이 글은 「초보자를 위한 비트코인 채굴 입문」 시리즈의 네 번째 글입니다.
지난 글에서는 비트코인 채굴의 핵심 원리인 작업증명(Proof of Work)에 대해 살펴보았습니다.
작업증명은 쉽게 말해, 채굴자가 새 블록을 만들기 위해 실제로 많은 계산 작업을 했다는 것을 증명하는 방식입니다.
채굴자는 조건에 맞는 해시값을 찾기 위해 논스 값을 계속 바꾸며 계산을 반복하고, 다른 노드들은 그 결과가 맞는지 검증합니다.
그렇다면 실제 비트코인 채굴은 어떤 순서로 진행될까요?
비트코인 채굴은 단순히 컴퓨터가 문제를 푸는 작업이 아닙니다.
실제로는 거래가 만들어지고, 네트워크에 전파되고, 검증되고, 블록에 담기고, 다시 네트워크 전체가 확인하는 과정까지 포함합니다.
이번 글에서는 비트코인 거래가 어떻게 블록체인에 기록되는지 14단계로 나누어 쉽게 정리해보겠습니다.
전체 흐름 먼저 보기
비트코인 채굴 과정은 크게 보면 다음과 같은 흐름으로 진행됩니다.
처음 보면 단계가 많아 보일 수 있습니다.
하지만 핵심은 간단합니다.
거래를 모으고, 검증하고, 블록으로 만들고, 조건에 맞는 해시값을 찾은 뒤, 네트워크 전체가 확인하면 블록체인에 추가됩니다.
이제 각 단계를 하나씩 살펴보겠습니다.
1단계: 사용자가 비트코인 거래를 만든다
먼저 사용자가 비트코인을 전송하면 하나의 거래가 생성됩니다.
예를 들어 A가 B에게 0.01 BTC를 보낸다고 가정해보겠습니다.
이 거래에는 보통 다음과 같은 정보가 포함됩니다.
- 보내는 주소
- 받는 주소
- 전송 금액
- 거래 수수료
- 전자서명
여기서 중요한 것이 전자서명입니다.
전자서명은 쉽게 말해 다음과 같습니다.
이 비트코인을 보낼 권한이 진짜 나에게 있다는 증명
비트코인은 은행처럼 아이디와 비밀번호로 로그인해서 송금하는 구조가 아닙니다.
대신 사용자의 개인키로 만든 전자서명을 통해 거래 권한을 증명합니다.
중요한 점은 네트워크가 사용자의 개인키 자체를 알 필요는 없다는 것입니다.
비트코인 네트워크는 개인키를 직접 확인하지 않고도, 서명이 올바른지만 확인해서 거래가 정당한지 판단할 수 있습니다.
즉, 거래 생성 단계에서는 단순히 “누가 누구에게 얼마를 보낸다”는 정보뿐만 아니라, 그 거래를 보낼 권한이 있다는 암호학적 증명도 함께 만들어집니다.
2단계: 거래가 비트코인 네트워크에 전파된다
거래가 만들어지면 이 거래는 비트코인 네트워크로 전송됩니다.
비트코인은 중앙 서버 하나가 모든 거래를 처리하는 구조가 아닙니다.
전 세계에 퍼져 있는 수많은 컴퓨터들이 서로 거래 정보를 주고받습니다.
이 컴퓨터들을 노드(Node)라고 합니다.
노드는 쉽게 말해 다음과 같습니다.
비트코인 장부를 보관하고 거래와 블록을 검증하는 컴퓨터
거래는 한 노드에서 다른 노드로 전달되고, 다시 또 다른 노드로 전달됩니다.
이렇게 거래 정보가 점점 비트코인 네트워크 전체로 퍼져나갑니다.
그래서 비트코인은 특정 회사 서버가 멈춘다고 전체 네트워크가 멈추는 구조가 아닙니다.
여러 노드가 서로 연결되어 있기 때문에 분산된 방식으로 거래 정보가 전달됩니다.
3단계: 노드들이 거래가 정상인지 검증한다
거래가 네트워크에 퍼지면 노드들은 이 거래가 정상인지 확인합니다.
대표적으로 다음 항목을 검사합니다.
- 전자서명이 올바른가?
- 실제로 사용할 수 있는 비트코인인가?
- 이미 사용한 비트코인을 다시 쓰려는 것은 아닌가?
- 거래 형식이 비트코인 규칙에 맞는가?
- 수수료가 너무 비정상적이지 않은가?
여기서 중요한 개념이 이중 지불(Double Spending)입니다.
