PoW와 PoS 효율성 논쟁: 자본 소비가 더 좋을까, 전력 소비가 더 좋을까?

이 글은 이더리움 애호가의 글로, 원제목은 《관점 | 전력 외 ------ PoS는 구세주가 아니다》이며, 저자는 KF입니다.

암호화폐 생태계 안팎에서 점점 더 많은 사람들이 지분 증명(Proof-of-stake, PoS)이 암호화폐의 장점을 제공하면서 작업 증명(Proof-of-work, PoW)의 에너지 소모 속성을 피할 수 있기를 희망하고 있습니다. 이러한 바람은 결국 실현되지 않을 것입니다. 왜냐하면 Paul Sztorc는 2015년에 「작업 증명보다 더 저렴한 것은 없다」라는 글에서 이 문제를 논의했기 때문입니다(중국어 번역본). PoS는 비용을 혼란스럽게 만들 뿐, 그것들을 제거할 수는 없습니다. 여기서 저는 왜 PoW가 민주주의와 같은지 이야기하고 싶습니다: 그것은 최악의 방법이지만 유일하게 사용할 수 있는 방법입니다.

이 글에서는 암호화폐의 안전성이 "그만한 대가를 치를 가치가 있는지"에 대한 논의는 하지 않고, 오직 PoS가 효율적인 방법인지에만 집중하겠습니다.

최고의 암호화폐는 가장 저렴한 방법으로 안전성을 확보해야 한다

PoW와 PoS를 합리적으로 비교하기 위해서는 비용(탄소 발자국)과 이점(블록체인 안전성)을 모두 고려해야 합니다. 따라서 우리의 질문은 "주어진 안전성을 확보하기 위해 지분 증명의 환경 비용이 더 낮은가?" 또는 "주어진 비용으로 지분 증명이 더 높은 안전성을 확보할 수 있는가?"가 될 수 있습니다. 이 두 질문은 논리적으로 동등합니다. 이 글에서는 두 번째 질문을 사용할 것입니다:

공리 1: 환경에 가장 친화적인 암호화폐는 안전성을 구매할 때 효율성이 가장 높은 것이어야 한다.

화폐는 마법이 아닙니다. 화폐가 유통되려면 일정한 안전성이 필요하며, 안전성을 확보하는 방법에는 효율성의 차이가 있습니다. 가장 효율적인 기술은 가장 작은 환경 탄소 발자국을 가질 것입니다. 이는 매우 유용한 사고의 관점입니다. 왜냐하면 이는 우리에게 깊은 경제 법칙을 상기시켜 주기 때문입니다: 한계 수익은 한계 비용과 같습니다. 블록체인이 안전성에 X원을 지출했다면, 이는 광부들이 이 보상을 경쟁하기 위해 총 X원을 지출할 것임을 의미합니다.

공리 2: 만약 어떤 암호화폐가 X원의 안전성을 구매했다면, 그 검증자는(보상을 받기 위해) 총 X원의 지출을 하게 된다.

이는 경쟁에 관한 확고한 경제 법칙입니다. 자신이 얻는 것보다 적게 지출하는 광부는 더 많은 지출을 할 의향이 있는 광부에게 패배할 것이고, 자신이 얻는 것보다 더 많이 지출하는 광부는 결국 파산할 것입니다. 블록체인이 안전성에 X원을 지출하면, 결국 광부들은 이 블록체인을 방어하기 위해 X원을 지출하게 됩니다. 지출의 유형에 따라 비율은 달라질 수 있지만, 모든 지출을 합치면 X원이 될 것입니다. 이는 한 근의 면화와 한 근의 철의 차이와 같습니다.

전력은 일부일 뿐, 전부가 아니다

사람들이 "비트코인이 에너지를 낭비한다"고 말할 때, 그들이 의미하는 것은 비트코인 블록을 생성하는 채굴 장비를 작동시키기 위해 전력이 필요하다는 것입니다. 아이러니하게도, 한편으로는 이 에너지가 비트코인 네트워크 운영에 필요한 에너지의 전부가 아니라는 점이 분명하며, 단지 일부일 뿐입니다. 다른 한편으로는, 이 부분이 블록체인을 보호하는 데 가장 직접적으로 사용되는 부분이므로 가장 적은 낭비가 발생합니다. 비트코인의 탄소 발자국을 전면적으로 측정하려면 하드웨어 비용(제작 및 폐기 비용)과 정상적인 상업 운영 비용(괜찮은 사무실을 꾸미고 비트코인 회의에 참석하기 위해 비행기를 타는 비용)도 고려해야 합니다. 후자의 두 가지 비용은 더 모호하고 추정하기 어렵습니다. 그러나 전체 시스템이 어떤 영향을 미칠지를 이해하기 위해서는 이들 또한 동일하게 중요합니다.

