합의 알고리즘 PoW 및 PoS

작업 증명(PoW)의 핵심은 해시 함수를 이용한 계산 경쟁이다. 블록체인 네트워크의 참여자(광부)는 새 블록에 포함될 거래 데이터와 이전 블록의 해시 값, 그리고 임의의 숫자인 논스(nonce)를 결합하여 해시 연산을 수행한다. 목표는 이 결과값이 네트워크가 정한 특정 조건(예: 특정 개수 이상의 '0'으로 시작)을 만족하는 해시를 찾아내는 것이다.

이 조건의 기준이 되는 것이 난이도(Difficulty)이다. 난이도는 목표 해시값의 상한선을 결정하며, 이 값이 낮을수록 유효한 해시를 찾기가 더 어려워진다. 네트워크는 주기적으로(예: 비트코인은 약 2주마다) 전체 해시레이트(초당 해시 연산 시도 횟수)를 평가하여 평균 블록 생성 간격을 목표 시간(비트코인의 경우 10분)에 맞추도록 난이도를 조절한다. 참여하는 광부의 연산력이 증가하면 난이도는 상승하고, 반대로 연산력이 감소하면 난이도는 하락한다.

이러한 난이도 조절 메커니즘은 블록 생성 주기를 안정화시키는 동시에 네트워크 보안의 근간이 된다. 유효한 해시를 찾는 것은 매우 많은 계산 시도를 요구하지만, 찾은 해시를 다른 노드가 검증하는 것은 매우 쉬운 작업이다. 이 비대칭적 구조가 작업 증명의 보안성을 제공한다[1].

새로운 블록을 생성하는 과정은 작업 증명 시스템의 핵심이다. 채굴자는 네트워크에 브로드캐스트된 대기 중인 거래들을 모아 블록의 후보본을 구성한다. 이 후보본에는 이전 블록의 해시 값, 거래 데이터, 그리고 논스라고 불리는 임의의 숫자가 포함된다. 채굴자의 목표는 이 블록 데이터의 해시값을 계산하여 네트워크가 정한 현재의 난이도 목표값보다 낮은 값을 찾는 것이다. 이는 엄청난 양의 시행착오를 필요로 하는 계산 집약적 과정으로, 유효한 논스를 찾는 것이 바로 '작업 증명'에 해당한다.

유효한 논스를 가장 먼저 발견한 채굴자는 자신이 생성한 블록을 전체 네트워크에 제출한다. 다른 노드들은 이 블록의 유효성을 검증한 후, 자신들의 블록체인 사본에 해당 블록을 추가한다. 이 과정의 성공적인 완료에 대한 보상으로, 해당 채굴자는 두 가지 형태의 보상을 받는다. 첫째는 블록에 포함된 모든 거래에서 발생하는 거래 수수료의 합계이다. 둘째는 더 중요한 인센티브로, 사전에 정해진 양의 새로운 암호화폐가 '블록 보상'으로 채굴자에게 발행된다.

블록 보상은 시간이 지남에 따라 체계적으로 감소하도록 설계되는 경우가 많다. 예를 들어, 비트코인은 약 4년마다 발생하는 반감기를 통해 블록 보상이 50%씩 감소한다. 이 메커니즘은 통화의 총 공급량을 제한하고 인플레이션을 통제하는 데 기여한다. 보상 구조는 네트워크 보안을 유지하는 동기를 제공한다. 정직하게 행동하여 유효한 블록을 생성하면 큰 보상을 얻지만, 악의적인 행위를 시도할 경우 계산 리소스를 낭비하게 되어 경제적 손실을 입기 때문이다.

작업 증명은 암호화폐 네트워크의 보안을 유지하는 대가로 막대한 양의 전력을 소비합니다. 이 과정은 암호 해시 함수를 반복적으로 계산하여 특정 조건을 만족하는 논스 값을 찾는 경쟁에 기반을 두고 있습니다. 이 경쟁에서 이기기 위해 채굴자들은 점점 더 강력한 전용 반도체(ASIC) 채굴기를 도입하게 되었고, 이는 전체 네트워크의 에너지 소비를 기하급수적으로 증가시켰습니다. 비트코인 네트워크의 연간 에너지 소비량은 일부 중소규모 국가의 총 전력 사용량을 초과한다는 연구 결과가 있습니다[3].

