Ethereum - 블록체인 | AI Insight Note

이더리움(Ethereum)은 2015년 비탈릭 부테린(Vitalik Buterin)이 개발한 스마트 컨트랙트 플랫폼이다. 비트코인이 가치 전송에 특화된 것과 달리, 이더리움은 튜링 완전한 프로그래밍 언어로 임의의 로직을 블록체인 위에 실행할 수 있다.

탄생 배경: 비트코인의 한계

비탈릭 부테린은 2014년 화이트페이퍼에서 비트코인 스크립트의 네 가지 핵심 한계를 지적하며 이더리움을 제안했다.

한계	설명
튜링 불완전성	반복문을 지원하지 않아 일반적인 계산이 불가능
값 불투명성 (Value-blindness)	UTXO 출력에 세밀한 금액 제어 조건을 부여할 수 없음
상태 부재	다단계 계약 등 복잡한 다중 상태 스크립트 불가
블록체인 불투명성	스크립트가 네트워크 데이터(난스, 타임스탬프 등)에 접근 불가

핵심 특성

특성	내용
네이티브 토큰	ETH (Ether)
합의 메커니즘	PoS (지분증명) (2022년 The Merge 이후)
스마트 컨트랙트	Solidity, Vyper
실행 환경	EVM (Ethereum Virtual Machine)
블록 시간	약 12초

EVM (Ethereum Virtual Machine)

EVM은 이더리움 네트워크의 모든 노드에서 동일하게 실행되는 가상 머신이다. 스마트 컨트랙트 코드를 바이트코드로 컴파일해 실행하며, 결정론적(Deterministic)으로 동작한다.

주요 토큰 표준

표준	용도	대표 사례
ERC-20	대체 가능한 토큰	USDC, DAI, UNI
ERC-721	NFT (대체 불가 토큰)	CryptoPunks, BAYC
ERC-1155	다중 토큰	게임 아이템

Gas 시스템

이더리움의 모든 연산에는 Gas 비용이 든다. 사용자는 Gas Price를 설정해 채굴자/검증자에게 수수료를 지불한다. EIP-1559 이후 기본 수수료가 소각되어 ETH 디플레이션 메커니즘이 도입됐다.

계정 모델 vs UTXO

비트코인이 미사용 트랜잭션 출력(UTXO)을 추적하는 방식과 달리 이더리움은 계정 기반 모델을 채택한다. 각 계정은 네 가지 필드를 유지하며, 외부 소유 계정(EOA)과 컨트랙트 계정 두 종류가 있다.

필드	설명
Nonce	전송된 트랜잭션 수 (재전송 공격 방지)
Balance	보유 ETH 잔액 (wei 단위)
코드 해시	스마트 컨트랙트 EVM 바이트코드의 해시 (EOA는 빈 해시)
스토리지 루트	계정 영구 저장소의 머클 패트리샤 트리 루트

GHOST 프로토콜

빠른 블록 생성 시간(~12초)으로 인한 보안 취약점을 해결하기 위해 이더리움은 변형된 GHOST(Greedy Heaviest Observed Subtree) 프로토콜을 도입했다. 메인체인에 포함되지 못한 블록(엉클 블록)도 보상을 받으며 네트워크 총 난이도 계산에 기여한다.

•엉클 블록 생성자는 기본 보상의 최대 7/8을 수령
•메인 블록을 채굴한 노드도 엉클 포함 시 추가 보상 획득
•최대 7세대 이내의 엉클만 유효 (오래된 블록 스팸 방지)

채굴 (Mining, PoW 시대)

2022년 The Merge 이전까지 이더리움은 작업증명(PoW) 기반 채굴로 네트워크를 운영했다. 채굴자는 새 블록을 생성해 보상을 받으며 네트워크 보안을 유지했다.

Ethash 알고리즘

이더리움은 Dagger-Hashimoto를 기반으로 한 메모리 하드(Memory-Hard) PoW 알고리즘 Ethash를 사용했다. 화이트페이퍼에서 기술된 채굴 방식은 채굴자가 상태에서 무작위 데이터를 가져와 최근 N개 블록의 임의 트랜잭션을 계산하고 결과 해시를 반환하는 구조다. 대용량 DAG(Directed Acyclic Graph) 파일을 RAM에 올려야 해 ASIC 채굴 저항성을 설계 목표로 삼았다.

블록 보상 변화

시기	하드포크	블록 보상
2015 – 2017	Frontier / Homestead	5 ETH
2017 – 2019	Byzantium (EIP-649)	3 ETH
2019 – 2022	Constantinople (EIP-1234)	2 ETH
2022 – 현재	The Merge (PoS 전환)	채굴 종료

엉클 보상 구조

화이트페이퍼가 명시한 엉클(Uncle/Ommer) 보상: 고아 블록 생성자는 기본 보상의 **87.5%**를 수령하고, 해당 엉클을 포함한 메인 블록 채굴자는 추가로 **12.5%**를 획득한다.

난이도 폭탄 (Difficulty Bomb)

이더리움은 채굴 난이도를 지수적으로 증가시키는 난이도 폭탄을 내장했다. 채굴이 점점 어려워져 사실상 불가능해지는 "빙하기(Ice Age)"를 통해 PoS 전환을 강제하는 경제적 압력으로 활용했다. 개발 지연 시 EIP를 통해 여러 차례 연기됐다.

•채굴 보상 = 블록 기본 보상 + 엉클 포함 보너스 + Gas 수수료 (팁)
•EIP-1559 (2021) 이후 기본 Gas 수수료는 소각, 팁(Priority Fee)만 채굴자 수령
•2022년 9월 15일 The Merge 이후 PoW 채굴 완전 종료, 검증자 스테이킹으로 대체

화이트페이퍼가 제시한 응용 사례

부테린은 2014년 화이트페이퍼에서 이더리움이 지원할 수 있는 다양한 응용 사례를 제시했으며, 이 중 상당수가 현재 실현되었다.

사례	설명	현재 구현
토큰 시스템	커스텀 화폐·금융 상품 발행	ERC-20 (USDC, DAI 등)
금융 파생상품	외부 가격 피드를 활용한 헤지 계약	DeFi 옵션 프로토콜
신원 및 평판 시스템	탈중앙화 이름 등록 및 신원 관리	ENS (이더리움 네임 서비스)
탈중앙화 파일 저장	시장 기반 인센티브로 분산 저장 제공	Filecoin, Arweave
DAO	스마트 컨트랙트로 운영되는 자율 조직	Uniswap DAO, MakerDAO
예측 시장	계약 검증을 활용한 예측·베팅 플랫폼	Augur, Polymarket
클라우드 컴퓨팅	검증 가능한 분산 컴퓨팅 시장	Golem, Akash

이더리움 생태계

•DeFi: Uniswap, Aave, MakerDAO 등 대부분의 DeFi 프로토콜
•NFT: OpenSea, Blur 등 마켓플레이스
•Layer 2: Arbitrum, Optimism, zkSync
•DAO: 수백 개의 탈중앙화 조직

The Merge (2022)

2022년 9월 이더리움은 PoW에서 PoS로 전환(The Merge)했다. 에너지 소비가 약 99.95% 감소했으며, 검증자는 32 ETH를 스테이킹해 네트워크 보안에 기여한다.

참고문헌

•Buterin, V. (2014). Ethereum Whitepaper
•Ethereum Foundation Docs

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