공리 3: 시스템의 탄소 발자국을 고려하려면 검증자의 지출의 모든 측면을 고려해야 한다.

이 세 가지 활동은 각각 낭비가 발생합니다. 비트코인 네트워크에서는 고립 블록이 불가피하게 발생하며, 이 고립 블록을 채굴하는 데 소모된 에너지는 낭비됩니다. 일부 하드웨어는 만들어졌지만, 운영 효율성이 완벽하지 않습니다. 일부 운영 비용은 필요하지만, 일부는 단순히 다른 곳에서 차를 마시는 것입니다. 지출이 블록체인 검증의 실제 작업과 밀접하게 관련될수록, 블록체인 안전성을 확보하는 효율성이 높아집니다. 기계가 자유도가 적을 때 효율성이 더 높아지는 것과 유사합니다: 부품이 하나 더 추가되면 쓸모없는 일이 더 많아집니다. 경제 시스템도 마찬가지입니다 ------ 구조가 많을수록 효율성이 낮아집니다.

예를 들어, 특정 대고객과의 관계를 잘 유지하기 위해 출장을 가는 것은 전체 비즈니스의 효율성을 높이는 것으로 추상화할 수 있으며, 따라서 안전성을 구매하는 데도 도움이 됩니다 ------ 그러나 그 효과는 매우 간접적이며, 전력에 대한 동일한 지출보다 안전성을 구매하는 효과가 떨어질 수 있습니다. 암호화폐가 안전 예산을 전력에 직접 지출할수록 안전성이 높아지고, 상업 운영자에게 지출할수록 안전성이 낮아집니다. 채굴 기업의 CEO는 그 기업에 필요할 수 있지만, 네트워크의 안전성에 기여하는 바는 크지 않습니다.

공리 4: 지출이 블록체인 검증의 실제 행동과 관련될수록, 안전성을 구매하는 효율성이 높아진다.

따라서 때때로 사람들이 ASIC 1에 대해 논의하며 그것이 암호화폐의 환경에 미치는 영향을 해치고 있다고 생각하는 경우가 있지만, 실제로는 정반대입니다. 채굴 장비의 전문화는 단위 하드웨어가 더 큰 계산 능력을 생성할 수 있게 하며, 이는 블록체인의 안전 예산이 하드웨어에 덜 지출되고 전력에 더 많이 지출된다는 것을 의미합니다. 이는 효율성에 있어 좋은 일입니다 ------ ASIC 채굴은 본질적으로 전통적인 CPU 채굴보다 더 깨끗합니다. 왜냐하면 ASIC은 에너지를 안전성으로 변환할 때 더 높은 효율성을 가지기 때문입니다(즉, 더 저렴합니다).

이것이 사람들이 "공간 증명(Proof-of-space)"과 같은 암호화폐(예: Chia)가 환경에 미치는 영향을 오해하는 이유입니다(이들은 계산 능력이 아닌 메모리를 사용하여 블록체인을 검증합니다). 하드 드라이브를 안전성을 생성하는 희소 자원으로 사용하는 것은 비용을 줄이지 않으며, 단지 블록체인의 안전 예산이 전력에서 하드웨어로 전환되었을 뿐입니다. 전력 소비만으로 암호화폐의 탄소 배출을 측정하면, 우리는 엄청난 발전이 이루어진 것처럼 보일 것입니다 ------ 그러나 하드웨어 지출도 고려하면 이는 효율성의 큰 손실임을 알게 됩니다.

현재 세계에는 많은 유휴 하드 드라이브가 존재하므로 Chia는 일종의 보조금을 받고 있는 것입니다. 그러나 이것이 영원히 지속될 것이라고 기대하지 마십시오. 어떤 암호화폐가 컴퓨터 메모리를 화폐화하는 데 성공하면, GPU에서 이미 발생한 일이 관련 하드웨어 분야에서 다시 일어날 것입니다. 더 중요한 것은, 결국 이 시스템은 동일한 규모의 PoW 기반 시스템보다 열악할 것입니다. 왜냐하면 안전 예산이 하드웨어 개발에 지출되기 때문입니다. 이는 전력에 직접 지출된 안전 예산보다 효율성이 낮습니다.