이러한 높은 에너지 소비는 주로 화석 연료를 사용하는 지역에 위치한 대규모 채굴장을 중심으로 환경적 논란을 불러일으켰습니다. 주요 비판은 탄소 배출 증가와 전력망에 대한 부담, 그리고 전자 폐기물 발생 문제에 집중됩니다. 일부 지역에서는 저렴한 전력을 찾아 이동하는 채굴 산업이 지역 사회의 전기 요금 인상이나 전력 공급 불안정을 초래하기도 합니다.

이에 대한 대응으로, 일부 채굴업체들은 재생 에너지원을 활용하거나, 배연 가스와 같은 버려지는 에너지를 활용하는 방안을 모색하고 있습니다. 또한, 지분 증명과 같은 대체 합의 알고리즘으로의 전환 움직임은 환경적 압력이 주요 동인 중 하나로 작용합니다. 규제 당국도 이 문제에 관심을 기울여, 유럽연합과 같은 지역에서는 지속 가능성 기준을 충족하지 못하는 암호화폐에 대한 규제를 검토하기도 합니다.

검증자는 자신이 소유한 암호화폐를 네트워크에 예치하는 스테이킹 과정을 통해 선정된다. 이때 예치하는 자산을 '스테이크'라고 하며, 일반적으로 검증자로 참여하기 위한 최소 스테이크 금액이 존재한다. 검증자가 될 의향이 있는 노드는 특정 양의 코인을 스마트 컨트랙트나 시스템 내 전용 주소에 잠금 처리한다. 이 잠긴 자산은 네트워크에 대한 약속의 담보 역할을 하며, 악의적인 행위 시 일부 또는 전부가 몰수될 수 있다.

검증자 선정은 대부분 확률적 방식으로 이루어진다. 선정 확률은 일반적으로 스테이킹한 코인의 양과 기간에 비례한다. 즉, 더 많은 코인을 오랫동안 스테이킹한 참여자가 다음 블록을 생성할 검증자로 선택될 가능성이 높아진다. 이 과정은 작업 증명에서의 경쟁적 계산 대신, 경제적 지분에 기반한 결정 방식으로, 에너지 소비를 크게 줄인다. 일부 구현에서는 무작위성 강화를 위해 추가 요소를 도입하기도 한다.

스테이킹에는 보상과 위험이 동시에 존재한다. 검증자로 선정되어 블록을 정상적으로 생성 및 검증하면, 거래 수수료와 신규 발행된 코인 형태의 보상을 받는다. 반면, 네트워크 동의에 반하는 이중 서명이나 다운타임과 같은 악의적이거나 태만한 행위를 할 경우, 스테이킹한 자산의 일부가 '슬래싱' 되어 몰수된다. 이 경제적 인센티브와 처벌 구조가 지분 증명 네트워크의 보안을 유지하는 핵심 동력이다.

지분 증명의 경제적 보안 모델은 검증자가 네트워크에 스테이킹한 암호화폐 자산 자체를 담보로 삼아 악의적 행위를 억제하는 방식을 기반으로 한다. 이 모델에서 검증자는 규칙을 따르며 정직하게 블록을 생성하거나 검증할 경우 스테이킹 보상을 얻지만, 이중 서명이나 비정상적인 행위 등 네트워크 합의 규칙을 위반하면 슬래싱 페널티를 받아 스테이킹한 자산의 일부 또는 전부를 몰수당한다[5]. 이는 악의적 공격에 드는 경제적 비용이 예상 이익을 크게 초과하도록 설계되어, 합리적인 행위자가 공격을 시도하지 않도록 만든다.

이 모델의 핵심은 'Nothing at Stake' 문제를 해결하는 데 있다. 이론적으로 검증자가 여러 체인 분기에 동시에 블록을 생성해도 비용이 추가로 들지 않아, 네트워크 분쟁 시 검증자가 모든 체인에 참여하는 유인이 생길 수 있다. PoS는 슬래싱 메커니즘을 통해 이러한 행위를 명시적으로 금지하고 처벌함으로써, 검증자로 하여금 하나의 정당한 체인에만 참여하도록 경제적 유인을 부여한다. 또한, 장기적인 네트워크 가치와 검증자가 보유한 스테이크의 가치가 직결되도록 설계되어, 검증자 집단이 네트워크의 안정적 운영과 가치 상승을 위해 협력하는 구조를 형성한다.

