[BlockChain] 직접 삽질하며 배우는 블록 체인 - (1) 블록 체인 지갑 만들기

📌 Intro

안녕하세요. Brickstudy 민준입니다.

지난 콘텐츠까지 5년, 10년 뒤의 미래를 바라보는 기술 탐방기를 주제로  Web3.0, Rust 등을 주제로 공유를 했었는데, 이번 콘텐츠부터 블록 체인을 주제로 공유를 할 예정입니다.

해당 콘텐츠는 블록체인의 이론적인 부분과 함께 개발적인 부분을 같이 진행하여, 직접 블록체인과 관련된 기술을 경험해보며 블록 체인에 대한 이해를 높이는데 목적이 있습니다. 아직 블록 체인에 대해 이해가 부족한 단계라 내용이 부족하지만 참고정도만 부탁드립니다.

 

해당 글은 "읽고, 쓰고, 소유하라"책 내용을 참고하여 작성되었습니다.

 

🗂️ Table of Contents

1. 블록 체인의 시작

2. 블록 체인의 원리

3. 블록 체인의 거래

4. 실습 - 블록체인 지갑 만들기 ...(진행 중)

5. 참고 - 블록체인으로 개발해야하는 이유 (with. GPT)

 

💡 Background

블록체인에 대해 공부하면서, 이 기술이 왜 필요할까? 어떤 문제를 해결할 수 있을까?에 대해 최근 까지 고민해왔습니다. 이러한 고민 중 가장 블록체인의 가치에 대해 이해가 된 말이 이더리움 창시자인 비탈릭 부테린이 했던 말입니다.

 

대부분의 기술이 말단 노동자의 하찮은 일을 자동화하는 반면, 블록체인은 중심부의 핵심적인 일을 자동화 했다. 예를 들어, 블록체인은 택시 기사의 일자를 빼앗는 대신 우버의 일을 빼앗고, 택시 기사가 고객과 직접 일하게 만들었다.
- 비탈릭 부테린 (이더리움 창시자)

 

이를 보며, 블록 체인이 아직 어떤 기술인지는 모르겠지만, 기존 기술과는 다른 문제를 해결해볼 수 있는 기술이며, 어찌보면 현재의 기업으 플랫폼 등으로 운영되고 있는 기업 네트워크에 벗어나서 새로운 변화를 만들 수 도 있음을 기대했습니다.

 

 

일반적으로, 새로운 기술이 세상에 등장하는 방식은 두가지가 있습니다.

1/ Inside-out

  - 거대 기술은 기업 내부에서 시작하여 기업 혹은 기관에서 잘만들어져 외부로 나옴
  - 급여를 받는 직원이나 연구원들이 참여하여 기술을 개선하는 속도도 점점 좋아지기 때문에, 확실하고 선명하게 나타남
  - 현재의 빅테크 기업에서 발표하는 새로운 기술 (ex. 구글의 새로운 검색 엔진, MS AI)

 

2/ outside-in

  - 기술의 외곽에서 시작
  - 취미에 열심인 사람, 오픈소스 개발자, 스타트업 창업과 등이 주로 참여
  - 등장의 예측이 어려움
  - 빅테크 기업의 처음 (ex. 래리 페이지의 구글 초기 검색 엔진, 애플의 스티브 잡스)

 

현재의 블록체인은 전형적인 아웃사이드인 기술로, 대부분의 기술 기업은 블록체인에 관심이 없고, 대부분의 사람들은 블록체인이 컴퓨터라고 생각조차 하지 않습니다.
이러한 상황에서 스타트업 창업자 또는 오픈소스 개발자에 의해 생태계가 구축되며, 웹 초창기 프로토콜의 아웃사이더 기술처럼 기술 개발을 이끌고 있습니다.

 

이러한 점이 블록체인에 대해 매력적으로 다가왔으며, 앞으로 더 많은 기술을 찾을 수 있는 기회라는 생각으로 블록체인 공부를 시작하게 되었습니다.

