비트코인의 ‘에너지 문제’에 대한 해결책

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By Jamie McKane Published: 12월 17, 2021
Bitcoin on an energy source

암호화폐 및 블록체인 기반 토큰을 둘러싼 투기 목적의 투자에 대한 전 세계적인 관심으로 비트코인 채굴이 심화되었으며, 비트코인 채굴의 인기가 높아지면서 비트코인 채굴자가 소비하는 전력에 대한 우려가 확산되었습니다. 비평가들은 비트코인 코어(BTC)를 그 주범으로 지목하고 있는데 이는 비트코인 코어가 과도한 양의 전력을 소비하고 이 에너지를 매우 비효율적인 방식으로 비트코인 코어의 일차 기능으로 변환하는 것으로 드러났기 때문입니다.

비트코인의 에너지 소비는 SHA-256 작업 증명 합의 메커니즘(proof-of-work consensus mechanism)의 결과로, 이 메커니즘을 사용하면 채굴자는 블록체인에 추가되는 거래의 블록을 검증하기 위해 복잡한 암호 퍼즐을 풀어야 합니다. 가장 많은 해시 파워를 출력하여 블록을 검증하고 보상을 받을 수 있는 기회를 얻기 위해 경쟁하는 채굴자들은 이 검증을 위해 특수한 하드웨어를 사용해야 합니다.

그러나 최근 캐나다의 회계, 세무, 비즈니스 컨설팅 회사인 MNP가 입증한 바에 따르면 이 에너지 문제는 SHA256 작업 증명 블록체인의 불가피한 산물이 아닙니다. ‘블록체인 기술과 에너지 소비량: 효율성 추구’라는 제목의 이 보고서는 비트코인 사토시 비전(BSV) 블록체인이 오리지널 비트코인 프로토콜 을 기반으로 하면서 비트코인 코어(BTC) 및 비트코인 캐시(BCH)보다 훨씬 더 높은 에너지 효율성을 제공한다는 것을 밝힙니다.

보고서는 BSV 블록체인이 사토시 나카모토의 백서에 기술된 본래 비전과 더 일치하는 비트코인 프로토콜을 구현한 덕분에 훨씬 더 큰 에너지 효율성을 달성하고 있다고 서술합니다. BSV와 다른 두 블록체인 프로토콜 간의 핵심 차이점은 BSV에는 블록 크기 및 이에 따른 거래 처리량에 대한 임의의 제한이 없다는 것이며, MNP는 이것이 널리 알려진 비트코인 채굴의 ‘에너지 문제’에 대한 주요 요인임을 발견했습니다.

“어떤 비트코인 프로토콜이 더 효율적인지 알아내기 위해 BTC, BSV 그리고 BCH 세 가지의 비트코인 프로토콜을 비교했습니다. 모든 비트코인 프로토콜이 프로토콜에 대한 채굴자의 계산 잠재력의 영향을 받는 채굴 난이도의 적용을 받는다는 것을 감안하여 거래당 킬로와트시(kilowatt-hours) 및 검증된 메가바이트(MB)당 킬로와트시를 측정 단위로 삼았습니다”라고 보고서는 서술합니다.

“BSV는 현재 네트워크에서 이용할 수 있는 블록 크기와 거래의 수(처리량) 그리고 다른 프로토콜의 한계 때문에 더 효율적입니다. BSV 네트워크의 거래 크기나 수가 다른 프로토콜의 제한을 넘어서는 한, BSV는 이 집단에서 가장 효율적인 블록체인입니다.”

BSV 블록체인의 확장성이 어떻게 BTC 및 BCH에 비해 훨씬 향상된 에너지 효율성을 제공하는지 탐구하기 전에 에너지 효율성과 비트코인 채굴에 대해 수행된 이전 작업을 숙고하는 것이 중요합니다.

 

비트코인 에너지 문제 

MNP는 에너지 효율성 모델을 만들고 이 세 가지 비트코인 기반 프로토콜의 비교를 준비하기 위해 이 분야에서 수행된 이전의 연구에 주목하는 것부터 시작했습니다. 많은 연구가 비트코인 코어(BTC) 네트워크에서 이루어지는 비트코인 채굴과 관련된 문제를 강조하였으며, 블록체인의 제한된 거래 처리량을 확인했을 때 비트코인 코어가 특히 비효율적이며 전력 소모가 과도하게 많은 것을 발견했습니다.