보안 수준은 전체 스테이킹된 자산의 가치와 분산도에 크게 의존한다. 네트워크를 공격하기 위해서는 통화 공급량의 상당 부분을 확보해야 하며, 이는 막대한 자본이 소요된다. 공격 성공 시 발생할 네트워크 신뢰도 하락과 암호화폐 가치 폭락은 공격자가 보유한 스테이크의 가치를 훼손시키므로, 공격 자체가 경제적으로 비합리적인 행위가 된다. 이는 전통적인 작업 증명이 하드웨어와 에너지라는 물리적 자원에 기반한 보안을 제공하는 것과 대비되는, 순수하게 경제적 유인에 기반한 보안 체계이다.

지분 증명(PoS)의 기본 개념을 바탕으로, 보안, 효율성, 탈중앙화 수준을 개선하기 위해 여러 변형 알고리즘이 개발되었다. 이러한 변종들은 검증자 선정 방식, 보상 및 패널티 구조, 또는 합의에 참여하는 노드의 역할을 다르게 설계한다.

주요 PoS 변형 알고리즘으로는 지분 위임 증명(DPoS), 유동성 지분 증명(LPoS), 임대 지분 증명(LPoS), 지분 증명 권위(PoSA) 등이 있다. DPoS는 토큰 보유자가 투표를 통해 소수의 '대표' 노드를 선출하여 블록 생성과 검증을 위임하는 방식으로, 높은 처리 속도를 목표로 한다. LPoS는 소규모 보유자들이 자신의 지분을 큰 검증자 풀에 위임하여 보상을 공유할 수 있도록 하여 참여 장벽을 낮춘다. PoSA는 바이낸스 스마트 체인(BSC)에서 사용되며, 검증자 후보 중에서 매일 21명의 검증자가 순환하며 블록을 생성하는 구조를 가진다.

이 외에도 특정 문제를 해결하기 위한 변형들이 존재한다. 지분 증명 시간(PoST)은 지분과 함께 코인이 네트워크에 머문 시간을 고려하며, 지분 증명 용량(PoSC)은 저장 공간을 추가적인 자원으로 활용한다. 위임 비잔틴 장애 허용(dBFT)은 네오(NEO)에서 채택한 방식으로, 위임된 노드들이 비잔틴 장애 허용(BFT) 합의 프로토콜을 실행하여 거의 즉시 최종성을 확보한다.

이러한 다양한 변형들은 단일한 '지분 증명'이라는 범주 안에서도 서로 다른 트레이드오프를 보여준다. DPoS는 높은 처리량을 얻는 대신 검증 노드 수가 제한되어 상대적으로 중앙화 비판을 받기도 한다. 반면, LPoS는 광범위한 참여를 유도하지만, 위임을 받는 대형 검증자 풀의 영향력이 커질 수 있는 구조적 문제를 내포한다. 각 블록체인 프로젝트는 자신의 목표에 맞춰 최적의 합의 모델을 선택하거나 조합한다.

작업 증명(PoW)의 보안성은 높은 계산 비용에 기반합니다. 악의적인 공격자가 블록체인을 조작하려면 네트워크 전체의 51% 이상의 해시레이트를 장기간 확보해야 하며, 이는 엄청난 하드웨어 투자와 에너지 비용을 의미합니다. 이러한 경제적 비용이 공격을 억제하는 주요 요인으로 작동합니다. 그러나 51% 공격이 이론적으로 가능하다는 점과, 대규모 마이닝 풀의 등장으로 계산력이 집중될 수 있다는 점이 잠재적 취약점으로 지적됩니다.

반면, 지분 증명(PoS)의 보안은 경제적 담보에 의존합니다. 검증자는 네이티브 암호화폐를 스테이킹하여 블록 생성 권한을 얻고, 악의적인 행위를 할 경우 스테이킹한 담보금의 일부 또는 전부가 삭감(슬래싱)됩니다. 공격을 실행하려면 네트워크 총 스테이킹 금액의 대부분을 확보해야 하며, 이는 공격 성공 시 해당 암호화폐의 가치 하락으로 인해 공격자 자신의 자산 가치가 크게 훼손되는 구조입니다. 이른바 '아무도 자신이 보유한 자산의 가치를 파괴하는 공격을 실행하지 않는다'는 경제적 인센티브에 기반한 보안 모델입니다.