 

 

1. 블록 체인의 시작

A. 중앙화 시스템의 한계

• 기존의 중앙화된 시스템(은행, 정부, 기업 서버 등)은 다음과 같은 문제를 가지고 있습니다.
  • 단일 실패 지점(Single Point of Failure): 중앙 서버가 해킹당하거나 장애가 발생하면 시스템 전체가 작동하지 않게 됩니다
  • 비용: 중앙 기관을 운영하고 신뢰를 유지하기 위한 높은 관리 비용.
  • 투명성 부족: 중앙 기관에 의존할 경우, 거래 및 데이터 관리가 불투명할 수 있습니다.
  • 점적 권한: 데이터를 중앙 기관이 독점 관리하여 사용자에게 불리한 정책을 강요할 가능성.

 

B. 금융 위기와 신뢰 문제

• 2008년 글로벌 금융 위기 이후, 은행과 금융 시스템에 대한 신뢰가 크게 하락되었습니다.
  • 금융 기관의 과도한 리스크 관리 실패로 인해 많은 사람들이 피해를 입음.
  • 중앙화된 금융 시스템의 문제점이 부각됨.

1. 데이터와 시스템을 분산화하여 제3자를 신뢰할 필요 없이 안전하고 투명한 방식으로 거래와 기록을 관리할 기술이 필요함
2. 금융 시스템을 대신할 수 있는 탈중앙화된 대안으로 블록체인 기반의 비트코인(Bitcoin)이 등장

 

C. 비트코인의 시작

• 블록체인 기술을 기반으로 한 최초의 암호화폐
• 사토시 나가모토가 작성한 세계 최초의 블록 체인 논문에서는 "블록 체인" 단어는 없었으며, 블록과 체인을 분리해서 사용했는데, 이후 커뮤니티를 통해 두 단어가 결합되어 블록체인이 생성됨
• 이 논문에서는 비트코인(블록체인)을 다음과 같이 기술

“새로운 종류의 디지털 화폐인 비트코인을 신뢰 대신에 암호 증명에 기반하여 임의의 자발적인 두 사람이 신뢰받는 제삼자의 개입 없이 서로 직접 거래할 수 있도록 한 전자 지불 시스템”
- 사토시 나가모토

 

 

위의 내용에서 핵심적인 부분은 "신뢰받는 제3자를 없애기 위한 시스템"이라는 것에 주목
은행, 금융기관 등을 거치지 않고 P2P 방식으로 거래의 신뢰와 보안을 보장할 수 있는 시스템을 구축

 

블록체인을 대부분 비트코인으로 단순히 화폐의 개념으로 알고 있는 분이 많은데, 비트코인은 블록체인의 하나의 예시이며, 블록체인 자체는 신뢰와 보안을 보장할 수 있는 시스템의 개념으로 불 수 있습니다.

 

2. 블록 체인의 원리

블록체인의 신뢰와 보안을 보장하기위해 어떤 시스템으로 구축 되었는지 원리를 간단한 예시로 설명하면 다음과 같습니다.

 

거래 장부

 

A. 예시 : 공유 공책 게임

• 1. 거래 생성
  • * 당신(A)이 친구(B)에게 10원을 보냅니다.
    * A는 "나는 B에게 10원을 보낸다"라는 내용을 친구들에게 알립니다.
• 2. 거래 검증
  • * 공책을 관리하는 모든 친구들은 이 거래가 유효한지 확인합니다.
      * "A가 정말로 10원이 있는지?"
      * A의 잔액을 확인하고 모두 동의하면 거래가 유효하다고 인정합니다.
• 3. 블록 생성
  • * 이번 주에 발생한 모든 거래를 하나의 페이지(블록에 정리합니다.
      * 예:
        1 A가 B에게 10원 보냄
        2 C가 D에게 20원 보냄
        3 E가 F에게 5원 보냄
    * 모든 거래가 기록되면 한 페이지(블록)가 완성됩니다.
• 4. 체인 연결
  • * 새 페이지를 작성하기 전, 이전 페이지와 연결합니다.
    * 각 페이지는 고유한 번호(해시)를 가지고, 이전 페이지의 번호와 연결됩니다.
    * 이렇게 하면 페이지(블록)를 중간에 바꿀 수 없게 됩니다.
• 5. 공유와 동기화
  • * 새로 작성된 페이지는 모든 친구들이 가진 공책 사본에 복사됩니다.
    * 이제 모든 친구들은 최신 거래 기록을 동일하게 가지고 있습니다.⠀