Tom's Hardware는 Chia 가격 폭등과 대용량 기계식 하드 드라이브의 부족을 보도했습니다. 그러나 더 심각한 문제는 SSD(의 부족)일 수 있습니다. 왜냐하면 대용량 하드 드라이브를 채울 수 있는 Bram Cohen BinggoTM 카드를 제작하는 데 SSD가 필요하기 때문입니다.

결론 1: 환경에 가장 친화적인 암호화폐는 안전 예산을 검증 작업과 가장 밀접한 사항에 지출하는 암호화폐입니다.

자본 잠금도 실제 비용이 드는 지출이다

Chia와 다른 공간 증명을 사용하는 블록체인은 PoW와 비교하기가 비교적 쉽습니다. 왜냐하면 당신은 쉽게 오래된 하드 드라이브가 쓰레기 매립지에 쌓이는 모습을 상상할 수 있기 때문입니다. 그래서 그들이 "정말로" 환경에 영향을 미친다고 확신하기 쉽습니다. 그러나 자본 손실도 환경에 실제 영향을 미칩니다. 왜냐하면 이 돈은 탄소 포집 기술과 탄소 효율 연구 등 여러 가지에 사용될 수 있기 때문입니다. 사람들은 이들이 "무료"(소모되지 않는)라고 "느끼지만", 이는 인간이 시간 가치를 생각하는 데 서툴기 때문입니다. 만약 자본이 정말 무료라면, 광부들은 아무런 대가 없이 얻을 수 있을 것입니다.

때때로 사람들은 개인적인 관점에서 PoS가 낭비가 될 수 있지만, 사회적인 관점에서는 절약이 될 수 있다고 주장하는 경우도 있습니다. Dan Robinson이 말한 것처럼:

당신의 종교가 당신의 진정성을 증명하기 위해 자신의 희생을 요구한다고 가정해 보십시오. 당신은 소를 화산에 던질 수도 있고, 낯선 사람에게 줄 수도 있습니다. 두 가지 모두 당신에게는 같은 비용이 들지만(따라서 모두 계율 요구를 충족할 수 있습니다), 첫 번째 경우의 사회적 비용은 더 높습니다.

사실은 정반대입니다. 자본 잠금은 개인에게 낭비가 아니며, PoS의 스테이킹 알고리즘이 보상을 제공합니다 ------ 이 자본은 화산에 던져지지 않고, 당신에게 수익을 창출하며, 다른 ETH 보유자의 이익을 대가로 합니다. 자본 잠금은 낯선 사람에게 자금을 보내는 것과 완전히 다릅니다. 왜냐하면 이러한 자금을 인수할 낯선 사람이 없기 때문입니다. 검증자는 "그들의 자본을 모두에게 고르게 분배하지" 않으며, 실제로는 모든 사람이 검증자의 작업에 대해 동등하게 비용을 지불합니다(형태는 새로 채굴된 ETH입니다). 또한, 공리 2 덕분에 우리는 검증자가 받는 보상이 바로 이 자금의 비용과 같다는 것을 알고 있습니다.

반면에, 자본 잠금은 사회적인 관점에서 낭비입니다. 왜냐하면 이 자본은 더 이상 공장을 건설하거나 연구를 지원하거나 사회에 유익한 모든 일을 하는 데 사용될 수 없기 때문입니다. 2008년 금융 위기를 생각해 보십시오 --- 공장이 파괴되거나 집이 무너진 것도 없고, 물질 자산의 손실도 없습니다. 결과는 단지 자본 손실일 뿐입니다 --- 그러나 이는 여전히 매우 무거운 사회적 대가입니다. 자본은 정보 축적의 특별한 형태로, 자원의 최적 배치에 대한 정보를 응축합니다. 정보 손실은 가시적인 것의 손실과 다르지만, 여전히 손실이며, 심지어 더 나쁠 수 있습니다.

따라서 공리 1과 공리 2를 기억하며, PoS와 PoW의 공정한 비교는 다음과 같아야 합니다:

지분 증명은 광부의 지출을 없애지 않았으며, 단지 PoW 시스템의 전력 지출 부분을 자본 지출로 전환했을 뿐입니다. 자본 잠금의 외부성과 전력 소비의 외부성을 비교하는 것은 복잡하고 미묘한 문제입니다 ------ 그러나 문제는 PoS 시스템의 지지자들이 종종 전력이 (시스템 운영에) 유일하게 지불해야 할 대가라고 가장하는 것입니다:

고의적으로 오해를 불러일으키는 비교, 이더리움 재단 블로그에서 발췌한 내용입니다.