두 메커니즘은 서로 다른 공격 벡터에 직면합니다.

PoS는 초기 배포의 공정성 문제(프리마이닝)와 지분의 장기적 집중으로 인한 '부익부 빈익빈' 현상이 보안적 취약점으로 이어질 수 있다는 비판을 받습니다. 또한, 담보금이 잠겨 있는 동안 유동성 문제가 발생할 수 있습니다. PoW는 물리적 자원(에너지, 하드웨어)에 의존하기 때문에 지리적, 정치적 요소에 더 취약할 수 있으나, 그 동일한 물리적 한계가 공격 비용을 현실적으로 높인다는 점에서 강점을 가집니다.

작업 증명(PoW)은 해시 함수를 통한 경쟁적 연산 과정으로 인해 블록 생성 시간이 비교적 길고 처리량(초당 트랜잭션 수, TPS)이 제한적이다. 예를 들어, 비트코인의 평균 블록 생성 시간은 약 10분이며, 이론적 TPS는 7건 내외이다. 이는 네트워크 확장 시 심각한 병목 현상을 초래하며, 거래 확인을 위한 긴 대기 시간과 높은 수수료를 유발하는 주요 원인이다. 이러한 구조적 한계는 비트코인을 대규모 일상 결제 수단으로 활용하는 데 걸림돌이 된다.

반면, 지분 증명(PoS)은 연산 경쟁을 제거하고 검증자 선출 방식을 도입함으로써 처리 효율성을 크게 향상시킨다. 블록 생성 시간이 훨씬 짧아지고(예: 이더리움의 경우 약 12초), TPS가 PoW 기반 체인보다 높다. 특히 샤딩이나 레이어 2 솔루션과 같은 확장성 기술과 결합할 때 그 잠재력은 더욱 커진다. PoS는 기본 설계부터 더 빠른 트랜잭션 처리와 네트워크 용량 증대에 유리한 구조를 갖추고 있다.

두 알고리즘의 처리 속도 차이는 보안을 달성하는 방식에서 기인한다. PoW는 물리적 연산력(에너지)을 소모하여 외부 공격 비용을 높이는 반면, PoS는 경제적 가치(스테이킹된 자산)를 담보로 삼는다. 이 차이는 네트워크의 처리 프로세스에 직접적인 영향을 미친다. PoW의 느린 처리 속도는 의도된 보안 설계의 일부이지만, PoS는 보안을 유지하면서도 더 빠른 합의에 도달할 수 있는 경제적 인센티브 모델을 구축한다.

탈중앙화 정도는 블록체인 네트워크의 통제권이 얼마나 광범위하게 분산되어 있는지를 평가하는 핵심 지표이다. 작업 증명 기반 네트워크는 일반적으로 높은 탈중앙화를 목표로 설계된다. 누구나 특수한 ASIC 장비나 고성능 GPU를 구비하면 채굴자가 되어 블록 생성에 참여할 수 있기 때문이다. 그러나 실제로는 채굴에 필요한 막대한 전력 비용과 고가의 장비로 인해 채굴 산업이 대규모 농장에 집중되는 경향이 나타난다. 이는 소수의 큰 채굴 풀이 네트워크 해시율의 대부분을 점유하게 되어 잠재적으로 중앙화된 통제의 위험을 초래할 수 있다.

반면, 지분 증명 방식은 보유한 코인의 양(스테이크)에 따라 블록 검증 권한이 부여된다. 이론적으로는 코인을 보유한 모든 사용자가 검증에 참여할 수 있어 진입 장벽이 낮아 보인다. 그러나 실제 운영에서는 네트워크 보안과 효율성을 위해 최소 스테이킹 금액이 설정되거나, 검증자 수가 제한되는 경우가 많다. 이로 인해 대규모 코인 보유자(고래)나 전문적인 스테이킹 풀이 검권을 독점할 가능성이 제기된다. 또한, 초기 코인 분배가 불균등했을 경우, 그 구조가 검증 권력의 중앙화로 이어질 수 있다는 비판이 존재한다.