B. 블록체인의 중요 특징

• 탈중앙화
  • 공책은 특정 한 명이 아니라 모든 친구가 함께 관리합니다.
  • 누군가 공책을 잃어버려도 다른 친구들이 복사본을 가지고 있어 문제가 없습니다.
• 변경 불가능
  • 이미 적은 페이지는 수정할 수 없습니다.
  • 예를 들어, A가 "내가 B에게 10원을 보낸 기록을 없애고 싶다"라고 해도 모든 친구들이 동의하지 않으면 바꿀 수 없습니다.
• 투명성
  • 공책은 모두가 볼 수 있습니다.
  • 거래 내역은 숨길 수 없고, 누가 누구에게 돈을 보냈는지 확인할 수 있습니다.
• 보안성
  • 각 페이지가 고유 번호(해시)를 가지고 있어 위조가 어렵습니다.
  • 이전 페이지의 번호가 없으면 새 페이지를 연결할 수 없습니다.

 

3. 블록 체인의 거래

블록체인 거래 과정는 어떻게 이루어 지를 설명하면 다음과 같습니다.

 

A. 키 쌍 생성 (Public/Private Key Pair)

• 블록체인 시스템에서는 거래를 시작하기 전에 사용자가 고유한 키 쌍을 생성합니다.
  • 프라이빗 키: 비밀 키로, 거래를 서명하고 사용자의 자산을 보호합니다.
  • 퍼블릭 키: 공개 키로, 사용자의 신원을 증명하거나 거래를 수신할 때 사용됩니다.
• 프라이빗 키를 사용해 생성한 퍼블릭 키는 일방향 암호화 방식으로 연관됩니다.
  • 즉, 퍼블릭 키로는 프라이빗 키를 추정할 수 없습니다.

B. 지갑 주소 생성

• 퍼블릭 키를 특정 알고리즘(예: 해시 함수)으로 변환해 지갑 주소를 생성합니다.
  • 지갑 주소는 사용자가 거래 시 공유하는 식별자입니다.
  • 예: 비트코인의 경우 SHA-256과 RIPEMD-160 알고리즘을 사용.

C. 거래 생성

• 사용자가 거래를 시작하면 아래의 정보가 포함됩니다:
  • 송신자의 지갑 주소(퍼블릭 키 기반).
  • 수신자의 지갑 주소.
  • 송금할 금액.
  • 거래 시점의 타임스탬프.
• 생성된 거래 데이터는 프라이빗 키로 디지털 서명됩니다.
  • 디지털 서명은 거래 데이터의 무결성을 보장하고, 거래가 실제 소유자에 의해 생성되었음을 증명합니다.

D. 디지털 서명

• 디지털 서명은 프라이빗 키와 거래 데이터를 사용해 생성됩니다.
  • 거래 데이터를 특정 알고리즘으로 해시하여 고유한 값(해시 값)을 만듭니다.
  • 이 해시 값을 프라이빗 키로 암호화하여 디지털 서명이 생성됩니다.
• 디지털 서명은 거래의 보안을 강화합니다:
  • 위조 방지: 서명이 없다면 거래가 유효하지 않습니다.
  • 변경 불가능성: 거래 데이터가 변경되면 서명이 무효화됩니다.

E. 거래 전파

• 거래와 디지털 서명은 네트워크에 전송됩니다.
  • 모든 노드에 거래 내역이 전파되고, 각 노드가 거래의 유효성을 검증합니다.

F. 거래 검증

• 거래를 검증하기 위해 노드들은 송신자의 퍼블릭 키를 사용해 디지털 서명을 확인합니다:
  1. 퍼블릭 키로 디지털 서명을 복호화합니다.
  2. 복호화된 값이 거래 데이터의 해시 값과 일치하는지 확인합니다.
• 검증에 성공하면 거래가 유효하다고 간주되고, 메모리 풀(Mempool)에 추가됩니다.

