블록체인 기술

블록체인의 기본 구조는 이름 그대로 '블록'이라는 데이터 단위가 '체인'처럼 연결된 형태를 가진다. 각 블록은 주로 세 가지 핵심 요소로 구성된다.

첫째, 블록 헤더에는 해당 블록의 메타데이터가 포함된다. 여기에는 블록의 고유 식별자 역할을 하는 해시 값, 이전 블록의 해시값을 가리키는 포인터, 블록 생성 시점의 타임스탬프, 그리고 난이도 목표와 논스 값이 있다. 둘째, 블록 바디에는 실제 거래 내역이나 상태 변경 데이터가 담긴다. 비트코인에서는 거래 목록이, 이더리움과 같은 플랫폼에서는 스마트 계약 실행 결과 등이 기록된다. 셋째, 머클 트리의 루트 해시가 블록 헤더에 저장되어 블록 내 모든 데이터의 무결성을 효율적으로 검증할 수 있게 한다.

이러한 블록들이 연결되는 방식이 핵심이다. 각 블록은 자신의 헤더에 이전 블록의 해시값을 포함시킨다. 이는 암호학적으로 강력한 연결을 생성하며, 어떤 블록의 데이터를 변경하면 그 블록의 해시값이 변하게 된다. 이는 연쇄적으로 이후 모든 블록의 해시값을 무효화시키므로, 과거 기록을 변조하는 것을 극도로 어렵게 만든다. 이 구조는 분산 원장 기술의 신뢰 모델의 기초를 제공한다.

블록체인의 구조적 특성은 다음과 같은 표로 요약할 수 있다.

분산 원장 기술(Distributed Ledger Technology, DLT)은 블록체인의 근간을 이루는 핵심 개념이다. 이는 중앙 집중식 관리자나 중앙 데이터 저장소 없이, 여러 지점(노드)에 걸쳐 거래 기록을 공유, 동기화, 복제하는 데이터베이스 시스템을 의미한다. 모든 참여자가 네트워크에 분산된 원장의 복사본을 유지하고, 새로운 거래의 추가는 합의를 통해 이루어진다. 이 구조는 단일 실패점을 제거하고 데이터의 무결성과 가용성을 높이는 데 기여한다.

분산 원장 기술의 작동 방식은 다음과 같다. 네트워크의 각 노드는 거래 내역을 담은 원장의 전체 또는 일부 사본을 독립적으로 저장하고 유지한다. 새로운 거래가 발생하면, 모든 노드에 이 정보가 전파된다. 그 후, 합의 알고리즘을 통해 해당 거래의 유효성이 검증되고, 합의가 이루어진 거래만이 각 노드의 원장에 추가된다. 이 과정은 중앙 기관의 승인 없이도 신뢰를 구축할 수 있게 한다.

블록체인은 분산 원장 기술의 한 구현 형태로, 데이터를 블록이라는 단위로 묶고, 이를 암호학적으로 연결한 체인 구조를 사용한다는 점이 특징이다. 모든 분산 원장이 블록체인은 아니며, 블록체인 외에도 DAG(Directed Acyclic Graph)와 같은 다른 구조의 DLT도 존재한다. 다음 표는 중앙 집중식 원장과 분산 원장의 주요 차이점을 보여준다.

분산 원장 기술은 금융 거래, 공급망 관리, 계약서 관리, 신원 확인 등 다양한 분야에 적용 가능하다. 데이터의 변경이나 삭제가 어렵고, 모든 참여자가 동일한 정보를 공유함으로써 투명성과 감사 가능성을 제공한다. 그러나 모든 노드에서 거래를 검증하고 저장해야 하므로 처리 속도와 확장성에 도전 과제가 존재하기도 한다[1].

합의 알고리즘은 분산된 P2P 네트워크 상의 참여자들이 블록의 유효성과 순서에 대해 동의를 이루는 규칙과 절차를 말한다. 중앙 권위가 없는 환경에서도 네트워크의 모든 노드가 동일한 상태의 분산 원장을 유지할 수 있도록 하는 블록체인의 핵심 메커니즘이다. 이를 통해 이중 지불 문제를 방지하고 데이터의 무결성과 일관성을 보장한다.

주요 합의 알고리즘은 다음과 같다.

