용량 증명(PoC) 이란 무엇인가? 하드디스크로 채굴하는 합의 방식

용량 증명 이란 무엇인가?

용량 증명(Proof of Capacity, PoC) 은 연산 능력이나 잠긴 자본 대신 하드디스크 용량을 합의 메커니즘의 자원으로 쓰는 블록체인 프로토콜입니다. 채굴자는 암호학적 해답을 미리 계산해 디스크에 저장하는데, 이 단계를 플로팅(plotting) 이라고 부릅니다. 새 블록을 만들어야 할 때 네트워크는 미리 계산된 답 중 가장 짧은 대기 시간(데드라인)을 제시한 참여자를 승자로 정합니다. 디스크 공간이 많을수록 저장된 답이 많고, 그만큼 이길 확률이 높아집니다. 무거운 계산은 한 번뿐이라 이후 채굴은 사실상 디스크에서 읽는 작업으로 줄어듭니다. 덕분에 에너지 소비는 작업 증명(PoW)보다 훨씬 적습니다.

PoW(ASIC/GPU가 실시간으로 해시 계산)와 PoC(미리 채워 둔 하드디스크를 블록이 열릴 때 읽기)를 비교한 간단한 다이어그램

왜 세 번째 모델이 필요했나?

블록체인 보안을 지키는 두 가지 대표 방식에는 구조적인 비용이 있습니다.

작업 증명은 비트코인의 보안 모델입니다. 채굴자가 SHA-256 해시를 무차별 대입으로 풀며, 난이도가 오를수록 특화된 ASIC 장비만 경쟁력을 갖고, 실패한 시도는 모두 에너지 낭비가 됩니다.

지분 증명(PoS)은 이더리움이 채택한 모델입니다. 에너지 문제는 대부분 해결되지만, 잠근 코인의 양이 검증 능력을 결정해 큰 자본을 가진 사람에게 구조적 이점을 줍니다.

PoC는 두 방식 사이의 빈틈을 메우려 했습니다. PoW의 에너지 딜레마를 피하고, 저렴한 일반 소비자용 디스크로 충분하게 만들어 PoS의 자본 장벽을 넘자는 것이었습니다. 이 아이디어는 2014년 Burstcoin으로 처음 구현되었고, 현대적으로 발전한 형태가 치아(Chia) 네트워크가 채택한 시공간 증명(Proof of Space-Time) 입니다.

코인 용량 증명 방법: 2단계 과정

1단계: 플로팅(디스크 준비)

채굴자는 자신의 계정 ID를 메모리 집약적 해시 함수(초기 Burstcoin에서는 Shabal 알고리즘)에 반복해서 넣고, 결과를 논스(nonce) 라는 단위로 하드디스크에 기록합니다. 전통적인 Burst 설계에서 논스 하나는 스쿱(scoop) 이라 불리는 4,096개 쌍으로 이루어진 8,192개의 해시를 담습니다. 이 단계는 계산량이 많지만 딱 한 번만 하면 됩니다.

논스 하나가 번호가 붙은 4,096개 스쿱으로 나뉘고, 그중 한 스쿱이 강조된 도식

2단계: 채굴

새 블록이 열리면 프로토콜은 직전 블록에서 도출한 숫자로 어떤 스쿱을 읽을지 정합니다. 각 채굴자는 저장된 논스에서 해당 스쿱을 읽어 자신의 데드라인, 즉 다음 블록을 만들 권한을 얻기까지 몇 초를 기다려야 하는지를 계산합니다. 네트워크 전체에서 데드라인이 가장 짧은 채굴자가 블록을 만들고 보상을 받습니다. 읽기는 몇 밀리초 만에 끝나므로, 미리 저장한 답 없이 실시간 계산만으로 이 경쟁에서 이기기는 불가능합니다.

숫자로 보는 예시: 세 채굴자의 경쟁

세 채굴자가 경쟁한다고 가정해 보겠습니다.