MNP의 보고서에 인용된 연구 중 하나는 알렉스 드 브리스(Alex de Vries)가 2018년에 작성한 ‘비트코인의 성장과 에너지 문제<Bitcoin’s Growing Energy Problem>‘라는 제목의 논문입니다. 드 브리스는 BTC 네트워크에서 작업하는 채굴자에 의한 상당한 전력 소비량을 강조하는데, 이는 선진국의 전력 소비량과 비교하여 측정할 수 있습니다. 드 브리스는 또한 BTC의 에너지 소비량이 증가하고 있음에도 불구하고 BTC 네트워크가 불균형적으로 낮고 정적인 거래 처리량을 보이고 있음을 빠르게 파악합니다.

“비트코인[BTC] 네트워크는 현재 최소 2.55GW의 전기를 소비하고, 미래에는 잠재적으로 7.67GW까지 소비할 것으로 추정됩니다. 이는 아일랜드(3.1GW) 및 오스트리아(8.2GW)와 같은 국가의 소비량에 필적합니다. 경제 모델은 비트코인의 전력 소비량이 후자의 숫자를 따르게 될 것이라는 것을 알려줍니다”라고 드 브리스는 명시합니다.

“2018년 3월 중순 현재 비트코인 네트워크에서는 매초 26퀸틸리언(quintillion)의 해시 연산이 끊임없이 수행됩니다. 동시에 비트코인 네트워크는 초당 오직 2~3개의 거래만 처리하며 이는 하루에 약 200,000건의 거래를 처리한다는 것을 의미합니다. 그리고 이는 처리된 거래에 대한 해시 계산의 비율이 기껏해야 8.7퀸틸리언(100경) 대 1임을 의미합니다. 이러한 각 계산의 주요 연료는 전기입니다.”

특히 작업 증명 블록 검증을 통해 실현된 거래 처리와 관련해서 MNP의 연구는 BTC 네트워크의 낮은 에너지 효율성에 대한 유사한 증거를 발견합니다. 다만 보고서는 BTC를 BSV 블록체인과 비교하면서, BSV는 이론적으로 단일 블록에 무제한의 거래를 수용할 수 있기 때문에 네트워크의 거래 처리량이 증가하면 에너지 효율성은 향상된다고 덧붙입니다.

“연구 결과는 BTC가 테스트한 다른 두 프로토콜보다 엄청나게 더 많은 전력을 소비한다는 점을 시사합니다. 가장 소비가 많은 프로토콜(BTC)과 가장 소비가 적은 프로토콜(BSV) 간에 추산된 소비량의 차이는 2021년 1분기에 최대(16,041.24GWh)였으며, 2020년 2분기 최저(11,343.25GWh) 였습니다”라고 MNP 보고서는 명시하고 있습니다.

“MNP의 추산은 분기당 BSV가 사용하는 전력의 60 ~ 250배를 BTC가 소비한다는 것을 시사합니다.”

 

해결책으로서의 BSV 확장성

BSV 블록체인의 향상된 에너지 효율성은 각 블록체인이 단일 거래 및 데이터의 메가바이트를 처리하기 위해 소비하는 전력량을 나타내는 거래당 및 메가바이트당 단위 모두에서 입증됩니다.

“거래는 처리량의 궁극적인 측정법입니다. 블록 내 거래의 수와 크기는 블록 크기에 영향을 미치게 됩니다. BTC에는 4MB에 근접하는 엄격한 블록 크기 제한이 있습니다. BCH에는 32MB라는 훨씬 더 관대한 제한이 있습니다. BSV는 블록 크기의 제한을 받지 않습니다”라고 MNP는 보고서에 서술합니다.

“채굴은 에너지를 소비하고 블록은 채굴의 산물이기에 블록 내에 더 많은 거래가 있을수록 거래당 에너지 소비량이 줄어듭니다. 마찬가지로, 블록이 더 커질수록 (메가바이트로 측정) 메가바이트당 에너지 소비량은 줄어듭니다.”