각 알고리즘은 보안, 분산화, 처리 속도(확장성)라는 '블록체인 트릴레마'에서 서로 다른 장단점을 가진다. 예를 들어, 작업 증임(PoW)은 높은 보안성을 제공하지만 에너지 소비가 크고 처리 속도가 느린 반면, 지분 증명(PoS)은 에너지 효율이 높지만 '아무것도 걸지 않음(Nothing at Stake)' 공격과 같은 새로운 취약점에 대한 논의가 존재한다[2]. 이러한 트레이드오프를 해결하기 위해 다양한 하이브리드 알고리즘과 새로운 방식이 계속 연구되고 개발되고 있다.

암호화 기술은 블록체인의 무결성, 보안성, 기밀성을 보장하는 근간이 되는 기술이다. 주로 공개 키 암호 방식과 암호학적 해시 함수가 핵심적으로 활용된다.

공개 키 암호 방식은 한 쌍의 키, 즉 공개 키와 개인 키를 사용한다. 공개 키는 주소 생성에 사용되어 네트워크에 공개되지만, 개인 키는 소유자만이 비밀로 보관한다. 디지털 서명은 이 방식을 기반으로 한다. 거래 생성 시 송신자의 개인 키로 서명을 생성하면, 네트워크의 다른 참여자들은 해당 송신자의 공개 키를 이용해 그 서명의 진위를 검증할 수 있다. 이 과정을 통해 거래의 출처 인증과 변조 방지가 가능해진다.

암호학적 해시 함수는 임의의 길이의 데이터를 고정된 길이의 일정한 출력값(해시값)으로 변환하는 단방향 함수이다. 블록체인에서 각 블록은 이전 블록의 해시값, 거래 데이터, 타임스탬프 등의 정보를 포함하며, 이 전체에 해시 함수를 적용하여 자신의 고유한 해시값을 생성한다. 이 해시값은 블록의 식별자이자 무결성 검증 도구로 작용한다. 데이터가 조금이라도 변경되면 해시값은 완전히 달라지기 때문에, 체인 내의 어떠한 변조도 쉽게 탐지할 수 있다[3].

이 두 기술은 상호 보완적으로 작동하여 블록체인의 보안 모델을 구성한다. 해시 함수는 데이터의 불변성을, 공개 키 암호 방식은 참여자의 신원과 권한을 안전하게 관리하는 역할을 담당한다.

스마트 계약은 사전에 프로그래밍된 조건이 충족되면 자동으로 실행되는 자기 실행형 계약을 말한다. 계약 조건이 블록체인에 코드 형태로 기록되고, 네트워크의 노드들에 의해 검증 및 실행된다. 이는 중앙 집중형 권한이나 제3자 중개자 없이도 계약 이행을 보장하는 탈중앙화된 시스템을 가능하게 한다.

스마트 계약의 핵심 작동 원리는 "if-then(만약 ~하면, ~한다)" 논리에 기반한다. 예를 들어, "만약 A가 B에게 특정 금액을 송금하면, B의 디지털 자산 소유권이 A에게 이전된다"와 같은 조건이 코드로 작성된다. 조건이 충족되는 트랜거(계약 실행을 유발하는 사건)가 발생하면, 네트워크는 코드를 실행하고 그 결과를 블록체인에 영구적으로 기록한다. 이 과정은 되돌릴 수 없으며 모든 참여자가 투명하게 확인할 수 있다.

주요 특징은 다음과 같다.

스마트 계약은 이더리움 플랫폼을 통해 본격적으로 대중화되었으며, 현재는 디파이, NFT, 자동화된 공급망 관리, 투표 시스템 등 다양한 분야에서 핵심 인프라로 활용된다. 그러나 코드의 오류나 취약점이 치명적인 결과를 초래할 수 있으며, 법적 구속력과 관련된 논의는 여전히 진행 중이다.

P2P 네트워크는 중앙 서버 없이 모든 참여 노드가 동등한 권한을 가지고 서로 직접 연결되어 통신하는 분산 네트워크 구조이다. 블록체인의 핵심 인프라로서, 분산 원장 기술의 탈중앙화 특성을 실현하는 기반이 된다. 기존의 클라이언트-서버 모델과 달리, 각 노드는 서비스를 제공하는 동시에 이용하는 역할을 겸한다. 이 구조는 단일 장애점을 제거하여 시스템 전체의 내결함성을 높인다.

블록체인 네트워크에서 각 노드는 블록과 트랜잭션 데이터의 전체 또는 일부 사본을 유지하며, 새로운 트랜잭션과 블록을 수신하면 연결된 다른 노드들에게 전파한다. 이 과정을 '플러딩' 또는 '갓 프로토콜'이라고 부른다[4]. 네트워크에 참여하는 노드의 유형은 다음과 같이 구분할 수 있다.