두 방식을 비교할 때, PoW는 장비와 에너지라는 물리적 자원의 분산을 기반으로 하며, PoS는 경제적 자본(코인 지분)의 분산을 기반으로 한다. 일반적인 평가는 다음과 같다.

결론적으로, 이상적인 완전한 탈중앙화는 두 모델 모두에서 달성하기 어려운 목표이다. PoW는 자본과 에너지 접근성의 문제에 직면하고, PoS는 부의 분배와 경제적 인센티브 구조의 문제에 직면한다. 따라서 많은 프로젝트는 검증자 선출 방식을 개선하거나 하이브리드 합의 알고리즘을 도입하는 등 탈중앙화 정도를 높이기 위한 다양한 변형 모델을 모색하고 있다.

비트코인은 사토시 나카모토가 2009년에 창안한 최초의 암호화폐로, 그 핵심 보안 메커니즘으로 작업 증명 합의 알고리즘을 채택했다. 이 시스템에서 광부들은 복잡한 암호학적 퍼즐을 풀어 새로운 블록을 생성하고 트랜잭션을 검증하는 경쟁을 한다. 성공적으로 블록을 생성한 광부는 새로 발행된 비트코인과 해당 블록에 포함된 거래의 수수료를 보상으로 받는다. 이 과정은 네트워크를 보호하고 모든 거래의 무결성을 보장하는 동시에, 신규 코인을 공급하는 발행 메커니즘 역할을 한다.

PoW 기반의 비트코인 네트워크는 전 세계적인 디지털 결제 시스템의 토대를 마련했다. 사용자는 중앙 기관 없이도 피어-투-피어 방식으로 가치를 이전할 수 있다. 특히 국제 송금 분야에서 기존 시스템보다 빠르고 상대적으로 저렴한 수수료를 제공하는 대안으로 주목받았다. 그러나 블록 생성 시간(평균 10분)과 블록 크기의 한계로 인해 초당 처리 가능한 거래량(TPS)이 제한되어, 네트워크가 혼잡해지면 거래 확인 시간이 길어지고 수수료가 급등하는 문제점도 나타났다.

비트코인의 결제 수단으로서의 활용은 점차 진화했다. 초기에는 온라인 커뮤니티나 특정 상점에서의 결제에 주로 사용되었으나, 현재는 자산 저장소 기능이 더 부각되는 추세다. 그럼에도 불구하고, 엘살바도르가 비트코인을 법정화폐로 채용하는 등 국가 차원의 결제 인프라 실험이 이루어지기도 했다. 또한 라이트닝 네트워크와 같은 레이어 2 솔루션은 주 블록체인 외부에서 수많은 소액 결제를 처리한 후 최종 결과만을 정산함으로써, 비트코인을 더 빠르고 저렴한 일상 결제에 사용 가능하도록 확장하려는 시도이다.

이더리움은 2022년 9월 더 머지 업그레이드를 통해 작업 증명에서 지분 증명 합의 알고리즘으로 완전히 전환했다. 이 전환은 네트워크의 에너지 소비를 약 99.95% 줄이는 동시에, 디파이 생태계의 기반이 되는 보안과 경제 모델을 근본적으로 재편하는 계기가 되었다. PoS 모델에서 검증자는 ETH를 스테이킹하여 블록 생성 권한을 얻고, 네트워크 보안에 기여한 대가로 보상을 받는다.

PoS 이더리움은 디파이 애플리케이션에 더욱 예측 가능하고 효율적인 기반을 제공한다. 스마트 계약 실행을 위한 가스 비용의 변동성이 완화되고, 블록 생성 시간이 더 규칙적이 되어 사용자 경험이 개선되었다. 또한, 검증자로 참여하기 위한 최소 스테이킹 금액이 32 ETH로 설정되면서, 개인과 소규모 참여자도 네트워크 보안에 직접 기여할 수 있는 길이 열렸다. 이는 기존 PoW의 채굴 장비 중심 구조보다 상대적으로 진입 장벽이 낮은 탈중앙화 모델을 지향한다.

디파이 생태계는 이더리움의 PoS 전환과 상호 발전했다. 대표적인 디파이 프로토콜인 유니스왑, 에이브, 컴파운드 등은 스테이킹된 ETH를 담보 자산으로 활용하거나, 프로토콜의 거버넌스 토큰을 스테이킹하는 메커니즘을 도입했다. 이로 인해 유동성 스테이킹 토큰이 등장했으며, 사용자는 스테이킹 보상을 받으면서도 해당 토큰을 다른 디파이 프로토콜에서 유동성으로 재활용하는 복리 수익 구조를 만들 수 있게 되었다.

