[블록체인] 트랜잭션의 검증(비대칭 암호화 방식)

https://media.fastcampus.co.kr/insight/why-blockchain-is-hard/

블록체인에 대해 전반적인 그림을 그리기 위해 조사하며 얻은 얕은 지식입니다.

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1. 왜 검증이 필요한가?

블록체인에서 블록은 곧 데이터베이스다.

근데 이 데이터베이스는 모든 사람이 접근하여 작성할 수 있다.

이 데이터베이스를 거래장부라고 할 수 있다.

거래장부에 모든 사람들이 접근하여 거래를 기록할 수 있다면 어떻게 될까?

 

만약

"A가 B에게 100만원을 줬다."

라는 진실된 거래가 있다.

하지만 B가 돈을 갚기 싫어서 다음과 같은 가짜 거래 내역을 썼다.

"B가 A에게 100만원을 줬다"

그러면 실제로 B가 돈을 갚지 않았지만 A와 B사이에는 더 이상 빚진 돈이 없게된다.

 

이런 일을 방지하기 위해 거래내역을 위조할 수 없도록 검증이 필요하다.

 

 

 

 

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2. 검증 방법

현실세계에서는 자필 서명이나 도장을 찍는다.

사람이라면 타인의 자필 서명을 완벽하게 흉내낼 수 없다는 전제,

도장은 자신이 소중하게 관리를 한다는 전제,

가 있기 때문이고 이는 잘 작동된다.

 

하지만 모든것이 ctrl+c / ctrl+v로 복제가 되는 인터넷에서는 어떻게 할까?

 

 

 

1. 트랜잭션이란?

데이터베이스에서 상호작용 및 수행의 논리적 단위를 뜻하는 단어이다.

블록이 곧 데이터베이스이니 이렇게 표현한다.

 

 

 

2. 비대칭 암호화 방식

비트코인을 포함한 많은 암호화폐들이 이 방식을 사용한다.

혹은 공개키 알고리즘이라고도 부른다.

 

클라이언트에서 거래를 하면 거래내역이 생성된다.

클라이언트는 이 거래내역을 노드에게 전송하여 검증을 맡긴다.

노드가 이제 검증을 수행하게되는데,

이를 위해서는 거래내역에 노드에게 전송될 때 "전자서명"이 포함되어야 한다.

비대칭 암호화 방식을 통해 전자서명을 생성한다.

우선 다음의 배경지식이 필요하다.

• 모든 클라이언트들은 자신의 [공개키]와 [개인키]가 있다.
• [공개키]는 모두에게 노출되어도 괜찮은 키이다.
• [개인키]는 오직 자신만 알고있어야 하는 키이다.
• [개인키]로 암호화한 데이터(거래내역)은 [공개키]로만 해독할 수 있다.

[개인키]를 [비밀키], [비공개키]라고도 하는데 나는 그냥 [개인키]라고 하겠다.

 

[개인키], [비밀키], [주소]는 다음과 같은 관계를 가진다.

https://www.google.co.kr/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0ahUKEwi567Lu-ojVAhXDHJQKHZWcC-cQFggmMAA&url=https%3A%2F%2Fdocs.google.com%2Fa%2Fieee.org%2Fuc%3Fid%3D0Byw4AEomZK2edlQwel95S1J0VTg%26export%3Ddownload&usg=AFQjCNHfjSAx7d59S3UDVHjxBQcl3OmkWw

[개인키]를 타원곡선 곱셈함수로 돌리면 [공개키]가 나오고,

[공개키]를 해시함수로 돌리면 [주소]가 나온다.

이 흐름은 그림에서처럼 일방향으로만 진행할 수 있다.

[개인키]로 [공개키]를 알 수는 있지만,

[공개키]로 [개인키]를 알아낼 수는 없다는 것이다.

 

 

 

3. 검증 과정

다른 블로그의 글에는 막 그림도 있고 그러던데, 우리는 그냥 눈을 감고 생각해 보자. 오히려 이해가 잘 될지도?

 

1. 클라이언트 A는 자신의 거래 내역이 있다.
2. A는 자신의 거래 내역을 자신의 [개인키]로 암호화한다.
3. 그 후 A는 노드에게 [개인키로 암호화한 거래내역] + [원본 거래내역] + [A의 공개키]를 세트로 보낸다.
4. 노드는 저거 3종 세트를 받아서 검증을 수행한다.
5. 우선, [A의 공개키]로 [개인키로 암호화한 거래내역]을 해독하고 그걸 [원본 거래내역]과 비교한다.
6. 비교 결과 동일하면 이 거래내역은 A가 생성한 올바른 거래임을 인정한다.
7. 이후 검증된 거래내역은 해당 노드 근처의 다른 노드들로 전파된다.

