수정하기 - 이더리움의 합의 알고리즘은 어떤 방식으로 작동하나요?

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이더리움은 2022년 9월 일명 ‘더 머지(The Merge)’를 통해 작업증명(Proof of Work) 방식에서 지분증명(Proof of Stake) 방식으로 합의 알고리즘을 전환했습니다. 지분증명 기반의 이더리움 합의 알고리즘은 크게 노드(검증자) 선출, 블록 제안 및 검증, 최종 확정(finality)이라는 세 단계로 작동합니다.    첫째, 노드 선출 및 스테이킹 구조    이더리움 지분증명에서는 누구나 32 ETH를 예치(stake)하면 검증자(Validator)로 참여할 수 있습니다. 예치된 이더는 네트워크에 ‘지분’으로 묶여 있으며, 검증자의 선출권을 확보합니다. 전체 네트워크는 매 슬롯(slot, 약 12초 단위)마다 무작위성 비콘(beacon) 체인을 통해 다음 블록의 제안자(proposer)와 여러 검증자 위원회(committee)를 무작위로 뽑습니다. 무작위성은 랜덤 비콘(RANDAO)와 비콘 체인의 이전 블록 해시를 결합해 생성되므로, 특정 검증자가 예측이나 조작 없이 균등한 확률로 선정됩니다.    둘째, 블록 제안 및 검증    선출된 제안자는 새로운 블록을 구성해 네트워크에 전파합니다. 블록에는 트랜잭션과 함께 시점에 맞춘 메타데이터(이전 블록 해시, 슬롯 정보 등)가 담기며, 제안자는 자신이 보유한 이더를 예치한다는 증명과 서명을 함께 첨부합니다. 이어서 같은 슬롯에 배정된 검증자 위원회 구성원들은 이 제안된 블록을 받아들일지 판단합니다. 이들은 트랜잭션 유효성, 포맷, 이전 블록 참조 일치 여부 등을 점검하고, 합당하다고 판단되면 ‘어테스테이션(attestation)’이라 불리는 투표 서명을 생성해 다시 비콘 체인에 제출합니다.    셋째, 포크 선택과 최종 확정    블록이 제안된 뒤 여러 검증자 어테스테이션이 누적되면, 이더리움은 LMD GHOST(Latest Message Driven Greediest Heaviest Observed SubTree)라는 포크 선택 규칙을 적용해 가장 많은 어테스테이션이 모인 체인(가중치가 가장 높은 체인)을 계속 이어갑니다. 동시에 캐스퍼 FFG(Casper the Friendly Finality Gadget)라는 최종 확정 메커니즘이 주기적으로(한 에폭(epoch, 32 슬롯)마다) 작동합니다. 에폭이 끝나면 전체 검증자의 2/3 이상 어테스테이션이 특정 체인에 모였다는 사실을 확증하고, 그 체인의 블록들은 되돌릴 수 없는(finalized) 상태로 마크됩니다.    보상과 페널티    검증자는 블록을 제안하거나 어테스테이션에 참여할 때마다 스테이킹 잔액에 비례한 보상을 얻습니다. 반대로 고의적 이중 서명, 지연 응답, 비활성화 등 규칙 위반 시 ‘슬래싱(slashed)’되어 예치금의 일부가 잘립니다. 이로써 정직하게 네트워크 보안에 기여할 유인을 강화합니다.    정리하자면, 이더리움의 지분증명 합의 알고리즘은 (1) 무작위 스테이킹 기반 검증자 선출, (2) 제안자의 블록 생성 및 다수 검증자의 어테스테이션, (3) LMD GHOST 포크 선택과 캐스퍼 FFG 최종 확정이라는 절차를 통해 네트워크 합의를 이룹니다. 이렇게 설계된 구조는 기존 작업증명의 높은 에너지 소모를 크게 줄이는 한편, 2/3 다수의 어테스테이션 확보 시점에 블록이 확실히 확정된다는 강력한 최종성을 확보합니다.