이러한 P2P 아키텍처는 검열 저항성을 제공하고, 네트워크를 통제할 수 있는 중앙 권한이 존재하지 않게 만든다. 그러나 노드들이 자유롭게 참여하고 이탈할 수 있기 때문에 네트워크 연결성과 데이터 일관성을 유지하는 것이 기술적 과제이다. 이를 해결하기 위해 암호학 기반의 노드 발견 프로토콜과 효율적인 데이터 전파 메커니즘이 사용된다.

퍼블릭 블록체인은 누구나 자유롭게 참여하여 거래를 생성하거나 검증할 수 있는 개방형 분산 원장 기술이다. 이는 완전한 탈중앙화를 지향하며, 네트워크에 대한 접근과 사용에 제한이 없다는 특징을 가진다. 가장 대표적인 예로 비트코인과 이더리움이 있으며, 이들은 누구나 노드를 운영하거나 새로운 블록을 생성하는 채굴에 참여할 수 있다. 모든 거래 내역은 공개적으로 기록되어 투명하게 조회될 수 있다.

이 유형의 블록체인은 일반적으로 작업 증명이나 지분 증명과 같은 합의 알고리즘을 통해 네트워크의 상태에 대한 합의를 이루어낸다. 참여자들은 경제적 인센티브를 통해 네트워크 보안 유지에 기여한다. 예를 들어, 비트코인에서는 채굴자들이 연산력을 제공하여 블록을 생성하면 새로 발행된 코인을 보상으로 받는다.

퍼블릭 블록체인의 주요 특성은 다음과 같이 정리할 수 있다.

그러나 이러한 개방성과 탈중앙성은 처리 속도 저하와 높은 에너지 소비라는 확장성 문제를 동반하는 경우가 많다. 또한, 완전한 익명성이나 가명성으로 인해 규제 기관의 감독이 어려워 불법 거래에 악용될 가능성에 대한 논란도 존재한다. 이러한 한계에도 불구하고, 신뢰할 수 있는 제삼자 없이 가치를 전송하고 스마트 계약을 실행할 수 있는 공공 인프라로서의 역할을 지속하고 있다.

프라이빗 블록체인은 허가된 참여자만 네트워크에 접근하고 거래를 검증할 수 있는 폐쇄형 블록체인이다. 운영 주체가 명확하게 존재하며, 일반적으로 단일 조직이나 신뢰할 수 있는 다수의 조직이 네트워크를 통제한다. 접근 권한은 중앙 관리자에 의해 부여되거나 미리 정의된 규칙에 따라 결정된다. 이는 누구나 자유롭게 참여할 수 있는 퍼블릭 블록체인과 구분되는 핵심 특징이다.

프라이빗 블록체인은 기업이나 컨소시엄의 내부 비즈니스 프로세스에 적합하도록 설계되었다. 거래 처리 속도가 빠르고 확장성이 높은 편이며, 참여자의 신원이 알려져 있어 규제 준수 요구사항을 충족시키기 쉽다. 합의 알고리즘도 네트워크 관리자가 선택할 수 있어, 작업 증명처럼 많은 에너지를 소비하는 방식 대신 실용적 비잔틴 장애 허용이나 라프트 같은 효율적인 알고리즘을 채택하는 경우가 많다.

이러한 특성 때문에 프라이빗 블록체인은 공급망 관리, 의료 기록 공유, 기업 간 결제 시스템 등 신원 확인과 데이터 프라이버시가 중요한 분야에서 활용된다. 그러나 중앙화된 통제 구조 때문에 분산 원장 기술의 핵심 가치 중 하나인 '검열 저항성'이 약화된다는 비판도 존재한다.

컨소시엄 블록체인은 허가된 다수의 조직이 공동으로 운영하는 블록체인 네트워크이다. 퍼블릭 블록체인과 프라이빗 블록체인의 중간 형태로, 네트워크에 참여하기 위해서는 사전에 허가를 받아야 한다. 주로 특정 산업 내에서 협력 관계에 있는 기업들 간의 비즈니스 프로세스를 효율화하기 위해 구축된다.

이 유형의 블록체인에서는 네트워크의 거버넌스와 운영 권한이 소수의 사전 선정된 노드들, 즉 컨소시엄 멤버들에게 집중된다. 예를 들어, 은행 컨소시엄이나 공급망 파트너십이 여기에 해당한다. 합의 알고리즘은 일반적으로 작업 증명 대신 실용 비잔틴 장애 허용(PBFT) 또는 라프트(Raft)와 같은 효율적인 알고리즘을 사용한다. 이는 참여자가 제한적이고 신원이 알려져 있어 신뢰 수준이 높기 때문에 가능한 구조이다.