BSV 블록체인은 임의의 블록 크기 제한이 없는 덕분에 무제한으로 확장할 수 있으며 거래 처리량을 지속적으로 개선하는 동시에 채굴자의 해시 파워 및 네트워크 합의에 의해 검증된 블록의 보안이라는 작업 증명의 이점을 여전히 유지할 수 있습니다. 하지만 블록 크기에 대한 제한이 없다는 이렇게 단순한 사실은 에너지 효율성과 블록체인이 환경에 미치는 후속 영향에 큰 파장을 미칩니다.

‘처리량에 대한 궁극적인 측정’, 거래 및 네트워크에서 1MB의 데이터를 처리하는 데 소비되는 에너지 비용을 함께 엮어서 보면 BSV와 다른 두 블록체인 프로토콜 간의 에너지 소비량 차이는 매우 분명합니다.

먼저, 블록당 평균 거래 및 데이터를 비교해보면 BSV가 BCH나 BTC보다 더 큰 확장성을 제공하고 그에 따라 처리 효율성도 더 높다는 것을 즉시 알 수 있습니다. 이러한 더 높은 효율성은 블록당 각 프로토콜의 거래 및 메가바이트의 상한값을 고려하면 훨씬 더 명백해집니다.

MNP 보고서에 따르면 아래 그래프는 BSV, BTC 및 BCH의 블록당 평균 거래와 블록당 메가바이트를 보여줍니다. 이러한 예는 최고 수치를 반영하지 않으며, 이는 심지어 더 큰 차이로 BSV에 유리할 수 있습니다.

Megabytes per blockof graph of BSV, BCH, BTC.
Average transaction per block of BTC, BCH, and BSV graph
 

각 블록체인 프로토콜의 상이한 확장성은 명백합니다. 하지만 BSV의 무한한 확장성이 효율성과 비트코인의 ‘에너지 문제’에 대한 해결책으로 해석될 수 있을까요? 거래당 소비되는 킬로와트시(kWh)와 처리된 데이터의 메가바이트(MB)의 해당 측면에서 봤을 때 대답은 ‘그렇다’입니다.

MNP가 발견한 바로, 2020년 2분기부터 2021년 2분기까지의 추산치에 따르면 BSV 네트워크가 단일 거래 또는 데이터의 메가바이터를 처리하기 위해 필요한 에너지량은 BCH보다 훨씬 적으며 BTC와는 비교할 수 없을 정도로 적습니다.

“BTC에서 거래당 소비량은 시간이 흐르면서 꾸준히 증가합니다. 2020년 2분기에 시작된 평균 소비량 추산은 430kWh/tx에서 2021년 2분기에는 706kWh/tx까지 증가했습니다. “메가바이트당 추산 소비량은 동일한 패턴을 보이며, 2020년 2분기의 대략 757MWh/MB에서 991MWh/MB까지의 수치를 보입니다”라고 보고서는 명시합니다.

“거래당 추산 소비량은 BCH의 경우 2020년 3분기에 183kWh/tx로 정점에 도달하며 2021년 1분기에 6.5kWh/tx까지 하락합니다. 메가바이트당 추산된 소비량도 동일한 패턴을 보이며, 최대 수치는 2020년 3분기의 194MWh/MB, 최저 수치는 2021년 1분기의 20.5MWh/MB이었습니다.”

그러나 BSV에서 거래와 메가바이트 처리량의 추산 소비량은 비교적 일정하게 머무르며 상당히 낮습니다.

“[BSV에서] 거래당 소비량은 2020년 3분기의 3.3kWh/tx에서 2분기의 2.4kWh/tx까지의 폭을 보입니다. 메가바이트당 소비량은 12.63MWh/MB에서 2021년 2분기의 0.9MWh/MB까지의 폭을 보입니다.”

아래 그래프에서 이러한 에너지 효율성에 있어서의 큰 차이와 비트코인의 에너지 문제를 해결하기 위한 BSV의 무한한 확장성에 대한 역량을 볼 수 있습니다.

 

graph of BCH, BTC, and BSV estimated usage per transaction q2 2020
graph of BCH, BTC, and BSV estimated usage per megabyte q2 2020
블록체인 기술과 에너지 소비량에 대한 MNP의 보고서 전문을 읽으시려면 여기를 클릭하세요.