비트코인 채굴이란 (비트코인 채굴 방법/원리)

비트코인 채굴(mining)에 대해 설명하기 전에, 비트코인의 본질을 간략히 살펴보겠다. 비트코인은 블록체인 기술을 기반으로 한 암호화폐이다. 암호화폐는 영어로 Cryptocurrency라고 하는데, crypto(암호화)와 currency(화폐)의 합성어이다. 암호화폐는 분산 장부(Distributed Ledger) 공개키 암호화를 활용한 전송을 통해 개인과 개인간의 거래가 가능하고, 해시함수를 통해 소유권을 증명할 수 있는 온라인 디지털 자산이다.

 

 

Photo by Brian Wangenheim on Unsplash

▶ 비트코인 채굴이란?

비트코인 채굴이란, 거래 내역이 기록된 블록을 생성한 뒤 그 대가로 비트코인을 받는 일련의 과정을 뜻한다. 비트코인 채굴자들은 전문화된 하드웨어를 사용하여 네트워크의 거래들을 처리하며 이에 대한 보상으로 새로 생성된 비트코인들을 보상받는다. 비트코인 거래내역 기록은 블록체인을 통해 전세계 네트워크에 분산 저장된다.

비트코인 네트워크에서는 10분에 한번씩 새로운 블록이 생성되는데, 이 블록의 이름을 16진수로 표기한 64자리의 해시(hash)를 가장 먼저 발견하는 채굴자에게 비트코인을 지급한다.
*해시(Hash): 임의의 길이를 갖는 임의의 데이터를 고정된 길이의 데이터로 변환하는 함수

참고로, 보상되는 비트코인은 4년마다 반으로 감소하는 '반감기'를 겪게 된다. 최초로 채굴이 진행된 2009년에는 50개, 2012년에는 25개, 2016년에는 12.5개, 2020년에는 6.25개가 보상으로 지급되었다. 비트코인 총 발행량은 2100만개이며, 2140년에 채굴이 완료될 것으로 예상된다.


▶ 비트코인 채굴 방식과 난이도

비트코인 채굴은 작업증명(PoW: Proof of Work)이 활용된다. 작업증명은 아담 백이 해시캐시를 발명하면서 만든 시스템이며, 비트코인 채굴을 위해서는 암호화 해시 알고리즘이 전제된 복잡한 수학 문제를 해결해야 한다. 마치 수학시간에 나온 방정식 문제를 푸는데 답이 나올 때까지 숫자를 하나하나 대입해서 푸는 과정과 같다고 한다. 단순 대입 작업을 통해서만 해답을 알 수 있기 때문에 끊임없이 숫자를 대입하여야 하며, 엄청난 횟수의 테스트를 거쳐야 한다. 가장 먼저 답을 찾아 블록을 생성한 채굴자 만이 비트코인을 획득할 수 있다

Photo by Charles Deluvio on Unsplash

비트코인 채굴에는 난이도 목푯값이 존재한다. 채굴자의 해답이 사전에 설정한 난이도 목표값보다 낮은 경우에만 문제를 푼 것으로 본다. 주지했듯이 비트코인 블록은 10분에 1회 새 블록을 생성하는데, 이 ‘10분’은 사토시 나카모토가 설계해놓은 주기이다. 비트코인 네트워크의 모든 노드는 블록 생성주기를 10분에 맞추기 위해 지속해서 난이도를 올리고 10분을 초과하면 난이도를 낮춘다. 자동적으로 블록 생성 주기는 10분에 맞춰진다.
*노드(Node) : 네트워크에서 연결 포인트 혹은 데이터 전송의 재분배점/종점. 즉 메시지가 생성되고, 수신되고, 전송되는 지점

▶ 비트코인, 나도 채굴할 수 있을까?

애초 비트코인 채굴은 누구나 가능했다. 국가의 허가를 받지 않고도, 컴퓨터 소프트웨어를 통해 채굴할 수 있었다. 그러나 중국 정부의 규제로 인해 허가 없는 채굴 활동은 어려워졌으며, 경쟁이 심화되고 장비와 전기세를 개인이 감당하기 어려워지자, 채굴 전문 기업이 채굴풀을 구성해 비트코인을 채굴하고 있다.

또한 현재 비트코인 채굴에는 막대한 전력이 사용된다. 영국 케임브리지대의 리서치에 의하면, 비트코인 채굴에 1년에 133.68테라와트시(TWh)의 전력이 소비된다고 한다. 국가 순위로 치면 27위로 실로 엄청난 전력이다.

비트코인을 채굴하기 위해서는 채굴기가 필요하다. 채굴기는 암호화폐 채굴 전용 컴퓨터로, 단순 반복 연산을 신속하게 저리할 수 있는 장비이다. 채굴기는 CPU, GPU(그래픽 카드)를 거쳐 채굴 전용 반도체인 에이식(ASIC)까지 발전했다.

[1세대 CPU 채굴기]
2009년 초창기에는 가정용 개인 컴퓨터로도 비트코인 채굴이 가능했다. 사토시 나카모토 역시 PC의 중앙처리장치(CPU)를 이용해 채굴했다. 그러나, 채굴자가 증가하면서 채굴난이도도 동반 상승했고 전문 채굴기를 요하게 됐다.

[2세대 GPU 채굴기]
비트코인이 돈이 되면서 많은 이들이 채굴 경쟁에 뛰어들었다. 채굴 경쟁 심화로 인해 난이도가 상승하고 따라서 고성능 병렬연산 처리 기능이 탁월하고 그래픽카드(GPU)를 장착한 채굴기가 필요하게 되었다. 비트코인 가격이 폭등하면서 한때 그래픽카드(GPU) 품귀 현상이 일기도 했다.

[3세대 ASIC 채굴기]
중국 우지한(Wu Jihan)이 경영하는 비트메인(Bitmain)은 목표값 이하의 해시를 신속하게 채굴하는 특수목적 주문형반도체(ASIC)로 채굴기를 제작했다. ASIC은 GPU에 비해 전기 사용량이 적고 성능이 월등히 뛰어나다. 아무리 좋은 특수목적주문형반도체 채굴기를 가지고 있더라도 이제는 혼자서는 블록을 생성하기 어렵게 되었다. 채굴자들 대부분은 전문적인 채굴풀을 구성해 비트코인을 채굴하고 있다.

이제 연산 능력이 낮은 채굴자는 영원히 한 개의 블록도 생성하지 못할 가능성이 크다.

채굴장 (출처 : www.Investopedia.com)

▶ 비트코인 채굴장, 중국에서 미국으로 이동

여태 중국에 채굴장이 밀집되어 있었던 건 저렴한 전기료, 채굴 인프라, 적합한 기후, 지역 주민들의 긍정적 인식 때문이었다. 그러나, 2021년 5월, 중국은 채굴 거래 및 금지를 발표했고, 중국 내 채굴장 절반 이상이 폐쇄됐다. 이로 인해 비트코인이 약 50% 급락했다. 그뒤 중국에서 활동하던 채굴업자들은 미국으로 채굴장을 옮겼다.

특히 텍사스, 마이애미, 메릴랜드는 새로운 채굴 지역으로 각광받고 있다. 텍사스주는 풍력 같은 재생에너지를 활용, 미국에서 가장 저렴한 전기료를 자랑하며, 덥지도 습하지도 않아서 비트코인 채굴에 적합하다. 마이애미는 시장이 나서서 채굴업체들의 전기료를 낮추고자 노력하고 있으며, 전기 생산에 원자력을 활용한다.

MAXI @btcstory