컨소시엄 블록체인의 주요 특징은 다음과 같다.

주요 응용 사례로는 국제 송금 네트워크인 R3 코다 플랫폼이나, 하이퍼레저 패브릭 기반의 다양한 산업별 컨소시엄이 있다. 이는 기업 간 협업이 필요한 금융, 물류, 의료 데이터 공유 등의 분야에서 분산 원장 기술의 이점을 활용하면서도 프라이빗 블록체인보다 더 높은 탈중앙화와 신뢰성을 확보할 수 있는 모델이다.

비트코인은 2008년 사토시 나카모토라는 가명의 인물(또는 집단)이 발표한 논문[5]을 바탕으로 2009년에 출시된 최초의 퍼블릭 블록체인 기반 암호화폐이자 결제 네트워크이다. 이 시스템은 중앙 기관 없이 개인 간(P2P 네트워크) 직접 거래가 가능한 전자 화폐를 구현하는 것을 목표로 설계되었다. 비트코인의 출현은 블록체인 기술이 현실 세계에 적용된 첫 번째 사례이며, 이후 수많은 알트코인과 블록체인 프로젝트의 기반이 되었다.

비트코인 네트워크의 핵심은 작업 증명 합의 알고리즘을 통해 약 10분 간격으로 새로운 블록을 생성하고 이를 체인으로 연결하는 것이다. 이 과정에서 채굴자들은 복잡한 암호 퍼즐을 풀어 블록을 생성할 권리를 경쟁하며, 성공한 채굴자는 새로 발행되는 비트코인과 거래 수수료를 보상으로 받는다. 비트코인의 총 발행량은 2,100만 개로 사전에 프로그래밍되어 있으며, 이는 인플레이션을 통제하는 주요 메커니즘으로 작동한다.

비트코인의 주요 기술적 특징은 다음과 같다.

비트코인은 주로 '디지털 금'에 비유되며, 가치 저장 수단으로서의 기능에 초점이 맞춰져 있다. 복잡한 스마트 계약 기능은 지원하지 않아, 이더리움 등 후발 플랫폼과 구별되는 단순함과 안정성을 유지하고 있다.

이더리움은 비탈릭 부테린을 중심으로 한 개발자들이 2015년에 출시한 오픈 소스 블록체인 플랫폼이다. 이 플랫폼의 가장 큰 혁신은 스마트 계약 기능을 도입하여 단순한 디지털 화폐 거래를 넘어서는 프로그램 가능한 애플리케이션을 블록체인 상에서 실행할 수 있게 한 점이다. 이더리움의 기본 통화는 이더(ETH)이며, 이는 네트워크 내에서 거래 수수료와 서비스 실행 비용을 지불하는 데 사용된다.

이더리움의 핵심은 이더리움 가상 머신(EVM)이다. EVM은 네트워크의 모든 노드에서 동일하게 실행되는 분산 컴퓨팅 환경으로, 개발자가 작성한 스마트 계약 코드를 처리하고 실행한다. 이를 통해 탈중앙화 애플리케이션(DApp)이 구축되고 운영될 수 있다. 이더리움은 초기에 작업 증명(PoW) 합의 알고리즘을 사용했으나, 확장성과 에너지 효율성을 높이기 위해 지분 증명(PoS) 기반의 이더리움 2.0 업그레이드를 단계적으로 진행하여 2022년 9월 메인넷 병합을 완료했다.

이더리움 생태계는 디파이(DeFi), NFT, 메타버스 등 다양한 분야의 기반 인프라 역할을 한다. 수많은 토큰 표준(예: ERC-20, ERC-721)이 이더리움을 통해 제정되었으며, 이는 다른 블록체인 프로젝트의 표준 모델이 되었다. 그러나 높은 가스비와 상대적으로 낮은 초당 트랜잭션(TPS) 처리 속도는 주요한 확장성 문제로 지적되어 왔다.

이 문제를 해결하기 위해 레이어 2 솔루션(예: 롤업, 사이드체인)이 활발히 개발되고 있으며, 이더리움 본체의 지속적인 업그레이드도 진행 중이다. 이더리움은 프로그래밍 가능한 세계 컴퓨터라는 비전 아래, 단순한 결제 시스템을 넘어 탈중앙화된 글로벌 컴퓨팅 플랫폼으로 진화하고 있다.