실망스럽습니다. 이더리움 재단은 "평균 거래당 소모된 에너지"가 완전히 의미 없는 지표라는 것을 잘 알고 있으며, 이렇게 데이터를 사용하는 것은 고의적인 기만입니다. 핵심은 PoS 시스템이 더 적은 에너지를 사용했는지 여부가 아닙니다 ------ 실제로 더 적지만, 그것이 전부는 아닙니다. 의미 있는 논의는: 자본을 소비하는 것이 더 나은가, 전력을 소비하는 것이 더 나은가? 자본 비용을 논의하지 않고 PoS를 지지하는 어떤 이론도 근본적으로 잘못된 것입니다.

효율성 비교: 스테이킹 vs. 채굴

PoW/PoS 논쟁에서 PoS 지지자들은 종종 유리한 입장을 차지합니다: 완전히 탈중앙화된 지분 증명 시스템은 아직 존재하지 않습니다. 이는 PoS 지지자들이 최종 해결책이 얼마나 효율적이고 우아할 수 있는지를 마음껏 상상할 수 있음을 의미합니다. 알려진 채굴 알고리즘은 완벽하게 효율적이지 않으며(예를 들어 「자기 채굴」 문제 존재), PoS 시스템이 결함이 없다고 믿을 이유도 없습니다 ------ 그러나 해결책이 최종적으로 완성되기 전까지는 PoS 지지자들이 검증자가 이 시스템을 속이기 위해 사용할 수 있는 구체적인 전략을 고려할 필요가 없습니다.

시스템을 조작할 기회가 많을수록, 안전 예산과 실제 검증의 관계는 더욱 느슨해집니다. "진정한 지분 증명을 시도한 적이 없다"는 이유로, 우리는 먼저 안전 예산이 어느 정도로 잠금 자본으로 전환될 수 있는지, 그리고 잠금 자본이 안전성을 생성할 때 얼마나 효율적인지 알지 못합니다. 정의상 PoW는 검증과 밀접하게 결합되어 있지만, PoS는 지금까지 완전한 정의를 얻지 못했습니다.

관찰 1: PoW는 안전성과 밀접하게 결합되어 있다. 그러나 PoS가 어느 정도까지 가능할지는 불확실하다.

외부성: 스테이킹 vs. 채굴

우리가 모두 동의한다고 가정해 보겠습니다. 안전성 효율성의 관점에서 잠금 자본과 채굴의 효율성이 동일하다면, 남은 질문은 "외부성"입니다. 이는 제가 이성적인 논의에서 여전히 균형 관계에 대한 의견 차이가 있을 수 있다고 생각하는 부분입니다.

단기적으로 PoW 시스템은 다른 프로젝트와 에너지를 사용하기 위해 경쟁해야 하지만, 장기적으로는 저렴한 에너지의 개발과 생산을 장려하여 전력 비용을 점차 낮추고 모든 사람에게 혜택을 줄 것입니다(금융 용도든 환경 보호든). 저렴한 전력은 새로운 기술과 더 많은 생산을 촉진할 것입니다.

지분 증명은 단기적으로 다른 프로젝트와 자본을 사용하기 위해 경쟁해야 하지만, 더 많은 자본을 창출하도록 장려할 수 없으므로 점차 자본 비용을 높일 것입니다. 자본 비용이 높아지면 프로젝트 수가 줄어들 것입니다 ------ 공장도 줄어들고, 연구도 줄어들 것입니다.

당신이 PoW의 외부성을 선호하는지, PoS의 외부성을 선호하는지는 기술 발전에 대한 투자를 통해 환경 위기를 해결할 것인지, 아니면 현재 소비를 절약하는 것이 더 나은지에 대한 당신의 생각에 따라 달라질 수 있습니다. 지구를 구하기 위해 우리는 더 저렴한 재생 가능 에너지를 만들어야 할까요, 아니면 모든 것을 더 비싸게 만들어야 할까요?

관찰 2: 작업 증명은 미래의 투자를 장려한다. 반면 지분 증명은 탐색을 억제한다.

PoS는 심지어 작동하지 않는다

앞서 언급했듯이, 우리는 충분히 탈중앙화된 지분 증명 시스템이 실현될 수 있을지 알지 못합니다. 현재 PoS 시스템이라고 주장하는 암호화폐는 기본적으로 특정 중앙화된 조정자나 "체크포인트(checkpoint)"에 의존하고 있습니다. 이더리움은 2015년 시작 이후 완전히 탈중앙화된 PoS 시스템으로 전환하기 위해 노력해 왔으며, 지금까지 Phase 0만 출시했으며, 검증자가 스테이킹하는 것만 지원하고 있습니다 …… 당신이 돈을 잠그면, 더 이상 나올 수 없고, 사용할 수도 없습니다.

