명 방식의 채굴을 필요로 합니다. 
채굴을 통하여 가장 먼저 목표 값 이하의 해시를 찾은 사용자는 해당 블록을 구성하고 체인에 연결하게되며 그 대가로 발행된 코인을 지급 받게 됩니다.

이 채굴 방식은 막대한 서버의 자원과 전기 낭비를 유발합니다. 
채굴 경젱에서 승리한 사용자는 1명뿐이지만, 경쟁에 참여한 수많은 사람들은 아무런 소득도 없이 막대한 자원과 전기를 소모하게 됩니다. 
예를 들면, 하나의 블록을 채굴하기 위하여 100 명의 사용자가 경쟁하는 경우, 채굴에 성공한 1명을 제외한 나머지 99명의 노드에 사용된 서버자원과 전기는 모두 낭비에 해당 합니다. 만약 경쟁이 심화되어 경쟁률이 1:1000000으로 늘어난다면 1명을 제외한 나머지 모든 노드에 사용된 서버자원과 전기가 낭비됩니다. 
채굴에 투입되는 서버자원이 증가할수록 난이도는 높아지게 되며, 1명을 제외한 모든 사람들이 투입한 자원의 낭비는 더욱 많아지게 됩니다. 
이러한 채굴로 인하여 전 세계적으로도 막대한 전력이 낭비되고 있습니다.
채굴업체들은 기온이 낮고 전기료가 저렴한 지역 위주로 채굴장을 설치합니다. 
2018년 국제결제은행의 보고서에 따르면 전 세계에서 채굴에 소모되는 전력이 스위스 국가 전체의 연간전력소비량에 해당하며 채굴기가 증가할수록 전력의 소비량도 증가하여 전 지구적인 환경 재난을 초래할 수 있다고 밝혔습니다. 

작업증명 방식에 따른 경쟁들이 심화하면서, 여러 채굴업체가 마이닝 풀을 구성하여 공동 채굴을 함에 따라 비민주적 의사결정이 우려되고 있습니다.
채굴기를 운영하는 개인이나 업체들은 솔로 채굴방식이 아닌 공동으로 채굴하고 수익을 배분하는 조합의 마이닝 풀을 구성하였습니다. 
마이닝 풀을 통하여 네트워크로 연결된 채굴기들은 마치 1대의 슈퍼컴퓨터처럼 작동합니다. 
채굴 성공률을 높일 수 있으면서 개별 참가자들은 자신이 제공한 채굴기의 연산력에 비례한 수익을 배분받을 수 있습니다. 
중국의 비트메인은 앤트풀과 함께 비 티 씨 닷컴 마이닝 풀을 만들었고 비아비티씨에 투자했습니다. 
이 3개 마이닝풀의 해시 연산력을 합치면 전 세계의 약 40% 정도에 이릅니다. 
단순한 가정이기는 하지만, 만약 몇몇 상위 마이닝풀 운영자들이 담합을 한다면 블록체인에 대한 51% 공격을 통하여 기존 내역에 대한 위변조도 가능합니다. 
블록체인은 원래 중앙집중화된 의사결정 구조에 반대하면서 분산 관리를 목표로 시작한 프로젝트입니다. 
하지만 채굴업체들이 마이닝 풀을 구성하면서, 소수의 마이닝 풀 운영자들에게 의사결정 권한이 집중되는 현상 또한 발행하였습니다. 
실제로 비트코인의 속도를 향상하게 시키기 위한 세그윗을 진행할 때 채굴 왕으로 불리는 중국 비트메인 대표의 반대로 인하여 상당 시간의 의사결정이 지연되는 현상이 발생하기도 하였습니다. 
이의 영향력이 너무나 커서, 비트코인 개발자 커뮤니티의 합의만으로는 하드포크를 진행하기 어렵기 때문입니다. 
결국 우지한 대표와 뉴욕의 합의를 거치고 난 뒤 2017년 비트코인 세그윗이 진행 될 수 있었습니다. 
이처럼 블록체인이 지향하던 탈중앙화 분산 관리 라는 이상적인 목표는 거대한 업체들의 영향력을 벗어나지 못했으며 이에 따라 탈중앙화라 불리는 애초의 목표는 심각하기 훼손되고 있습니다. 

작업증명 방식에 따른 채굴 경쟁과 그로 인한 막대한 자원 낭비 및 비민주적인 의사결정을 방지하기 위하여 다양한 대안적 알고리즘이 등장하고 있습니다. 
지분증명은 해당 암호화폐를 보유하고 있는 지분율에 비례하여 의사결정의 권한을 주는 방식입니다. 
주주총회에서 주식 지분율에 비례하여 의사결정을 가지는 것과 유사합니다. 
지분증명 방식은 막대한 전기를 소모하는 채굴과정이 필요하지 않습니다. 
피어코인, 큐텀 등의 암호화폐가 이 방식을 사용하고 있습니다. 
이더리움 또한 현재의 작업증명방식을 벗어나 지분증명으로 변경할 예정입니다. 
지분증명방식은 그라인딩 공격에 취약하다는 문제가 있습니다. 마지막 블록 생성자가 다음번 블록 생성에 사용되는 변수를 미리 계산해서 본인에게 유리한 결과를 만들 수 있다는 단점이 있습니다. 
개선된 알고리즘을 사용하여 이 문제를 해결하였습니다. 
한편 지분증명 방식은 기존 화폐 소유자에게 의사결정 권한을 부여함으로써 자본에 의한 의사결정 구조의 왜곡을 가져올 수 있다는 근본적인 비판 또한 가지고 있습니다.