하이퍼레저(Hyperledger)는 리눅스 재단(The Linux Foundation)이 주도하는 오픈 소스 협업 프로젝트로, 기업용 블록체인 기술과 프레임워크, 도구들을 개발하기 위해 2015년에 시작되었다. 비트코인이나 이더리움과 같은 퍼블릭 블록체인과 달리, 주로 기업 간(B2B) 거래와 프로세스에 적합한 프라이빗 블록체인 및 컨소시엄 블록체인 솔루션을 만드는 데 초점을 맞춘다. 하이퍼레저는 단일 제품이나 통화가 아니라, 다양한 블록체인 프로젝트를 호스팅하는 생태계이다.

하이퍼레저의 주요 프레임워크로는 하이퍼레저 패브릭(Hyperledger Fabric), 하이퍼레저 소투스(Hyperledger Sawtooth), 하이퍼레저 인디(Hyperledger Indy) 등이 있다. 그중에서도 패브릭이 가장 널리 채택된 프레임워크이다. 패브릭은 모듈식 아키텍처를 채택하여, 합의 메커니즘, 암호화 방식, 데이터베이스 등을 구성 요소로 선택할 수 있게 한다. 또한 '채널' 기능을 통해 네트워크 내에서 특정 참여자들만 접근할 수 있는 비공개 트랜잭션 흐름을 생성할 수 있어 기업의 프라이버시 요구사항을 충족시킨다.

이 프로젝트들은 IBM, 인텔, 에어버스 등 수백 개의 글로벌 기업과 기관이 컨소시엄 형태로 참여하여 공동으로 개발하고 있다. 하이퍼레저의 목표는 산업 전반에 걸쳐 블록체인 기술의 채택을 가속화하기 위해 개방형 표준과 프로토콜, 재사용 가능한 코드를 제공하는 것이다. 따라서 금융, 의료, 공급망 관리, 정부 서비스 등 다양한 분야에서 신뢰할 수 있는 기업급 블록체인 애플리케이션의 기반으로 활용된다.

블록체인 기술은 금융 및 결제 시스템에 혁신적인 변화를 가져왔다. 기존 중앙집중식 금융 인프라를 대체하거나 보완하는 새로운 가능성을 제시하며, 특히 크로스보더 결제, 마이크로페이먼트, 포괄 금융 접근성 향상 분야에서 두드러진 성과를 보인다. 비트코인은 최초의 블록체인 기반 디지털 화폐로서, 중앙 은행 없이도 가치의 저장과 전송을 가능하게 했다.

블록체인을 활용한 금융 서비스는 스마트 계약의 자동 실행 기능을 통해 복잡한 금융 상품과 거래 절차를 단순화한다. 예를 들어, 대출, 파생상품, 보험 계약의 이행 조건이 코드로 작성되어 블록체인에 기록되면, 사전에 합의된 조건이 충족될 때 자동으로 계약이 실행된다. 이는 중개자와 처리 시간을 줄여 비용을 절감하고, 신뢰를 코드에 기반한 투명한 시스템으로 전환한다.

다음은 블록체인 기반 금융 및 결제의 주요 응용 사례를 정리한 표이다.

이러한 발전에도 불구하고, 가격 변동성, 규제 불확실성, 시스템 간 상호운용성 문제는 여전히 해결해야 할 과제로 남아 있다. 그러나 블록체인은 금융의 포용성과 효율성을 높이는 강력한 도구로 자리매김하고 있다.

공급망 관리는 블록체인 기술의 주요 응용 분야 중 하나로, 제품의 원자재 조달부터 생산, 유통, 최종 소비자에게 이르기까지의 전 과정을 투명하고 변조 불가능하게 기록하는 데 활용된다. 기존 공급망 시스템은 여러 이해관계자 간의 정보 비대칭, 서류 위조, 추적의 어려움 등의 문제를 안고 있었으나, 블록체인은 이러한 문제를 해결할 수 있는 잠재력을 지닌다.

블록체인 기반 공급망 관리의 핵심은 모든 거래와 물류 이벤트를 분산 원장에 시간순으로 기록하는 것이다. 예를 들어, 농산물의 경우 재배지, 수확일, 검사 정보, 가공 공장, 유통 경유지, 판매점 도착 시간 등이 블록에 저장된다. 각 단계의 참여자(예: 농부, 검사관, 운송업자, 유통업자)는 자신의 행위를 검증 가능한 디지털 서명으로 기록하며, 이 정보는 네트워크 참여자들에게 공유되어 단일 진실 공급원을 제공한다. 이를 통해 제품의 이력 추적성이 극대화되고, 위조나 불법 유통을 방지할 수 있다.