이중 지불은 쉽게 말해 다음과 같습니다.
같은 비트코인을 두 번 사용하려는 시도
현금은 한 번 건네주면 내 손에서 사라집니다.
하지만 디지털 데이터는 복사할 수 있습니다.
그래서 중앙기관이 없다면 같은 돈을 여러 번 보내려는 문제가 생길 수 있습니다.
비트코인은 노드 검증과 블록체인 구조를 통해 이중 지불 문제를 막습니다.
검증을 통과하지 못한 거래는 네트워크에서 정상 거래로 받아들여지지 않습니다.
4단계: 검증된 거래는 메모리풀에 들어간다
검증을 통과한 거래가 바로 블록체인에 기록되는 것은 아닙니다.
먼저 메모리풀(Mempool)이라는 대기 공간에 들어갑니다.
메모리풀은 쉽게 말해 다음과 같습니다.
아직 블록에 포함되지 않은 거래들이 기다리는 대기실
비트코인 네트워크에서는 거래가 계속 발생합니다.
하지만 모든 거래가 즉시 블록에 들어가는 것은 아닙니다.
채굴자들은 이 메모리풀에 있는 거래들 중에서 새 블록에 넣을 거래를 선택합니다.
보통 수수료가 높은 거래가 먼저 선택될 가능성이 높습니다.
왜냐하면 거래 수수료도 채굴자의 보상이 되기 때문입니다.
그래서 네트워크가 혼잡할 때 수수료를 높게 설정한 거래가 더 빨리 처리되는 이유가 여기에 있습니다.
5단계: 채굴자가 거래를 선택한다
채굴자는 메모리풀에 있는 모든 거래를 무조건 다 넣는 것이 아닙니다.
블록에는 담을 수 있는 용량과 규칙의 제한이 있습니다.
따라서 채굴자는 제한된 공간 안에 어떤 거래를 넣을지 선택해야 합니다.
일반적으로 채굴자는 다음 기준을 고려합니다.
- 수수료가 높은 거래
- 블록에 포함 가능한 크기의 거래
- 비트코인 규칙에 맞는 거래
- 자신이 검증했을 때 문제가 없는 거래
이 단계에서 채굴자는 수수료와 규칙 준수를 함께 고려해 블록에 넣을 거래를 구성합니다.
즉, 채굴자는 단순히 거래를 무작위로 담는 것이 아니라, 검증된 거래 중에서 블록에 넣을 거래들을 선택해 후보 블록을 준비합니다.
6단계: 후보 블록을 만든다
채굴자가 거래를 선택하면 아직 확정되지 않은 임시 블록을 만듭니다.
이를 후보 블록(Candidate Block)이라고 볼 수 있습니다.
후보 블록에는 보통 다음 정보가 포함됩니다.
- 선택된 거래 목록
- 이전 블록의 해시값
- 머클 루트
- 타임스탬프
- 난이도 목표값
- 논스(Nonce)
여기서 이전 블록의 해시값이 들어간다는 점이 매우 중요합니다.
새 블록은 기존 블록체인과 따로 존재하는 것이 아닙니다.
기존 블록체인의 맨 끝에 이어 붙기 위해 이전 블록의 해시값을 포함합니다.
이 구조 때문에 블록체인은 체인처럼 연결됩니다.
즉, 채굴자가 만드는 후보 블록은 “새로운 독립 파일”이 아니라, 기존 블록체인 뒤에 붙을 준비를 하는 새 블록 후보라고 이해하면 됩니다.
7단계: 머클 루트로 거래 목록을 요약한다
후보 블록에는 여러 거래가 들어갑니다.
그런데 블록 안의 모든 거래를 효율적으로 검증하려면, 거래 목록을 잘 요약할 필요가 있습니다.
이때 사용되는 것이 머클 루트(Merkle Root)입니다.
머클 루트는 쉽게 말해 다음과 같습니다.
블록 안에 들어 있는 모든 거래를 하나의 대표 해시값으로 요약한 값
비유하면 여러 장의 서류를 하나의 봉투에 넣고, 그 봉투 위에 대표 도장을 찍는 것과 비슷합니다.
거래 하나라도 바뀌면 머클 루트도 달라집니다.
그래서 머클 루트를 통해 블록 안의 거래 목록이 변경되었는지 빠르게 확인할 수 있습니다.
즉, 머클 루트는 블록 안의 거래들이 그대로 유지되고 있는지 확인하는 데 중요한 역할을 합니다.