G. 블록 생성 및 추가

• 검증된 거래는 블록 생성자(마이너 또는 검증자)에 의해 블록에 포함됩니다.
• 블록은 체인에 추가되며, 거래는 영구적으로 기록됩니다

 

4. 실습 - 블록체인 지갑 만들기 ...(진행 중)

A. 주요 개념

1. 프라이빗 키:
   • 사용자만 알고 있어야 하며, 노출되면 자산을 도난당할 위험이 있습니다.
   • 거래 생성 시 사용하여 디지털 서명을 만듭니다.
   • 사용자 자산을 송금하는 데 필수.
2. 퍼블릭 키:
   • 네트워크에서 공유되며, 거래 검증에 사용됩니다.
   • 디지털 서명을 검증해 거래가 송신자에 의해 만들어졌음을 증명합니다.
   • 거래를 수신할 때 수신자의 지갑 주소(퍼블릭 키 기반)를 사용.
3. 지갑 주소(Wallet Address)
   
   • 퍼블릭 키에서 생성된 문자열로, 송금을 받을 때 사용하는 식별자입니다.
   • 블록체인 상에서 사용자 간 암호화폐를 주고받기 위해 필요합니다

 

B. 보안 유지 원리

• 프라이빗 키를 보호: 프라이빗 키는 절대적으로 비밀합니다. 이를 분실하거나 유출하면, 누구든지 해당 키를 사용해 거래를 생성할 수 있습니다.
• 퍼블릭 키로 검증: 퍼블릭 키는 네트워크에 공개되지만, 암호화 기술로 거래의 위조를 방지할 수 있습니다.

 

C. 블록체인 지갑의 주요 기능

• 암호화폐 송금 및 수취
  • 특정 지갑 주소로 암호화폐를 보내거나 받을 수 있습니다.
• 잔액 확인
  • 지갑에서 보유 중인 암호화폐 잔액과 거래 내역을 확인할 수 있습니다.
• 거래 기록 관리
  * 블록체인 네트워크에 저장된 모든 거래 기록을 확인할 수 있습니다.

 

 

*코드에 대한 자세한 설명은 다음 콘텐츠 때, 설명할 예정입니다...

https://github.com/brickstudy/blockchain-module/blob/main/src/app/service/wallet.go

package service

import (
	"crypto/ecdsa" // ECDSA 알고리즘을 사용하여 키 생성 및 서명
	"crypto/elliptic" // 타원곡선 알고리즘(P256 등)을 위한 패키지
	"crypto/rand" // 암호화 난수 생성
	"errors" // 에러 처리를 위한 패키지
	"fmt" // 표준 출력에 사용
	"github.com/brickstudy/blockchain-module/src/dto" // 블록체인 모듈의 데이터 전송 객체 패키지
	"github.com/ethereum/go-ethereum/common/hexutil" // 16진수 인코딩 및 디코딩 유틸리티
	"github.com/ethereum/go-ethereum/crypto" // Ethereum 블록체인 관련 암호화 유틸리티
)

// 새로운 지갑을 생성하는 함수
func (s *Service) newWallet() (string, string, error) {
	p256 := elliptic.P256() // P256 타원곡선을 선택하여 키 생성에 사용

	// 1. 프라이빗 키 생성
	if private, err := ecdsa.GenerateKey(p256, rand.Reader); err != nil {
		return "", "", err // 키 생성 실패 시 에러 반환
	} else if private == nil {
		return "", "", errors.New("private key is nil") // 키 생성 결과가 nil인 경우 에러 반환
	} else {
		// 2. 프라이빗 키를 바이트 배열로 변환
		privateKeyBytes := crypto.FromECDSA(private)
		privateKey := hexutil.Encode(privateKeyBytes) // 프라이빗 키를 16진수 문자열로 변환
		fmt.Println(privateKey) // 생성된 프라이빗 키 출력

		// 3. 프라이빗 키를 다시 가져와 검증
		importedPrivateKey, err := crypto.HexToECDSA(privateKey[2:]) // "0x"를 제외한 키 디코딩
		if err != nil {
			return "", "", err // 키 변환 실패 시 에러 반환
		}

