채굴자는 어떻게 블록을 만들고 추가하는가
비트코인을 보내면 그 거래는 네트워크에 전파되어 흔히 멤풀이라 불리는 대기 공간에서 기다립니다. 채굴자는 이 풀에서 거래를 골라 후보 블록으로 조립하고, 여기에 채굴자에게 지급되는 특별한 첫 항목을 함께 넣습니다. 블록이란 본질적으로 거래 묶음에, 바로 앞 블록과 연결해 주는 작은 헤더를 더한 것입니다.
블록을 체인에 추가하려면 채굴자는 유효한 "작업증명(proof of work)"을 찾아야 합니다. 즉, 그 암호학적 지문(해시)이 목표값보다 작게 나오는 블록 헤더의 한 형태를 찾는 것입니다. 해시는 예측할 수 없기 때문에 영리한 지름길은 없습니다. 채굴자는 논스라 불리는 작은 카운터를 바꿔 다시 해시하기를 거듭할 뿐이며, 어느 순간 한 시도가 우연히 충분히 작은 숫자를 만들어 낼 때까지 이를 계속 반복합니다.
유효한 해시를 가장 먼저 찾은 채굴자가 그 블록을 전파합니다. 다른 모든 참가자는 그것을 순식간에 검증할 수 있으며, 일단 받아들여지면 그것이 모두가 그다음에 쌓아 올릴 체인의 새로운 끝이 됩니다. 그 위에 하나씩 쌓이는 블록을 확인(컨퍼메이션)이라 부르며, 확인이 많아질수록 과거의 거래를 되돌리기가 점점 더 어려워집니다.
작업증명과 난이도 조정
블록의 해시가 목표값보다 작아야 한다는 규칙이 바로 그것을 찾기 어렵게 만듭니다. 목표값을 낮춘다는 것은 유효한 해시가 더 적어진다는 뜻이므로, 평균적으로 더 많은 시도가 필요합니다. 이것이 작업증명에서 말하는 "작업"입니다. 실제 계산에 쓰이는 진짜 전기이죠.
비트코인은 대략 10분마다 새 블록이 나오는 것을 목표로 합니다. 더 많은 연산 능력이 네트워크에 합류하면 블록이 더 빨리 나오기 시작하므로, 소프트웨어는 평균을 다시 10분 쪽으로 되돌리기 위해 약 2주마다(2,016블록마다) 자동으로 난이도를 재조정합니다. 채굴 능력이 빠져나가면 난이도는 낮아집니다. 이 자기 교정 메커니즘은 얼마나 많은 기계가 경쟁하든 상관없이 발행을 예정대로 유지합니다.
블록 보상, 수수료, 그리고 반감기
승리한 채굴자는 두 가지 방식으로 지급을 받습니다. 첫 번째는 블록 보조금입니다. 이는 프로토콜 자체가 만들어 내고 그 특별한 첫 거래(코인베이스)를 통해 발행되는 완전히 새로운 비트코인입니다. 두 번째는 사용자가 자신의 결제를 포함시키기 위해 붙이는 거래 수수료의 총합입니다.
보조금은 고정되어 있지 않습니다. 2009년 블록당 50 BTC로 시작했으며, 210,000블록마다, 대략 4년마다 절반으로 줄어듭니다. 이는 반감기라 알려진 사건입니다. 보조금은 25, 그다음 12.5, 그다음 6.25로 단계적으로 내려갔고, 2024년 반감기 이후에는 블록당 3.125 BTC가 되었습니다. 바로 이 일정이 총 공급량이 약 2,100만 개로 상한이 정해져 있는 이유입니다.
시간이 지나면서 보조금은 0을 향해 줄어들고, 거래 수수료는 채굴자가 버는 것 중 더 큰 비중을 차지하도록 설계되어 있습니다. 새로 발행되는 코인에서 수수료로 넘어가는 이 점진적인 인계는 비트코인에서 가장 주목받는 장기 과제 중 하나입니다.
에너지 사용과 값싼 전력을 향한 추적
승리는 경쟁자보다 더 많은 계산을 하는 데 달려 있기 때문에, 채굴은 전 세계적으로 막대한 양의 전기를 소비합니다. 그 비용은 우연도, 완전히 최적화해서 없애야 할 결함도 아닙니다. 그것은 역사를 다시 쓰는 일을 비싸게, 따라서 비현실적으로 만드는 물리적 닻입니다.