주요 활용 사례로는 식품 안전, 의약품 추적, 고가 명품의 진위 확인 등이 있다. 예를 들어, 소비자는 스마트폰으로 상품의 QR 코드를 스캔하여 해당 제품의 전체 생산 및 유통 이력을 실시간으로 확인할 수 있다. 또한, 스마트 계약을 결합하면 특정 조건이 충족될 때 자동으로 결제가 실행되거나 다음 물류 단계로 진행되도록 설정할 수 있어, 프로세스 효율성을 높이고 분쟁을 줄일 수 있다.

이러한 적용은 공급망의 투명성과 효율성을 혁신적으로 개선할 수 있지만, 모든 참여자의 시스템 도입 동의, 기존 레거시 시스템과의 통합 문제, 데이터 입력의 정확성 보장 등 과제도 남아 있다.

디지털 자산은 블록체인 상에서 발행되고 관리되는 고유한 가치를 지닌 데이터 단위를 의미한다. 토큰이라고도 불리는 이 자산은 크게 가상화폐와 대체 불가능 토큰으로 구분된다. 가상화폐는 비트코인이나 이더리움과 같이 동일한 단위끼리 교환이 가능한 대체 가능 토큰의 성격을 지닌다. 반면, NFT는 각 토큰이 고유한 식별 정보를 가지고 있어 다른 토큰과 교환할 수 없는 독특한 디지털 아이템을 나타낸다.

NFT는 주로 예술 작품, 수집품, 게임 아이템, 디지털 부동산, 심지어 소셜 미디어 게시물과 같은 창작물의 소유권을 증명하는 데 활용된다. 작품의 메타데이터와 소유자 정보가 블록체인에 기록되어 위변조가 사실상 불가능하며, 거래 내역이 투명하게 공개된다. 이는 디지털 콘텐츠의 희소성과 소유권을 확립함으로써 창작자에게 새로운 수익 모델을 제공한다.

이러한 디지털 자산의 거래와 관리는 스마트 계약을 통해 자동화된다. 특히 NFT의 경우, 창작자가 2차 시장에서 발생하는 거래에 대해 로열티를 자동으로 받을 수 있는 계약을 구성할 수 있다. 그러나 NFT 시장은 가격 변동성이 크고, 지적 재산권 분쟁, 기술적 복잡성 등의 과제도 안고 있다[6].

블록체인의 핵심 장점 중 하나는 기존 중앙 집중식 시스템과 구별되는 높은 수준의 보안과 투명성을 제공한다는 점이다.

보안성은 주로 암호화 기술과 분산 구조에서 비롯된다. 각 블록은 해시 함수를 통해 고유한 디지털 지문(해시값)을 가지며, 이전 블록의 해시값을 포함하여 연결된다. 따라서 한 블록의 데이터를 변경하려면 그 이후의 모든 블록을 재생성해야 하며, 이는 네트워크의 대다수 노드의 동의(합의 알고리즘) 없이는 사실상 불가능하다. 이러한 불변성은 데이터 위변조를 극도로 어렵게 만든다. 또한 공개 키 암호 방식을 통해 사용자 신원을 익명으로 보호하면서도 거래의 진위를 검증할 수 있다.

투명성은 퍼블릭 블록체인에서 특히 두드러진다. 모든 거래 내역은 네트워크에 참여하는 모든 노드에 공개되고 동기화된 분산 원장에 기록된다. 누구나 블록 탐색기를 통해 특정 주소의 거래 흐름을 조회할 수 있어 시스템 운영의 공정성을 검증할 수 있다. 이는 금융 거래나 공급망 관리와 같은 분야에서 신뢰를 구축하는 데 기여한다. 그러나 완전한 익명성은 아니며, 거래 주소와 실체 세계의 신원이 연결될 경우 개인정보 노출 우려가 제기되기도 한다[7].

보안과 투명성은 상호 보완적이다. 투명한 공개 장부는 불법적인 데이터 변경 시도를 모든 참여자가 감시할 수 있게 하여 보안을 강화하고, 강력한 암호화 기반 보안은 투명하게 공개된 데이터의 무결성을 보장한다.