5번 과정이 핵심이다.

 

참고로 거래내역을 바로 [개인키]로 암호화하는 것이 아니라

[개인키]를 해시함수로 돌려서 해시값을 뽑아내고 그 해시값을 [개인키로] 암호화하는 것이다.

이렇게 하면 거래내역이 아무리 길어도 고정된 길이의 해시값이 나오기에 송수신시 유리하다.

 

 

 

 

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3. 검증자가 조작하면?

A와 검증노드가 합심해서 조작하면 어떻게 될까?

A가 가짜 거래내역을 노드에게 검증신청을 하고,

이 노드가 가짜 거래내역임에도 불구하고 검증완료 처리를 한다면?

 

이를 막기위해 신뢰할 수 있는 노드(검증자)만 검증을 진행할 수 있도록 제한한다.

신뢰할 수 있는 노드를 가리기 위해

 

1. 검증에 참여하기 위해서는 비용이 발생하도록 만든다.
2. 검증이 완료되면 네트워크에서 보상을 지급한다.

이런 안전장치를 마련해 두었다.

일종의 입장료를 내야만 검증에 참여할 수 있기에 나쁜 의도를 가진 검증 참여자를 걸러낼 수 있다.

또 보상으로 암호화폐를 받기에 이 화폐의 가치가 올라가기 위해서는 정직한 검증이 이어져야 한다. 

즉, 검증을 정직하게 해야만 하는 이유가 생기는 것이다.

 

 

 

 

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4. 헷갈렸던 부분

공개키와 개인키 중에 어떤 것으로 암호화를 하고 복호화를 하는지 헷갈렸다.

내가 지금까지 알아온 방식은

 

1. A와 B가 있고, A -> B로 데이터를 보낸다면
2. A는 [B의 공개키]로 보낼 데이터를 암호화해서 보내면
3. B는 자신만 가지고있는 [B의 개인키]로 복호화해서 보는 것

(이 비유에서 A는 트랜잭션의 생성자가 되겠고, B는 검증노드가 되겠다.)

 

 

 

이런 흐름이었는데 블록체인의 전자서명도 같겠거니 했지만,

[개인키]로 암호화해서 [공개키]로 복호화한다는 점이 반대였다.

누구나 가질 수 있는 [공개키]로 복호화하게 되면 데이터를 누구나 들여다 볼 수 있지 않은가?

라는 생각에 빠져 혼란이 왔었는데,

 

 

생각해보니 데이터를 비밀스럽게 보내기 위한 비대칭키 암호화 방식이 아니라,

데이터를 생성(전송)한 사람의 본인확인을 위한 절차였기에 개인키, 공개키를 반대로 쓰는 것 이었다.

 

 

굳이 검증노드가 생성된 트랜잭션을 비밀스럽게 확인 할 필요는 없고,

오히려 모든 검증노드가 이런 트랜잭션을 까봐서 올바른 트랜잭션인지 확인하기 위해서는 공개키로 복호화를 해야만 하는 것이었다.

 

A의 공개키로 복호화가 된다면?

그 암호는 A의 비밀키로 암호화 했다는 의미 

왜?

비밀키 -[해싱]-> 공개키 -[해싱]-> 지갑주소

이기에 공개키로 해독이 되는 암호는 그 공개키에 해당하는 비밀키로 암호화음이 분명하다.

 

 

[개인키] <-> [공개키] 양쪽으로 암/복호화가 된다는 성질을 이렇게도 활용하는구나 싶어서 소소한 깨달음이었다.

뭔가 적어놓고 보니 당연한 사실이긴한데,

처음 전자서명 암호화를 접할 당시에는 헷갈렸다ㅠㅠ

 

 

 

 

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아무튼,

장황하게 썼지만 생각보다 간단하다.

이렇게 많은 노드들로 전파된 거래내역을 채굴노드가 모아서 블록을 생성한다.

이 과정은 다음 글에서 알아보겠다.

 

 

 

 

 

참고:

https://steemit.com/blockchain/@etainclub/blockchain-5

초보자를 위한 Blockchain 강좌 #5 디지털 서명 — Steemit

https://steemit.com/kr/@yahweh87/15-3-n

#15 - 트랜잭션 검증 원리에 대한 개념정리 / 비트코인 거래원리(3/N) — Steemit