이러한 변화는 전통 금융의 이자 개념을 모방한 예치 수익을 암호화폐 생태계 내에서 자생적으로 만들어냈으며, 이는 기관 투자자들의 관심을 끄는 주요 요소가 되었다. 결과적으로 이더리움의 PoS 전환은 단순한 합의 알고리즘의 변경을 넘어, 디파이를 중심으로 한 새로운 금융 패러다임의 핵심 인프라를 공고히 하는 역할을 했다.

전통적인 기관 투자자들은 지분 증명 방식을 채택한 블록체인 네트워크에서 제공하는 스테이킹 서비스를 점점 더 중요한 수익 창출 및 자산 운용 전략으로 포함시키고 있다. 이들은 고정 수익을 창출할 수 있는 예측 가능한 현금 흐름과, 네트워크 보안에 기여함으로써 얻는 장기적 가치 상승 기대를 동시에 추구한다. 주요 투자 은행, 헤지 펀드, 그리고 가족 사무소는 전문적인 스테이킹 서비스 제공자를 통해 또는 자체적인 인프라를 구축하여 대규모의 암호화폐 자산을 스테이킹에 참여시킨다.

기관을 위한 스테이킹 서비스는 일반 개인 투자자에게 제공되는 것과는 차별화된 특징을 보인다. 주요 서비스 모델은 다음과 같다.

이러한 서비스의 성장은 규제적 명확성과 함께 진행되었다. 많은 국가에서 스테이킹 보상을 이자 소득으로 간주하여 과세하고 있으며, 서비스 제공자들은 금융 당국의 규제를 준수해야 하는 부담이 늘고 있다. 또한, 기관들은 슬래싱 페널티와 같은 자본 손실 위험, 기술적 운영 리스크, 그리고 장기적인 토큰 가격 변동성 등을 관리해야 한다.

결과적으로, 기관 투자와 전문 스테이킹 서비스의 확대는 PoS 생태계에 상당한 자본과 안정성을 제공하면서, 동시에 전통 금융과 암호화폐 금융 사이의 경계를 흐리게 하는 중요한 동력으로 작용하고 있다.

PoW/PoS 혼합 모델은 작업 증명과 지분 증명의 장점을 결합하여 블록체인의 보안, 탈중앙화, 에너지 효율성 문제를 동시에 해결하려는 접근법이다. 기본 원리는 네트워크의 보안을 담당하는 주체를 이중화하거나, 블록 생성 과정의 단계를 나누어 각 합의 메커니즘을 적용하는 것이다. 예를 들어, 블록의 제안은 에너지 효율적인 PoS 방식을 통해 하고, 최종 검증 및 확정에는 보안성이 강력한 PoW 방식을 사용하는 구조가 있다. 이러한 혼합은 단일 알고리즘의 취약점을 보완하여 공격 비용을 극적으로 높이는 효과를 기대할 수 있다.

대표적인 구현 사례로는 Decred의 블록체인이 있다. Decred는 블록 생성 과정을 두 단계로 분리한다. 첫 번째 단계에서 PoW 채굴자들은 새로운 블록을 생성하고 후보 블록 헤더를 제출한다. 두 번째 단계에서는 PoS 투표자들이 이 후보 블록에 대한 검증 투표를 실시한다. PoW 채굴자와 PoS 투표자 모두 블록 보상의 일부를 받으며, 상호 견제를 통해 어느 한 그룹이 네트워크를 독점하는 것을 방지한다. 이 모델은 "하이브리드 합의(Hybrid Consensus)"로 불리며, 거버넌스에 대한 이해관계자의 직접 참여를 유도하는 특징이 있다.

혼합 모델의 변형으로는 시간 경과에 따라 주된 합의 알고리즘이 전환되는 방식을 들 수 있다. 일부 프로젝트는 초기 네트워크 출시 시 보안성을 위해 PoW를 채택하다가, 네트워크가 성숙하고 충분한 지분이 형성된 후 점진적으로 PoS로 전환하는 방안을 제시한다. 이는 순수 PoS 네트워크가 직면할 수 있는 초기 "Nothing at Stake" 문제[7]를 완화하는 동시에, PoW의 에너지 소비 문제도 장기적으로 해결할 수 있다.