PoS 시스템이 충분히 안전할 수 있는지에 대한 논란이 많습니다(예: 「장거리 공격」, 「무관심」, 「작업량은 시간에 걸쳐 / 지분은 반대」). 이들은 연구에서 열린 문제이지, 구현 과정에서의 할 일 목록이 아닙니다. 우리는 좋은 해결책을 찾는 데 얼마나 오랜 시간이 걸릴지, 심지어 좋은 해결책이 존재하는지조차 알지 못합니다. 2017년의 이 게시물을 보십시오:

PoS는 아마도 "작동할 수 있을 것"입니다. 그러나 그 작동 방식은 병적입니다. PoW는 저렴한 전력을 얻을 수 있는 사람들을 선호하고, 자본으로 그들을 보상합니다. 완전히 평등하지는 않지만, 긍정적 피드백 루프에 빠지지는 않습니다. 반면 PoS는 저렴한 비용으로 자본을 얻을 수 있는 사람들을 선호하고, 그들에게 자본을 보상하여 순환을 생성합니다. 부유한 사람은 더 부유해지고, 부유할수록 더 부유해지기 쉬워집니다.

만약 지분 증명이 "시작할 수 있다면", 그러나 최종 결과가 모든 권력이 소수의 슈퍼 부유한 기관에 집중되고, 그들이 이 시스템을 영구적으로 통제할 수 있다면, 그것은 암호화폐가 해결하고자 하는 문제를 해결할 수 없습니다. 우리는 현재의 중앙은행과 "캔디용 효과에서 이익을 얻는 내부자"로 구성된 시스템을 계속 사용하는 것이 낫습니다. 우리는 암호화폐가 이 시스템을 깨뜨리기를 원하며, 새로운 포장에 오래된 술이 담기기를 원하지 않습니다.

관찰 3: 작업 증명은 이미 존재하며, 스스로 성장할 수 있음을 증명했다. 그러나 지분 증명은 여전히 해결되지 않은 문제이다.

결론

• 공리 1: 환경에 가장 친화적인 암호화폐는 안전성을 구매할 때 효율성이 가장 높은 것이어야 한다.
• 공리 2: 만약 어떤 암호화폐가 X원의 안전성을 구매했다면, 그 검증자는(보상을 받기 위해) 총 X원의 지출을 하게 된다.
• 공리 3: 시스템의 탄소 발자국을 고려하려면 검증자의 지출의 모든 측면을 고려해야 한다.
• 공리 4: 지출이 블록체인 검증의 실제 행동과 관련될수록, 안전성을 구매하는 효율성이 높아진다.
• 결론 1: 환경에 가장 친화적인 암호화폐는 안전 예산을 검증 작업과 가장 밀접한 사항에 지출하는 암호화폐이다.
• 관찰 1: PoW는 안전성과 밀접하게 결합되어 있다. 그러나 PoS가 어느 정도까지 가능할지는 불확실하다.
• 관찰 2: 작업 증명은 미래의 투자를 장려한다. 반면 지분 증명은 탐색을 억제한다.
• 관찰 3: 작업 증명은 이미 존재하며, 스스로 성장할 수 있음을 증명했다. 그러나 지분 증명은 여전히 해결되지 않은 문제이다.

안타깝게도, 자세히 조사한 결과, 우리는 PoS의 대부분의 "장점"이 단지 겉보기에는 화려할 뿐이며, 많은 중대한 공개 도전이 있다는 것을 알게 되었습니다. 적어도 현재까지는, 그것은 유토피아적인 환상일 뿐, 현실적인 선택이 아닙니다. 반면 PoW는 단점이 있지만, 신뢰할 수 없는 중앙 집중식 권위를 필요로 하지 않는 네트워크를 구축하는 데 여전히 알려진 최선의 방법(실제로 유일한 방법)입니다.

각주

전용 집적 회로: 맞춤형 컴퓨터로, 특정 알고리즘의 채굴을 위해 개발된 ASIC은 매우 높은 채굴 효율성을 가집니다.

우리가 인간성을 현실적으로 바라본다면, 전 세계적으로 소비를 줄이는 유일한 방법은 기술을 발전시키거나 인구를 줄이는 것입니다. 직접적으로 "소비를 줄이자"고 주장하는 철학은 매우 유치하거나 매우 무섭습니다.