블록체인의 확장성 문제는 네트워크가 처리할 수 있는 트랜잭션의 양과 속도가 제한적이라는 근본적인 한계를 가리킨다. 대표적인 퍼블릭 블록체인인 비트코인과 이더리움은 각 블록의 크기와 생성 주기에 제약이 있어, 초당 처리 가능한 트랜잭션 수(TPS)가 기존 중앙 집중식 결제 시스템에 비해 현저히 낮다[8]. 이로 인해 네트워크 사용량이 증가하면 트랜잭션 처리 지연과 수수료(가스비)의 급등이 발생한다.

이 문제를 해결하기 위한 다양한 기술적 접근법이 개발되고 있다. 주로 블록체인 자체의 프로토콜을 변경하는 온체인 확장 솔루션과, 주 체인 외부에서 트랜잭션을 처리하는 오프체인 확장 솔루션으로 구분된다. 온체인 확장에는 블록 크기 증가나 샤딩과 같은 방법이 포함되며, 오프체인 확장의 대표적인 예로는 레이어 2 솔루션이 있다.

확장성 문제는 단순히 속도와 처리량을 높이는 것을 넘어, 탈중앙화와 보안성이라는 블록체인의 핵심 가치와의 트레이드오프 관계에 있다. 처리 효율을 극단적으로 높이면 네트워크의 참여 노드 수가 줄어들어 중앙화 경향이 강해질 수 있으며, 이는 시스템의 취약점으로 작용할 수 있다. 따라서 확장성 해결책은 이 세 가지 요소(확장성, 보안성, 탈중앙화) 사이의 균형을 찾는 지속적인 과제이다.

작업 증명 방식을 사용하는 퍼블릭 블록체인, 특히 비트코인 네트워크의 에너지 소비는 지속적으로 논란의 대상이었다. 이 합의 알고리즘은 새로운 블록을 생성하고 네트워크를 보호하기 위해 참여자들이 복잡한 수학적 퍼즐을 푸는 경쟁을 하게 만든다. 이 과정에서 전 세계에 분산된 강력한 컴퓨터(암호화폐 채굴기)들이 끊임없이 연산을 수행하며, 이는 막대한 전력 소비로 이어진다. 일부 연구에 따르면 비트코인 네트워크의 연간 에너지 소비량은 중형 국가 한 개의 수준에 달한다[9].

이러한 높은 에너지 소비는 주로 화석 연료에 의존하는 지역에서의 채굴 활동과 결합되어 상당한 탄소 배출을 초래한다는 비판을 받아왔다. 환경 보호 단체와 일부 정부는 블록체인 기술의 환경적 지속 가능성에 대한 우려를 제기하며, 규제나 세금 부과를 검토하기도 했다. 이는 블록체인의 탈중앙화와 보안이라는 장점과 환경 비용 사이의 딜레마를 부각시켰다.

이에 대한 대응으로 더 효율적인 합의 알고리즘에 대한 연구와 전환이 활발히 진행되었다. 대표적인 예가 지분 증명 방식으로, 이는 연산 경쟁 대신 코인 보유량과 기간에 기반하여 블록 생성자를 선택함으로써 에너지 소비를 작업 증명 대비 극적으로 줄인다. 이더리움의 '더 머지' 업그레이드는 작업 증명에서 지분 증명으로의 전환을 완료하여 에너지 소비를 약 99.9% 감소시켰다. 또한, 탄소 중립을 목표로 재생 에너지를 사용하는 채굴 시설이 늘어나거나, 폐기되는 에너지(예: 천연가스 배관의 방출 가스)를 활용하는 사례도 등장하고 있다.

레이어 2 솔루션은 기존 블록체인의 한계, 특히 확장성 문제를 해결하기 위해 개발된 2차 계층 기술을 총칭한다. 이 솔루션들은 이더리움과 같은 기반 블록체인(레이어 1)의 외부에서 트랜잭션을 처리하거나 계산을 수행하여, 최종 결과만을 메인 체인에 기록하는 방식을 취한다. 이는 메인 체인의 부하를 크게 줄이고, 처리 속도를 높이며, 거래 비용(가스비)을 낮추는 것을 핵심 목표로 한다.

주요 레이어 2 솔루션의 유형은 다음과 같다.

이러한 솔루션들은 각기 다른 장단점을 지닌다. 상태 채널은 실시간 소액 결제에 적합하지만, 사전에 채널을 설정해야 하는 제약이 있다. 사이드체인은 유연성이 높지만, 메인 체인과 별도의 보안 모델을 가져 신뢰성에 대한 고려가 필요하다. 롤업, 특히 제로지식 증명을 활용하는 ZK-롤업은 높은 보안성과 빠른 최종 확정 시간을 제공하는 최신 기술로 주목받고 있다.