이러한 혼합 모델은 이론적으로 우수한 균형을 제공하지만, 구현 복잡성이 증가하고 두 시스템 간의 경제적 인센티브 조정이 까다롭다는 실질적인 도전 과제도 존재한다. 또한, 두 메커니즘을 모두 운영해야 하므로 프로토콜 자체의 리소스 소모가 늘어날 수 있다는 비판도 있다.

지분 위임 증명(DPoS)은 지분 증명(PoS)의 변형 중 하나로, 탈중앙화와 처리 효율성 사이의 균형을 추구하는 합의 알고리즘이다. 핵심 원리는 토큰 보유자들이 직접 블록을 생성하지 않고, 자신의 투표권을 위임하여 '대표'(또는 '증인')를 선출한다는 점이다. 선출된 소수의 대표들이 번갈아 가며 블록 생성 및 검증 작업을 수행하여 네트워크를 운영한다. 이 구조는 민주적 선거 시스템에 비유될 수 있으며, 보통의 PoS보다 더 빠른 거래 확인과 높은 처리량을 가능하게 한다.

DPoS의 운영 메커니즘은 일반적으로 다음과 같은 사이클을 따른다. 먼저, 토큰 보유자들은 자신의 지분을 활용하여 신뢰할 수 있는 대표 후보자에게 투표한다. 그 후, 가장 많은 표를 얻은 상위 N명(예: 21명, 101명)의 후보자가 블록 생성을 담당하는 검증자로 선출된다. 이들은 정해진 순서대로 블록을 생성하며, 성실하게 임무를 수행하지 않거나 악의적인 행위를 할 경우, 토큰 보유자들의 투표로 즉시 교체될 수 있다. 이러한 책임과 교체 가능성의 메커니즘은 네트워크의 안정성과 보안을 유지하는 동력이 된다.

이 모델의 주요 장점은 빠른 확장성과 에너지 효율성이다. 소수의 신뢰할 수 있는 노드가 합의에 참여하기 때문에 거래 확인 시간이 짧고 초당 처리량이 높다. 반면, 비판자들은 소수의 대표자 집단이 네트워크를 지배할 수 있어 탈중앙화 원칙이 훼손될 위험이 있다고 지적한다. 또한, 대표자 선출 과정이 부유한 토큰 보유자나 대형 이해관계자들의 영향력을 강화할 수 있으며, 이는 '선거 독점'이나 담합으로 이어질 수 있다. 따라서 DPoS는 완벽한 탈중앙화보다는 실용적인 성능과 거버넌스 효율성을 중시하는 블록체인 플랫폼에서 주로 채택된다.

실용적 비잔틴 장애 허용(Practical Byzantine Fault Tolerance, PBFT)은 분산 시스템에서 비잔틴 장애를 견딜 수 있도록 설계된 합의 알고리즘이다. 비잔틴 장애란 시스템의 구성원(노드) 중 일부가 임의로 잘못된 정보를 보내거나 악의적으로 행동할 수 있는 상황을 가리킨다. PBFT는 1999년 밋첼리와 라스코가 제안한 고전적인 BFT 알고리즘을 실용적으로 개선한 모델로, 비동기 네트워크 환경에서도 작동하도록 설계되었다는 점이 특징이다.

PBFT의 핵심 작동 원리는 정해진 순서대로 노드가 리더(primary) 역할을 맡아 트랜잭션 블록을 제안하면, 다른 노드들(replicas)이 이를 검증하고 다수결을 통해 최종 상태에 동의하는 과정을 거친다. 일반적으로 전체 노드 수를 N, 최대 장애 허용 노드 수를 f라고 할 때, N ≥ 3f + 1의 조건을 만족해야 안전하게 합의에 도달할 수 있다[9]. 이 과정은 크게 '요청(Request)', '예비(Pre-Prepare)', '준비(Prepare)', '확정(Commit)'의 단계로 구성되며, 각 단계마다 노드들은 메시지를 교환하고 서명을 검증한다.