		// 4. 퍼블릭 키 추출
		PublicKey := importedPrivateKey.Public() // 프라이빗 키에서 퍼블릭 키 추출
		publicKeyECDSA, ok := PublicKey.(*ecdsa.PublicKey) // 퍼블릭 키를 ECDSA 형식으로 캐스팅
		if !ok {
			return "", "", errors.New("Error casting public key type.") // 캐스팅 실패 시 에러 반환
		}

		// 5. 퍼블릭 키로부터 블록체인 주소 생성
		address := crypto.PubkeyToAddress(*publicKeyECDSA)

		// 6. 프라이빗 키와 주소 반환
		return privateKey, hexutil.Encode(address[:]), nil
	}
}

// 지갑 생성 요청 처리
func (s *Service) MakeWallet() *dto.Wallet {
	var wallet dto.Wallet // 지갑 데이터를 저장할 구조체 생성
	var err error

	// 1. 새로운 지갑 생성 및 프라이빗/퍼블릭 키 설정
	if wallet.PrivateKey, wallet.PublicKey, err = s.newWallet(); err != nil {
		panic(err) // 키 생성 실패 시 프로그램 종료
	} else if err = s.repository.CreateNewWallet(&wallet); err != nil {
		return nil // 지갑 저장 실패 시 nil 반환
	} else {
		return &wallet // 생성된 지갑 반환
	}
}

// 기존 지갑 조회 요청 처리
func (s *Service) GetWallet(pk string) (*dto.Wallet, error) {
	if wallet, err := s.repository.GetWallet(pk); err != nil {
		return nil, err // 지갑 조회 실패 시 에러 반환
	} else {
		return wallet, nil // 성공적으로 조회한 지갑 반환
	}
}

 

지갑에 저장된 PK, PU

 

블록체인의 전체 거래과정 개발이 완료된 후에 별도 콘텐츠로 제작할 예정입니다.

 

 

5. 참고 - 블록체인으로 개발해야하는 이유 (with. GPT)

 

일반 API와 블록체인 기반 시스템은 여러 면에서 다릅니다. 블록체인 기술이 일반 API 기반 개발에 비해 유리한 이유를 다음과 같이 설명할 수 있습니다:

 

1. 탈중앙화 (Decentralization)

• 일반 API: 전통적인 API 시스템은 중앙화된 서버나 데이터베이스에 의존합니다. 이는 서버나 데이터베이스가 다운되거나 공격받으면 시스템이 중단될 위험이 있습니다.
• 블록체인: 블록체인은 탈중앙화된 네트워크에서 동작합니다. 데이터는 네트워크의 여러 노드에 분산되어 저장되므로 단일 장애 지점(Single Point of Failure, SPOF)이 없습니다. 즉, 서버나 노드가 다운되더라도 전체 시스템의 신뢰성과 가용성에 큰 영향을 미치지 않습니다.

2. 보안 (Security)

• 일반 API: 중앙화된 시스템에서는 서버가 해킹당하거나 데이터베이스가 침해되면 모든 데이터가 노출될 수 있습니다. 일반적으로 비밀번호나 토큰 기반 인증을 통해 보안을 유지하지만, 해커가 인증 정보를 탈취할 수 있습니다.
• 블록체인: 블록체인은 암호화와 해시 함수에 기반하여 데이터를 보호합니다. 거래는 디지털 서명으로 인증되고, 거래 기록은 블록체인에 안전하게 저장됩니다. 블록체인 네트워크가 해킹되려면 대부분의 노드가 동시에 공격당해야 하기 때문에, 보안 측면에서 더 강력합니다.