8단계: 논스 값을 바꾸며 해시값을 계속 계산한다
이제 본격적인 채굴 경쟁이 시작됩니다.
채굴자는 후보 블록의 정보를 바탕으로 블록 해시값을 계산합니다.
하지만 아무 해시값이나 되는 것은 아닙니다.
비트코인 네트워크가 정한 난이도 목표값보다 작은 해시값을 찾아야 합니다.
쉽게 말하면 이런 조건입니다.
특정 기준보다 작은 해시값을 찾아라.
이를 위해 채굴자는 논스(Nonce)라는 값을 계속 바꿔가며 해시값을 계산합니다.
과정은 다음과 같습니다.
이 작업은 공식으로 한 번에 정답을 구하는 문제가 아닙니다.
정답이 나올 때까지 계속 시도하는 방식입니다.
그래서 채굴에는 강력한 연산 성능과 많은 전력이 필요합니다.
9단계: 조건을 만족하는 해시값을 찾으면 블록 생성에 성공한다
어떤 채굴자가 목표 조건을 만족하는 해시값을 가장 먼저 찾으면, 그 채굴자는 새로운 블록 생성에 성공합니다.
여기서 중요한 점은 다음입니다.
정답을 찾기는 어렵지만, 정답이 맞는지 확인하는 것은 쉽다.
채굴자는 엄청난 반복 계산을 해야 합니다.
하지만 다른 노드들은 해당 블록의 해시값을 한 번 계산해보고 조건을 만족하는지만 확인하면 됩니다.
이 구조 덕분에 비트코인은 만들기는 어렵고, 검증은 쉬운 시스템을 유지할 수 있습니다.
즉, 채굴자는 어렵게 정답을 찾고, 네트워크의 다른 노드들은 그 정답이 맞는지 빠르게 확인합니다.
10단계: 새 블록이 네트워크에 전파된다
채굴에 성공한 채굴자는 자신이 만든 새 블록을 비트코인 네트워크에 전파합니다.
그러면 다른 노드들이 이 블록을 전달받고 검증을 시작합니다.
비트코인에서는 누가 만들었는지보다 규칙에 맞는지가 더 중요합니다.
즉, 유명한 채굴자나 큰 채굴장이 만든 블록이라고 해서 무조건 인정되는 것이 아닙니다.
각 노드는 독립적으로 그 블록이 규칙에 맞는지 확인합니다.
이 구조 덕분에 비트코인은 특정 채굴자나 특정 회사에 의존하지 않고 작동할 수 있습니다.
11단계: 노드들이 새 블록을 검증한다
노드들은 새 블록을 받아도 바로 믿지 않습니다.
다음 내용을 다시 확인합니다.
- 블록 해시가 난이도 조건을 만족하는가?
- 이전 블록과 정상적으로 연결되는가?
- 블록 안의 거래들이 모두 유효한가?
- 이중 지불 거래가 없는가?
- 블록 크기와 형식이 규칙에 맞는가?
- 채굴 보상이 정해진 규칙보다 많지 않은가?
이 단계가 매우 중요합니다.
비트코인은 “믿는 시스템”이 아니라 검증하는 시스템입니다.
채굴자가 블록을 제안하더라도, 노드들이 검증했을 때 규칙에 맞지 않으면 그 블록은 받아들여지지 않습니다.
이것이 비트코인의 중요한 원칙입니다.
믿지 말고 검증하라.
12단계: 검증된 블록이 블록체인에 추가된다
노드들이 새 블록이 유효하다고 판단하면, 그 블록은 기존 블록체인의 맨 끝에 추가됩니다.
이때 그 블록에 포함된 거래들은 블록체인에 기록된 거래가 됩니다.
거래가 하나의 블록에 포함되면 이를 1 컨펌(1 Confirmation)이라고 합니다.
그 뒤에 블록이 하나 더 쌓이면 2 컨펌, 또 하나 더 쌓이면 3 컨펌이 됩니다.
컨펌 수가 늘어날수록 해당 거래를 되돌리기는 점점 어려워집니다.
예를 들어 6 컨펌 정도가 되면 일반적으로 매우 안정적인 거래로 보는 경우가 많습니다.
즉, 블록이 쌓인다는 것은 단순히 시간이 지났다는 뜻이 아닙니다.
그 거래 위에 더 많은 작업증명이 쌓였다는 의미입니다.
13단계: 채굴자는 보상을 받는다
블록 생성에 성공한 채굴자는 보상을 받습니다.
보상은 크게 두 가지로 구성됩니다.