전체 네트워크 용량은 14TB 입니다. 각 채굴자의 승리 확률은 전체 대비 자기 용량 비율에 비례합니다. PoW에서 전체 해시 파워 대비 내 해시 파워 비율이 블록을 얻을 확률을 정하는 것과 같습니다. 차이는 채굴자 C의 8TB가 저렴한 일반 하드디스크로도 채워질 수 있다는 점입니다. PoW에서 같은 수준의 우위를 얻으려면 수백만 달러어치 특화 장비가 필요합니다.

PoC, PoW, PoS 비교

PoC의 장점

• 에너지 효율: 한 번의 플로팅 뒤 채굴은 디스크 읽기에만 의존해, 전기 소비가 PoW 채굴의 아주 작은 일부에 그칩니다.
• 낮은 진입 장벽: 저렴한 일반 디스크를 쉽게 구할 수 있고, 특화 장비에 의존하지 않습니다.
• 장비 경쟁이 없음: 최신 디스크라도 용량 외에는 뚜렷한 이점이 없어, 채굴자가 최신 기술을 쫓을 필요가 없습니다.
• 재사용 가능한 장비: 채굴을 그만두면 플롯 파일을 지우고 디스크를 일반 저장 용도로 계속 쓸 수 있습니다. ASIC과 정반대입니다.

위험과 함정

PoC가 모든 문제를 푸는 해법은 아닙니다.

• 저장 공간 중앙화: 낮은 진입 장벽은 양날의 검입니다. 대형 디스크 배열을 살 수 있는 큰 참여자가 네트워크를 지배할 수 있어, PoC가 풀려던 중앙화 문제를 다른 형태로 다시 만듭니다.
• 쓸모없는 데이터: 플롯 파일은 채굴 외에는 아무 쓸모가 없어, 큰 디스크 공간이 오직 이 목적에만 묶입니다.
• 숨은 악용: PoW 악성 코드는 CPU를 느리게 해 정체가 드러나지만, 플롯 파일은 블록이 열릴 때까지 대부분 조용해 무단 디스크 사용, 즉 저장 공간 기반 크립토재킹을 잡아내기 어려울 수 있습니다.
• 디스크 수명: 집중적인 플로팅과 지속적인 읽기는 특히 SSD의 수명을 줄일 수 있습니다.

PoC는 지금 어디쯤 와 있나?

용량 증명은 2014년 Burstcoin과 함께 틈새 실험으로 시작했습니다. 이 아이디어는 시간이 지나며 공간 증명(Proof of Space) 과 시공간 증명(Proof of Space-Time) 계열로 발전했습니다. 가장 대표적인 최근 사례는 그라인딩 공격을 막으려고 시간 요소를 더하고, 저장 공간 기반 합의를 훨씬 넓은 대중에게 알린 치아 네트워크입니다. 에너지 논쟁이 뜨거운 상황에서 PoC는 블록체인 보안을 순수 전기 소비에 묶는 설계에 맞서는 활발한 연구 분야로 남아 있습니다. 비슷하게 전기 대신 다른 자원을 쓰는 방식으로는 소각 증명이 있습니다.

채굴의 기초는 비트코인 채굴 가이드, PoS 채굴 종합 가이드, 채굴 풀 작동 원리 가이드에서 더 자세히 볼 수 있습니다.

COINOTAG 관점

PoC를 단지 경쟁 합의 모델로만 보는 것은 과소평가입니다. 진짜 기여는 개념적입니다. 블록체인 보안이 순수 연산 능력과 분리될 수 있고, 검증 가능한 희소 자원이라면 무엇이든, 여기서는 디스크 용량이 합의 게임의 닻이 될 수 있음을 보여 주었습니다. 저장 공간 기반 체인이 대규모 네트워크와 경쟁할 수 있을지는 여전히 열린 질문이지만, PoC는 업계가 에너지 효율과 하드웨어 접근성을 진지하게 고민하도록 이끈 사고의 흐름을 확실히 만들었습니다.