해시 체인과 블록 연결

해시 체인은 각 블록이 이전 블록의 해시를 포함하도록 데이터 블록을 연결합니다. 어느 블록이든 수정하면 해당 블록의 해시가 변경되어 이후의 모든 블록이 무효화됩니다. 이렇게 하면 변조 여부를 확인할 수 있고 추가만 가능한 원장이 만들어집니다.

각 블록에는 다음이 포함됩니다: (1) 데이터 페이로드(거래), (2) 이전 블록 해시(이전 블록을 가리키는 포인터), (3) 타임스탬프, (4) 논스(PoW용), (5) 거래의 Merkle 루트입니다. 첫 번째 블록(제네시스 블록)의 previous_hash = "0"*64입니다.

import hashlib, json class Block: def __init__(self, data, prev_hash): self.data = data self.prev_hash = prev_hash self.hash = hashlib.sha256( json.dumps({'data':data,'prev':prev_hash}).encode() ).hexdigest()

공격자가 블록 3의 데이터를 수정하면 블록 3의 해시가 변경됩니다. 블록 4는 블록 3의 이전 해시를 참조하므로 블록 4에서 체인이 끊어집니다. 공격자는 블록 3, 4, 5, ...부터 끝 블록까지 모든 해시를 다시 계산해야 합니다. PoW를 사용하면 이는 계산상 실행하기 어렵습니다.

해시 체인은 그 자체로 불변성을 제공하는 것이 아니라 변조 증거를 제공합니다. 추가 메커니즘(PoW, 디지털 서명, 분산)이 없으면 체인을 제어하는 공격자가 체인을 다시 작성할 수 있습니다. 실제로 블록체인을 변조에 강하게 만드는 것은 분산 합의입니다.

Bitcoin의 최장 체인 규칙에서는 누적 작업 증명이 가장 큰 유효 체인을 정본으로 간주합니다. 공격자가 체인을 분기하면 정직한 채굴자들이 정직한 체인을 더 빠르게 확장합니다(51% 가정). 공격자의 분기는 더 짧으므로 폐기됩니다.

Bitcoin의 SPV(단순 결제 검증) 클라이언트는 80바이트 블록 헤더(previous hash, Merkle root, nonce, timestamp, bits를 포함)만 다운로드합니다. 전체 노드는 모든 거래를 저장합니다. SPV 클라이언트는 헤더의 Merkle root에 대한 Merkle 증명을 사용해 거래를 검증합니다.

Bitcoin의 제네시스 블록(블록 0, 2009년 1월 3일)의 prev_hash = 0x000...0입니다. Satoshi는 타임스탬프의 증거로 코인베이스 거래에 "The Times 03/Jan/2009 Chancellor on brink of second bailout for banks"라는 헤드라인을 삽입했습니다.

해시 체인은 블록체인보다 먼저 사용되었습니다. 용도: 인증서 폐기 목록(해시로 연결), 로그 무결성(이전 로그 항목의 해시), DNSSEC 신뢰 사슬입니다. 이 개념은 일반화할 수 있습니다. 즉, 각 항목이 이전의 모든 항목에 대한 커밋을 포함하는 추가 전용 구조입니다.

초기 동기화를 빠르게 하기 위해 Bitcoin Core는 체크포인트를 하드코딩합니다. 체크포인트는 특정 높이에서 유효성이 알려진 블록 해시입니다. 동기화를 시작하는 클라이언트는 하드코딩된 해시를 신뢰하여 체크포인트 이전 블록의 PoW 검증을 건너뛸 수 있습니다. 단점은 신뢰 최소화 수준이 낮아진다는 것입니다.

Git도 같은 원리를 사용합니다. 각 커밋은 콘텐츠와 부모 커밋 해시의 SHA-1/SHA-256으로 식별됩니다. 특정 커밋 해시를 체크아웃하면 정확히 그 상태가 복원됩니다. Git의 전체 이력은 객체로 이루어진 해시 연결 트리입니다.

공격자가 블록 하나를 수정한 후 그 이후의 모든 블록 해시를 다시 계산해야 하는 이유는 무엇입니까?

해시 체인은 암호학적 포인터를 통해 블록을 연결합니다. 수정 사항은 이후의 모든 블록으로 연쇄적으로 전파됩니다. PoW 및 분산 합의와 결합하면 실제로 블록체인을 불변하게 만들 수 있습니다. 다음 주제: 효율적인 거래 무결성 검증을 위한 Merkle 트리입니다.