PBFT는 작업 증명(PoW)이나 지분 증명(PoS)과 달리 에너지 소비가 적고, 결정론적 최종성(deterministic finality)을 제공하며 트랜잭션 처리 지연 시간이 짧다는 장점이 있다. 이로 인해 하이퍼레저 패브릭과 같은 기업용 퍼미션드 블록체인에서 널리 채택되었다. 그러나 모든 노드가 서로 지속적으로 통신해야 하기 때문에 노드 수가 증가할수록 네트워크 오버헤드가 급격히 늘어나는 단점이 있다. 이 확장성 문제를 해결하기 위해 지분 위임 증명(DPoS)이나 PBFT를 변형한 다양한 알고리즘이 개발되었다.

작업 증명(PoW) 기반 블록체인, 특히 비트코인의 높은 에너지 소비는 국제적으로 주요 규제 및 정책 논의의 초점이 되었다. 이에 대한 대응은 크게 에너지 소비 자체를 제한하거나 규제하는 직접적 접근과, 사용 에너지의 원천을 청정 에너지로 전환하도록 유도하는 간접적 접근으로 나뉜다.

유럽연합(EU)은 MiCA(암호자산 시장 규제) 법안을 통해 PoW 기반 암호자산에 대한 지속가능성 관련 정보 공개를 의무화했으며, 향후 환경 영향을 근거로 한 시장 진입 제한 조치를 도입할 가능성을 남겨두었다[12]. 중국은 2021년 암호화폐 채굴을 금지하는 강력한 규제를 시행하며 국내 에너지 소비 문제와 탄소 배출 목표를 동시에 해결하려 했다. 미국과 캐나다의 일부 주 및 지역에서는 채굴업체에 대해 특별 전기 요금을 적용하거나, 청정 에너지 사용 비율을 요구하는 규제를 도입하기도 했다.

규제 압력은 산업의 자발적 변화도 촉진한다. 많은 채굴 업체들이 풍력, 태양광, 지열 등 재생 에너지로 전환하거나, 전력망에 부하가 적은 시간대의 잉여 전력을 활용하는 방식을 모색한다. 또한, 비트코인 채굴 위원회(BMC)와 같은 산업 단체는 에너지 소비 투명성 보고와 지속가능한 에너지 사용 비율 향상을 자체 목표로 설정하며 규제 당국과의 협의를 진행한다. 이러한 움직임은 규제가 단순한 제재를 넘어 산업 구조 개선의 동력으로 작용할 수 있음을 보여준다.

스테이킹 보상에 대한 과세는 국가별로 상이한 접근 방식을 보이며, 명확한 법적 체계가 정립되지 않은 경우가 많다. 일반적으로 스테이킹을 통해 획득한 새로운 암호화폐는 소득으로 간주될 수 있다. 일부 관할권에서는 보상을 받는 시점에 과세 소득이 발생한다고 보는 반면, 다른 지역에서는 암호자산을 매각하여 법정통화로 전환할 때까지 과세를 유예하기도 한다[13]. 과세 대상이 되는 금액과 시점을 결정하는 것은 복잡한 회계 문제를 야기한다.

법적 쟁점은 스테이킹 서비스의 제공 방식과 관련하여 더욱 첨예하게 나타난다. 사용자로부터 자산을 모아 전문 검증자(Validator)가 운영하는 중앙화된 스테이킹 풀을 통해 제공되는 서비스는, 제공 주체에 따라 증권 규제에 저촉될 가능성이 있다. 규제 기관은 사용자 자산의 실질적 통제권이 서비스 제공자에게 있는지, 보상이 사전에 약정된 수익을 약속하는 투자 계약에 해당하는지 여부를 판단한다[14]. 또한, 탈중앙화 금융(DeFi) 프로토콜을 통한 자동화된 스테이킹의 경우, 규제 당국을 명확히 특정하기 어려워 법적 책임 소재가 모호해지는 문제가 발생한다.

다음은 주요 국가들의 스테이킹 과세에 대한 초기 접근 방식을 비교한 것이다.

이러한 법적 불확실성은 기관 투자자의 참여를 저해하고 스테이킹 서비스 사업자의 운영 리스크를 증가시킨다. 따라서 많은 국가에서 스테이킹 및 합의 알고리즘 참여에서 발생하는 소득에 대한 명확한 세법 개정과 규제 가이드라인 마련이 진행 중이다.