- 새로 발행되는 비트코인
- 블록에 포함된 거래 수수료
이 보상은 블록 안의 특별한 거래를 통해 지급됩니다.
이 특별한 거래를 코인베이스 거래(Coinbase Transaction)라고 합니다.
여기서 말하는 코인베이스는 암호화폐 거래소 Coinbase와는 다른 개념입니다.
다만 이번 글에서는 채굴 과정의 흐름을 이해하는 것이 목적이므로, 보상 구조는 간단히만 다루겠습니다.
채굴 보상, 거래 수수료, 코인베이스 거래, 반감기에 대해서는 다음 글에서 자세히 설명하겠습니다.
14단계: 다음 블록 채굴이 바로 시작된다
하나의 블록이 추가되면 채굴이 끝나는 것이 아닙니다.
전 세계 채굴자들은 방금 추가된 블록의 해시값을 기준으로 다음 블록을 만들기 시작합니다.
즉, 새 블록은 다음 블록의 기준점이 됩니다.
이렇게 비트코인 블록체인은 시간이 지날수록 계속 길어집니다.
채굴은 한 번 끝나는 이벤트가 아니라, 비트코인 네트워크가 계속 작동하는 동안 반복되는 과정입니다.
채굴 과정 정리
비트코인 채굴 과정은 단순히 “문제를 풀고 보상을 받는 것”이 아닙니다.
실제로는 다음 과정을 포함합니다.
- 거래를 만들고
- 네트워크에 전파하고
- 노드가 거래를 검증하고
- 검증된 거래를 메모리풀에 보관하고
- 채굴자가 거래를 선택하고
- 후보 블록을 만들고
- 조건에 맞는 해시값을 찾고
- 네트워크 전체가 다시 검증하고
- 블록체인에 기록하고
- 채굴자에게 보상을 지급하는 과정
즉, 채굴은 비트코인의 거래 처리, 보안 유지, 신규 발행을 동시에 담당하는 핵심 과정입니다.
이번 글에서 꼭 기억할 핵심 정리
이번 글의 핵심은 다음과 같습니다.
- 비트코인 거래는 먼저 사용자가 만들고 전자서명으로 권한을 증명합니다.
- 거래는 비트코인 네트워크의 노드들에게 전파됩니다.
- 노드들은 거래가 규칙에 맞는지 검증합니다.
- 검증된 거래는 메모리풀에서 블록에 포함되기를 기다립니다.
- 채굴자는 메모리풀에서 거래를 선택해 후보 블록을 만듭니다.
- 후보 블록에는 이전 블록의 해시값이 포함됩니다.
- 채굴자는 논스를 바꾸며 조건에 맞는 해시값을 찾습니다.
- 조건을 만족한 블록은 네트워크에 전파됩니다.
- 다른 노드들이 다시 검증한 뒤 블록체인에 추가합니다.
- 블록에 포함된 거래는 컨펌을 받기 시작합니다.
- 채굴자는 블록 보상과 거래 수수료를 받을 수 있습니다.
채굴 과정을 이해하면 비트코인이 왜 단순한 디지털 파일이 아니라, 전 세계 노드와 채굴자가 함께 유지하는 분산형 네트워크인지 더 쉽게 이해할 수 있습니다.
마무리
비트코인 채굴은 단순히 컴퓨터가 어려운 문제를 푸는 과정이 아닙니다.
거래가 만들어지고, 네트워크에 퍼지고, 노드가 검증하고, 채굴자가 블록으로 묶고, 작업증명을 통해 조건에 맞는 해시값을 찾고, 다시 네트워크 전체가 검증한 뒤 블록체인에 기록하는 전체 과정입니다.
이 과정 덕분에 비트코인은 중앙기관 없이도 거래 기록을 유지할 수 있습니다.
즉, 비트코인 채굴은 거래 처리, 검증, 보안, 보상 지급이 함께 작동하는 비트코인 네트워크의 핵심 과정입니다.
이번 글에서는 비트코인 거래가 블록체인에 기록되는 과정을 14단계로 살펴보았습니다.
다음 글에서는 채굴자가 새 블록을 만든 대가로 어떤 보상을 받는지 알아보겠습니다.
다음 글 안내
다음 글에서는 채굴자가 새 블록을 만든 대가로 어떤 보상을 받는지 자세히 살펴보겠습니다.
특히 블록 보상, 거래 수수료, 코인베이스 거래, 그리고 비트코인에서 매우 중요한 개념인 반감기(Halving) 를 초보자도 이해할 수 있도록 정리해보겠습니다.