3. 투명성과 무결성 (Transparency & Integrity)

• 일반 API: 중앙화된 시스템에서는 관리자가 데이터의 변경이나 업데이트를 쉽게 할 수 있기 때문에 투명성이 부족합니다. 또한, 시스템의 무결성을 검증하는 것이 어렵습니다.
• 블록체인: 모든 거래와 데이터는 변경 불가능한 블록체인에 기록됩니다. 거래는 누구나 조회할 수 있으며, 변경이 불가능하여 투명하고 무결성을 유지합니다. 블록체인에서는 모든 거래가 공개되고, 사용자 간의 신뢰가 보장됩니다

4. 스마트 계약 (Smart Contracts)

• 일반 API: 기존의 API는 복잡한 비즈니스 로직을 서버에서 처리하고 결과를 반환하는 방식입니다. 이러한 로직을 중앙에서 제어하므로 중개자가 필요하고, 중개자가 신뢰할 수 있어야 합니다.
• 블록체인: 블록체인에서는 스마트 계약(Smart Contracts)을 사용하여 자동으로 비즈니스 로직을 실행할 수 있습니다. 스마트 계약은 코드로 작성된 계약이므로, 중앙 기관 없이도 조건이 충족되면 자동으로 계약이 이행됩니다. 이는 신뢰할 수 있는 제3자가 없더라도 계약이 실행되게 보장합니다.

5. 가속화된 결제 시스템 (Faster Transactions)

• 일반 API: 전통적인 결제 시스템은 은행이나 중개 기관을 통해 결제가 이루어집니다. 이 과정에서 여러 단계의 확인과 시간이 소요될 수 있습니다.
• 블록체인: 블록체인은 직접 P2P(Peer-to-Peer) 방식으로 거래를 처리할 수 있기 때문에, 중개자 없이 빠르게 결제가 이루어집니다. 특히, 암호화폐나 토큰을 활용한 결제는 국경을 넘어 빠르고 효율적인 거래를 가능하게 합니다.

6. 인터넷의 자산화 (Tokenization of Assets)

• 일반 API: 기존의 시스템에서는 자산을 중앙화된 기관이 관리하며, 자산의 소유권을 디지털화하는 것이 어렵습니다.
• 블록체인: 블록체인은 토큰화(Tokenization)를 가능하게 합니다. 예를 들어, 실물 자산(부동산, 예술품 등)이나 디지털 자산(NFT) 등을 블록체인 상에서 거래할 수 있습니다. 토큰화된 자산은 투명하게 거래될 수 있으며, 자동화된 방식으로 거래가 이루어집니다

7. 비즈니스 모델의 혁신 (Innovation of Business Models)

• 일반 API: 중앙화된 서비스는 항상 기업이나 서비스 제공자가 중간에서 운영하고 관리하는 형태입니다.
• 블록체인: 블록체인은 탈중앙화된 비즈니스 모델을 지원하며, DAO(Decentralized Autonomous Organization)와 같은 분산형 자율 조직을 통해 중앙 관리 없이도 공동체 기반의 운영을 가능하게 합니다. 예를 들어, 사용자들이 네트워크 참여로 보상을 받는 시스템을 만들 수 있습니다.

8. 규제와 법적 문제 (Regulation and Legal Issues)

• 일반 API: 중앙화된 시스템에서는 정부나 규제 기관의 규제에 따라 운영됩니다. 규제가 변경되면 시스템에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
• 블록체인: 블록체인은 탈중앙화되어 있어 중앙 정부나 규제 기관의 영향을 덜 받습니다. 그러나 여전히 법적 문제가 있을 수 있지만, 블록체인 기술은 더 나은 법적 보호와 개인정보 보호를 가능하게 할 수 있습니다.

블록체인 기술은 탈중앙화, 보안성, 투명성, 스마트 계약 등의 특성 덕분에 전통적인 API와 시스템보다 더 효율적이고 안전한 솔루션을 제공합니다. 특히, 중개자 없이 안전하고 투명한 거래가 가능하며, 자동화된 계약을 통해 비용을 절감할 수 있습니다. 이러한 특성은 금융, 공급망, 공공 서비스 등 다양한 산업에서 혁신적인 변화를 일으킬 수 있습니다.

 

 

오늘은 블록체인의 거래관점에서 이론을 위조로 공유드렸습니다. 다음 콘텐츠는 실제 거래를 위해 어떻게 코드를 구성하며, 블록체인 모듈까지 설명드릴 예정입니다.

 

긴 글 읽어주셔서 감사합니다.