전기는 채굴자의 가장 큰 지속적 비용이므로, 운영자들은 찾을 수 있는 가장 싼 전력을 집요하게 찾아 나섭니다. 실제로 이는 채굴을 잉여 수력, 출력이 억제된 풍력과 태양광, 그리고 태워 버려지는 천연가스처럼 달리 낭비되는 에너지 쪽으로 밀어붙였습니다. 일부 운영자는 수요가 정점일 때 가동을 멈춤으로써 전력망에 유연성을 되팔기도 합니다.
환경 논쟁은 진지하며 아직 결론이 나지 않았습니다. 비판자들은 소비의 어마어마한 규모와 일부 지역의 탄소 집약도를 지적합니다. 지지자들은 채굴이 갇혀 있거나 낭비되는 에너지를 수익화하고 전력망 균형을 지원할 수 있다고 주장합니다. 정직하게 요약하자면, 영향은 특정 운영이 어디에서 어떻게 전력을 끌어오는지에 크게 좌우되며, 그 그림은 계속 바뀌고 있습니다.
인센티브: 왜 채굴은 비트코인을 정직하게 유지하는가
비트코인의 영리한 부분은 해싱 자체가 아니라 그것을 둘러싼 인센티브 구조입니다. 규칙을 따르면 예측 가능한 보상을 얻습니다. 부정을 시도하는 것, 예컨대 자신의 과거 지출을 되돌리려 하는 것은 네트워크의 나머지 전체를 연산으로 능가해야 하는데, 이는 엄청나게 비쌀 뿐 아니라 공격자가 얻으려는 바로 그 코인의 가치를 떨어뜨릴 가능성이 큽니다.
노드는 모든 블록을 합의 규칙에 비추어 독립적으로 검증하며, 네트워크는 축적된 작업이 가장 많은 체인을 정당한 것으로 취급합니다. 무효한 블록을 공개한 채굴자는 그저 그것이 거부당하고 소비한 전기를 잃을 뿐입니다. 다시 말해, 정직함은 신뢰나 권위로 강제되는 것이 아니라 가장 이익이 되는 선택지가 되도록 만들어져 있습니다.
이것이 또한 총 채굴 능력, 즉 해시레이트가 공격에 얼마나 큰 비용이 들지를 가늠하는 대략적인 대리 지표로 흔히 쓰이는 이유입니다. 그것은 가격이 아니라 보안에 쓰이는 지출을 반영하지만, 장기적으로는 둘이 서로 관련되어 있습니다.
풀, ASIC, 그리고 오늘날의 채굴 모습
초기에는 일반 CPU, 그리고 이어서 그래픽 카드로도 채산이 맞는 채굴이 가능했습니다. 오늘날 이 작업은 ASIC이 지배하고 있습니다. 이는 비트코인 특유의 해시 계산만을 가능한 한 효율적으로 수행하도록 만들어진 칩입니다. 이러한 특화가 바로 노트북으로 하는 가정용 채굴로는 더 이상 의미 있는 보상을 얻는 것이 현실적이지 않은 이유입니다.
한 대의 기계가 홀로 블록을 따내려면 몇 년을 기다려야 할 수도 있기 때문에, 대부분의 채굴자는 풀에 가입합니다. 풀은 여러 참가자의 해시 능력을 결합해 더 규칙적으로 블록을 따내고, 각 구성원이 기여한 작업량에 비례해 보상을 나눕니다. 이는 복권 같은 무작위성을 더 안정적이고 작은 지급으로 고르게 다듬어 줍니다.
채굴은 비트코인의 공급 측면에 자리합니다. 즉, 새 코인이 어떻게 유통에 들어오고 거래가 어떻게 정산되는지를 관장합니다. 그 새로운 공급이 더 넓은 금융 여건과 어떻게 상호작용하는지는 시장 맥락이라는 별개의 문제입니다. BIKENZO처럼 유동성에 초점을 둔 분석 관점은 글로벌 리퀴디티 인덱스를 비트코인 가격과 대비해 그려 주며 그 배경을 짚는 데 도움이 될 수 있지만, 그것은 채굴 자체의 작동 원리가 아니라 여건을 묘사하는 것입니다.