레이어 2 생태계는 빠르게 성장하며, 디파이와 NFT 거래의 주요 무대로 자리 잡고 있다. 이는 사용자 경험을 개선하고 블록체인 기술의 대중화를 촉진하는 핵심 인프라로 평가받는다.

탈중앙화 금융(DeFi)은 중앙 기관 없이 블록체인과 스마트 계약을 기반으로 금융 서비스를 제공하는 생태계를 의미한다. 전통적인 은행, 증권사, 보험사 등의 역할을 코드로 작성된 스마트 계약이 대체하여 대출, 예금, 거래, 파생상품 거래 등을 가능하게 한다. 사용자는 중개자 없이 직접 자신의 암호화폐 자산을 관리하고 다양한 금융 상품에 참여할 수 있으며, 이 과정은 높은 투명성과 접근성을 특징으로 한다. DeFi의 핵심 구성 요소로는 탈중앙화 거래소(DEX), 대출/차입 프로토콜, 자동화 마켓 메이커(AMM), 스테이블코인 등이 있다.

Web3는 현재의 중앙화된 인터넷(Web2)을 대체하는 차세대 인터넷 패러다임으로, 블록체인 기술을 근간으로 한다. Web3의 핵심 원칙은 탈중앙화, 사용자에 의한 데이터 소유권, 그리고 토큰 기반 경제 시스템이다. 이는 사용자가 자신의 데이터와 디지털 자산을 완전히 통제하고, 플랫폼 간 상호운용성을 갖춘 서비스를 이용할 수 있는 환경을 지향한다. Web3 생태계는 DeFi, NFT, 탈중앙화 자율 조직(DAO), 탈중앙화 신원(DID) 등을 포괄하는 광범위한 개념이다.

DeFi와 Web3는 서로 밀접하게 연관되어 발전하고 있다. DeFi는 Web3 비전의 핵심적인 금융 인프라를 구성하며, Web3는 DeFi를 넘어 사회적 협력, 콘텐츠 창작, 거버넌스 등 더 넓은 영역으로의 확장을 가능하게 하는 토대를 제공한다. 그러나 두 영역 모두 기술적 복잡성, 규제 불확실성, 보안 취약점(예: 스마트 계약 해킹), 사용자 경험의 부족 등의 과제에 직면해 있다. 이들의 발전은 블록체인 기술이 금융과 인터넷의 기본 구조를 어떻게 재편할지에 대한 중요한 실험이자 지표로 간주된다.

블록체인과 암호화폐의 급속한 발전은 전 세계적으로 새로운 규제적 도전 과제를 제기했다. 각국 정부와 규제 기관은 기술 혁신을 촉진하면서도 금융 안정성, 소비자 보호, 불법 활동 방지 사이에서 균형을 찾기 위한 법적 체계를 모색하고 있다. 규제 접근 방식은 지역에 따라 크게 달라, 금지에서 적극적인 수용에 이르기까지 다양한 스펙트럼을 보인다.

주요 규제 논의는 암호화폐를 자산으로 분류할지, 통화로 볼지, 또는 새로운 범주로 정의할지에 집중된다. 이에 따라 과세, 자본 이득, 증권법 적용 여부가 결정된다. 특히 이더리움과 같은 플랫폼에서 발행되는 토큰이 증권에 해당하는지 여부는 핵심 쟁점이다[10]. 또한, 암호화폐 거래소에 대한 자금세탁방지(AML) 및 고객확인의무(KYC) 규정 강화가 전 세계적인 추세다.

규제 환경은 빠르게 진화하며, 주요 경제권의 움직임이 글로벌 표준을 형성하는 데 영향을 미친다. 최근 몇 년 간의 주요 규제 동향을 요약하면 다음과 같다.

앞으로의 규제 과제는 DeFi(탈중앙화 금융) 프로토콜, DAO(탈중앙화 자율 조직), 스테이블코인 등 새로운 모델을 어떻게 기존 법체계에 통합할지, 그리고 국제적 규제 협력 체계를 어떻게 구축할지에 있다. 명확하고 일관된 규제는 불확실성을 줄여 기관 투자자의 참여를 촉진할 수 있지만, 지나치게 엄격한 규제는 혁신을 저해할 위험도 내포한다.